島津ICPMS-2030單細(xì)胞分析技術(shù)

細(xì)胞是構(gòu)成生命的基本單元，也是生命科學(xué)研究的基礎(chǔ)。對于細(xì)胞樣品的元素分析通常是用強(qiáng)酸消解之后再用ICP-MS測量總量。這種方法得到的結(jié)果是樣品中所有細(xì)胞中目標(biāo)元素濃度的平均值，不能反映單個(gè)細(xì)胞的情況。研究表明在同一組織內(nèi)單個(gè)細(xì)胞之間存在著較大的差異，所以要得到更多細(xì)節(jié)和更加準(zhǔn)確的信息就必須對細(xì)胞逐一進(jìn)行分析。單細(xì)胞ICP-MS（SC-ICP-MS）方法是基于單顆粒ICP-MS (SP-ICP-MS)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的前沿應(yīng)用，可以快速對單個(gè)細(xì)胞逐一測量。由于ICP-MS靈敏度高，非常適合分析單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的低濃度元素含量。

島津ICPMS-2030單細(xì)胞分析技術(shù)原理介紹
在樣品導(dǎo)入到ICP-MS的過程中，細(xì)胞懸浮液中的每個(gè)細(xì)胞可以看作單個(gè)顆粒進(jìn)入到霧化器，霧室，然后經(jīng)過等離子體火焰產(chǎn)生離子云。單個(gè)細(xì)胞內(nèi)的元素含量跟離子云中離子的個(gè)數(shù)成正比。由于單細(xì)胞產(chǎn)生的離子云是不連續(xù)的，在經(jīng)過四級桿的篩選進(jìn)入檢測器后會得到不連續(xù)的信號峰，每一個(gè)信號代表單個(gè)細(xì)胞內(nèi)目標(biāo)元素的含量，基線為樣品溶液的背景信號。常規(guī)的旋流霧室或者是雙筒霧室由于進(jìn)樣效率低（<5%）并不適合細(xì)胞樣品的分析。

島津ICPMS-2030單細(xì)胞分析技術(shù)使用了一款專門分析單細(xì)胞的高通量霧室，可以恒溫加熱，搭配低速蠕動泵后進(jìn)樣效率在40%以上。由于霧室的特殊設(shè)計(jì)，減少了細(xì)胞碰撞破裂的概率使分析結(jié)果更加準(zhǔn)確。

島津ICPMS-2030單細(xì)胞分析技術(shù)應(yīng)用案例
納米顆粒由于其粒徑小可以穿透細(xì)胞膜，攝入納米顆粒會對人體產(chǎn)生潛在的健康威脅。為了研究納米顆粒在動物體內(nèi)的代謝和對不同器官的影響，我們對小鼠靜脈注射了15nm金納米顆粒懸浮液。暴露24小時(shí)后對小鼠的不同器官進(jìn)行取樣，得到肺，肝臟，和脾臟組織后進(jìn)行組織分解，然后經(jīng)過細(xì)胞分離得到細(xì)胞懸浮液；樣品下一步經(jīng)過紅細(xì)胞去除后使用多聚甲醛溶液進(jìn)行細(xì)胞固定。*后細(xì)胞樣品經(jīng)過三次離心清洗和再分散，細(xì)胞濃度控制在106個(gè)/mL就可以直接上機(jī)測試了。


通過ICP-MS時(shí)間分辨的信號圖可以看到三種組織器官的細(xì)胞分析結(jié)果都出現(xiàn)了一個(gè)個(gè)不連續(xù)的信號峰，每個(gè)峰代表單個(gè)細(xì)胞內(nèi)金元素濃度的含量。用算法把有效信號峰挑選出來后，可以計(jì)算出單個(gè)細(xì)胞內(nèi)含有金納米顆粒的個(gè)數(shù)，通過統(tǒng)計(jì)得到下面的直方圖。橫坐標(biāo)是攝取到單個(gè)細(xì)胞內(nèi)金納米顆粒的個(gè)數(shù)，縱坐標(biāo)是頻率。結(jié)果表明在同一個(gè)組織樣品中，細(xì)胞攝取的納米顆粒數(shù)是不相同的，對于脾臟細(xì)胞可以用高斯分布擬合數(shù)據(jù)得到7種細(xì)胞群，每種細(xì)胞群攝取的金納米顆粒從363個(gè)到1040個(gè)不等。肝臟樣品和肺組織樣品也得到了類似的結(jié)果，細(xì)胞形態(tài)呈現(xiàn)多峰分布。總體來看對納米顆粒的攝取量：脾臟細(xì)胞> 肝臟肺細(xì)胞> 肺細(xì)胞。實(shí)驗(yàn)證明了同一組織的細(xì)胞對納米顆粒攝取的不均勻性。使用單細(xì)胞ICP-MS可以得到單個(gè)細(xì)胞的分析結(jié)果，相比于強(qiáng)酸消解后檢測平均值的方法可以得到更多有價(jià)值的信息。

結(jié) 論
使用島津ICPMS-2030單細(xì)胞分析技術(shù)，搭配島津高通量霧室和微流量進(jìn)樣系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確的測量單個(gè)細(xì)胞中目標(biāo)元素的濃度，得到細(xì)胞間的差異，并且可以以目標(biāo)元素含量區(qū)分細(xì)胞群。另外單細(xì)胞ICP-MS不需要對細(xì)胞進(jìn)行熒光標(biāo)記，前處理簡單，為金屬組學(xué)、納米毒理學(xué)的研究提供了新的分析手段。