2023-12-19
前言
想象一下，在微观细胞的城市中，存在一个长期破坏城市安宁的神秘团伙，他们驾驶黑色汽车在城中穿梭，暗中策划着各种活动，威胁着整个城市的和谐，你的任务就是将该组织连根拔除。对于城市的巡警来说，他们能够探测到团伙的存在，但却无法准确追踪他们的位置。此时如果将一张定位地图给到巡警，则结果将完全不同。拿到地图的巡警如同一支高科技侦查队，不仅能够揭示团伙成员的分布，还能够精准追踪团伙在微观城市中的每一步行动。
图自Quanta Magazine 侵删
这个城市就是细胞，而团伙则是细胞内我们关注的代谢物，城市的巡警是大家耳熟能详的代谢组，而拿到定位地图的巡警就是我们今天介绍的重要嘉宾--空间代谢组！普通代谢组提供了一个起点，让我们知道团伙的存在，而空间代谢组则如同提供了一张城市导航图，让我们能够更深入地了解代谢物的运作方式。只有将代谢组与空间结合，我们才能真正全方位、立体地理解微观细胞城市中的一切。
今年9月份，欧洲分子生物学结构与计算生物学实验室西奥多·亚历山德罗夫教授在Nature Metabolism（IF20.8）期刊上发表了一篇为“Spatial metabolomics: from a niche field towards a driver of innovation”的空间代谢组综述文章，他在文中写到“空间代谢组学已成为代谢组学和质谱领域创新的驱动力”并坦言空间代谢组目前正处于一个“激动人心、令人期待”的黄金时期。所以想要吃到这波技术红利的老师，可以赶紧下手了。
产品介绍 图自Waters，侵删 首先让我们了解一下空间代谢组的定义，空间代谢组是基于质谱成像（Mass spectrometry imaging, MSI）技术发展而来的，免标记、无需基质、周期短。通过质谱成像技术对不同组织器官中的代谢物进行定性、定量、定位三个维度的分析，突破传统代谢组研究损失空间信息的瓶颈。作为一种新型的分子影像技术，能够直接从生物组织中获得大量已知或未知的内源性代谢物和外源性药物等分子的结构、含量和空间分布信息。总的来说，相对于常规的代谢组，它能更加突出空间的信息，即可以直观的看到代谢物在不同组织部位的丰度分布。 简而言之，空间代谢组其实就是质谱成像和代谢组学整合在一起的新技术，代谢组大家相对比较熟悉了，那么质谱成像又是一个什么东西呢？他的成像原理是怎么样的呢？ 质谱成像是通过原理与构造各异的离子化探针扫描样本, 实现样品中待测物的原位解吸/电离, 并传输到质谱中进行检测, 从而获取与样本空间位置关联的质谱图集合。其成像过程主要分为三步： 1、将待测物分散在基质分子中形成共结晶（利用基质分子吸收激光能量以防止多余能量直接作用在待测物分子使其发生碎片）； 2、采用激光束激光照射晶体，由于基质分子经辐射吸收能量，导致蓄积并迅速产热，使基质晶体升华； 3、基质和分析物膨胀进入质量分析器，从而获得样本表面各像素点离子的质荷比和离子强度，与质谱成像软件结合，绘制出对应分子在样本表面的分布图。 分辨率选择： 空间分辨率的定义是一张图像上能进行详细区分的最小像素单元的大小，通常来讲空间分辨率越小，图像包含的信息越多，识别能力也越强。空间分辨率越小，更容易发现独特代谢群体，揭示组织代谢的异质性。空代的分辨率有时候也并不是越小越好，选择合适的性价比高的分辨率尤其重要。比如对于脑组织、肾脏组织、心脏组织等样本经过切片后尺寸在1cm*1cm左右，利用100um*100um分辨率就可以满足对关注的微区结构进行图像分析。若关注微观结构，组织样本过小时，可选择高分辨率，需满足分辨率＜结构大小。原则是像素点大于1000个图像的质量是相对比较好的。
样本准备 在整个空间代谢组过程中，不管是动物还是植物，样本都是极其珍贵的，样本处理的好坏直接影响实验结果。这里直接给大家总结一下寄送样本的注意事项： 1、包埋剂选择：推荐使用羧甲基纤维素钠（CMC）进行包埋。实践表明使用OCT包埋的样本做空间代谢组，检出的峰会比CMC包埋的少一半。若需要同时做空间转录组则可以选择进行OCT包埋，不推荐石蜡包埋。 2、器材预冷：所有用到的实验器材包括剪刀、镊子，手术刀等都提前预冷，CMC包埋剂也需要提前充分预冷； 3、建议老师尽量自己包埋切片(可提供包埋剂），因为组织运输过程中难免会受到挤压变形，取完样本之后立即包埋可以最好的保存组织的空间结构； 4、包埋好样本以后最好梯度冷却，不要直接用液氮冷却，有可能导致外部看似包埋很好，实则样本组织炸裂的情况； 5、备份样本：如果样本充足，最好准备两份以上样本，多一份作为备用，防止样本可能出现不合格等特殊情况。 注：详细包埋步骤和讲解视频可联系当地销售同事获取。
实验流程 一个完美的空间代谢组结果，是客户、销售、技术支持和实验人员多次协调反复沟通的产物，中间需要很多次的调整才能达到理想的结果，派森诺生物提供多对一的服务只为让您满意。具体的项目流程可参考下图说明：
分析内容 UMAP分析 空间代谢组既能对不同样本的同一区域进行比较，也可对同一样本的不同区域进行比较。此处展示为空间部分的分析结果，除了空间代谢物分布，像常规的多元统计分析、火山图和KEGG代谢物通路分析等也全都包含在我们标准分析当中。
技术优势 空间代谢组目前在肿瘤研究、疾病治疗、药代动力学、植物以及中草药研究中已得到广泛应用。派森诺生物采用市场上极具竞争力的MALDI-TOF MS(基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱，Matrix Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight MS)技术进行空间代谢组检测，已在医学和农学领域积累大量项目经验。优势如下： 1、高低空间分辨率可选：100um、50um、20um、10um、5um； 2、仪器优势：高灵敏度、高分辨地获得待测样本中目标分子的精准时空分布，准确可视化目标分子质量的化合物； 3、检测物质多样：能够对目标或者非目标分析物进行成像分析，包含靶向空间代谢组和非靶向空间代谢组； 4、扫描速度快，定量稳定性高； 5、定性准确性高，拥有空间代谢组自建数据库+公共库+广靶库等； 6、可根据需求进行个性化实验。
