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常压激光解析/同步辐射二次光电离对GCs及其代谢物组织原位质谱成像方法学研究

批准号:
12105285
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘成园
依托单位:
学科分类:
光束线技术与实验方法
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘成园

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
质谱成像是一种灵敏度高、特异性强、无需标记的多通道分子影像技术,已经发展成为药物调控机制研究的重要工具。由于生物组织表面高盐的基质环境和强极性磷脂酰胆碱类脂质的基质干扰,传统电离技术对组织表面中性的糖皮质激素(GCs)药物及其代谢物和内源性小分子等物质的分析面临严重的离子抑制,离子化效率低的问题。二次光电离是提高中性成分电离效率的一种有效方法。本项目拟将同步辐射可调谐真空紫外光作为激光解析的二次电离源,构建一套高分辨高灵敏的常压激光解析/同步辐射二次光电离质谱成像分析平台;整合化学衍生与二次光电离技术提高痕量GCs药物检测效率,建立GCs药物及其代谢物的表面定量分析方法;针对模型动物炎症微区GCs药物、代谢物和内源性小分子等物质的原位可视化分析,结合多变量统计分析和分子生物学技术,旨在研究GCs药物炎症调控机制,为GCs类新药研发与精准用药提供线索和新思路。
英文摘要
Owing to its high sensitivity, high specificity and label-free advantages, mass spectrometry imaging (MSI) has become one of the most important techniques in the study of regulation mechanism of drug. Due to the ion suppression effect from highly concentrated salt and highly polar quaternary ammonium-carrying phosphatidylcholines in biological tissues, poor ionization efficiencies of neutral glucocorticoids (GCs), its metabolites and endogenous small molecules were found in traditional ionization methods. Post-photoionization is an applicable way to improve the ionization efficiency of neutral compounds. In this proposal, we plan to develop a new MSI method named ambient laser desorption/post-photoionization mass spectrometry by using tunable vacuum ultraviolet synchrotron radiation as the post-photoionization source, combine in situ chemical derivatization with post-photoionization for the analysis of trace GCs and develop a quantitative approach in tissue. The simultaneous imaging of GCs drugs, metabolites and endogenous small molecules etc. in the inflammation microregions of model animals, with the assistance of multivariate statistical analysis and molecular biology techniques, aims to study the mechanism of GCs drug in the regulation of inflammation and provides new ideas for GCs drugs development.
质谱成像作为一种非靶向、无标记的多分子空间可视化分析技术,已经在医学、药学、植物学等诸多领域得到了广泛应用,分辨率和灵敏度是其至关重要的两个技术指标。本项目发展了一种激光解析/二次光电离的高分辨质谱成像技术,通过优化光学元件及激光的重频和脉冲能量,成像空间分辨率可达到4μm,二次光电离的引入可将组织中组胺、腺苷、胆碱、腺嘌呤、维生素D3、胆固醇、谷氨酸、苏氨酸、鸟嘌呤、神经酰胺、以及多种脂质如脂肪酸、PE、PA、MAG、DG、HexCer和GalCer等的探测灵敏度提高2-3个量级。2023年,合肥光源质谱线站完成了中科院维修改造项目,与2019年相比,改造后的质谱支线将真空紫外光通量从E11提升至E12光子/秒,同步辐射光源是理想的二次光电离源,因此基于本项目在质谱支线上重新构建了一套高分辨质谱成像平台。为了提高负离子模式下内源性代谢物的检测灵敏度和覆盖度,我们发展了氨水辅助的解析电喷雾/二次光电离质谱成像技术,将鼠脑组织代谢物的检测灵敏度最高提升37.1倍,可成像的内源性代谢物数量增加9个。同时,以植物叶片组织为例,结合统计学分析方法,建立了基于质谱成像的生物组织代谢网络研究方法,例如通过光电离质谱成像实验验证了茶叶中儿茶素的生物合成代谢通路。光电离在血清中内源性性激素的检测中亦表现出优异的性能,本项目还构建了Leidenfrost效应辅助的热解析大气压光电离质谱方法,该方法可快速、准确、高通量的对血清中性激素进行定量分析,并应用于处于不同生理阶段的女性血清中的游离态性激素的浓度监测,证明了光电离在弱极性激素类化合物分析中的应用潜力。此外,基于上述建立的代谢物空间可视化分析技术及方法,本项目还以斑马鱼为模型动物,基于糖皮质激素与代谢物的共质谱成像结果,研究了糖皮质激素的生物调节机制。再者,基于本项目的资助,项目负责人也在发展其他的同步辐射光电离质谱分析方法,尤其是在气固相催化反应中间体的快速捕获方面,这对于研究光、热催化反应机制具有重要意义。
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