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空间代谢组学

基于高分辨成像质谱仪timsTOF flex对组织样本进行检测,结合MALDI离子源及SmarBeam3D激光系统扫描生物组织切片,同时借助timsTOF质谱优异的定性和定量能力,对生物组织中的代谢分子的结构及空间分布特征进行分析,实现物质脂质、氨基酸、核苷酸、药物等分子的异性空间分布。


产品优势

  • 使用timsTOF flex进行空间代谢组学检测,灵敏度高、空间分辨率高;
  • 直接获取代谢物在生物样本中的空间分布信息,能更深入地研究代谢物在生理病理状态下的表达和调控机制。


产品应用

  • 临床疾病研究:生物标志物、疾病机制、肿瘤研究等;
  • 药物研究:药物作用机制、药代动力、药物靶点等;
  • 动物研究:昆虫研究、动物模型研究等;
  • 植物研究:天然产物研究、抗逆研究、作物改良研究等。


技术路线

根据实验设计取合适的组织样本进行空间代谢组学检测,待测组织样本经LeicaCM195020冷冻切片机进行冷冻切片,切片厚度为20微米,根据研究需求选择合适的基质均匀地喷涂在含有组织切片的载玻片上,后将玻片放置于质谱仪靶板上进行MALDI质谱成像检测,最后对下机数据进行可视化呈现及数据分析。

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空间代谢组学产品流程图



空间代谢组+转录组揭示高脂饮食影响中性粒细胞毛囊炎的机制

High-fat diet induces a predisposition to follicular hyperkeratosis and neutrophilic folliculitis in mice. 

J Allergy Clin Immunol. 2021


研究背景:

在一些中性粒细胞毛囊炎中,如在痤疮和化脓性汗腺炎患者中,能观察到毛囊过度角化。高脂饮食(HFD)可诱发或加重中性粒细胞毛囊炎,研究通过空间代谢组结合转录组对其中的分子调控机制进行了研究。


研究方案:

全血分离出来的PBMC,经过处理以及流式筛选后,分离出登革热病毒激活的记忆性CD8+T细胞。给予小鼠正常饮食(ND)及高脂饮食(HFD),取皮肤组织进行组织学、转录组及空间代谢组检测。同时以佛波醇12-肉豆蔻酸酯13-乙酸(PMA)作为皮肤刺激物检测HFD对毛囊周围中性粒细胞积聚的影响。


主要结果:

组织学分析显示单独给予HFD后,小鼠的皮肤毛囊角化过度,但并不会引发毛囊炎。转录组分析表明,与ND小鼠相比,角质化相关的基因在HFD小鼠中显著上调,其中上毛囊角质形成细胞受HFD效应影响最大。

对皮肤给予PMA后,HFD小鼠表现出中性粒细胞毛囊炎,而ND小鼠不表现相关症状。对仅在HFD喂养小鼠中升高的基因进行分析,发现这些基因与炎症反应和白细胞迁移有关,包含趋化因子Cxcl1和Cxcl2等。通过小鼠模型实验、流式细胞分类检测等发现中性粒细胞在皮肤和毛囊周围的积累依赖于CXCR2信号转导,而CXCL1(一种CXCR2配体)主要由毛囊角质形成细胞产生。空间代谢组结果显示,HFD小鼠皮肤中的脂肪酸增加。局部涂抹脂肪酸后发现小鼠皮肤会出现毛囊角化过度,并引起PMA引起的中性粒细胞性毛囊炎。

研究表明HFD可通过CXCR2信号转导,诱发囊角化过度、增加毛囊周围的中性粒细胞浸润,从而促进中性粒细胞性毛囊炎的发展。

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图 ND和HFD小鼠皮肤中脂肪酸的空间代谢组分析


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空间代谢组适用于能够成形的组织样本,如动物的软组织(如脑、肝、肾、心、肺、脾、皮肤、胰腺等)、肿瘤组织、植物的软组织(如根、茎、叶、种子、胚珠等),接收的样本类型如下:

样本要求

样品类型

不用包埋的组织(一般为含水量比较少的组织,如脑肝肾心肺脾等)

需要包埋的组织(一般为含水量比较多的组织,含水量多的组织为了保证切片时切片的完整性需要进行包埋,如眼球、大多数植物组织),包埋剂可选1%~2%羧甲基纤维素(CMC),10%-25%明胶或HPMC + PVP,不能用OCT 作为包埋剂(离子化时会抑制离子电离且出现干扰峰)

样品大小

载玻片大小为25 X 75 mm 大小,一般15 X 65 mm 面积可用于放组织切片,边缘预留,根据组织大小决定放多少张切片,如小鼠脑组织冠状面(大10 X 10 mm)可以放6 张。


Q1:做空间代谢组的样本是否需要包埋?

A1:对于含水量较高、含空间结构的组织等需要进行包埋;其他组织可以直接对新鲜样品进行切片处理。


Q2:H&E染色后的片子可以做空间代谢组么?

A2:福尔马林规定、染色剂如H&E然后等处理后的样本,对质谱检测有一定影响,不建议进行空间代谢组检测。


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