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解吸電噴霧電離（DESI）在臨床研究中的應用

沃特世

2021.7.15

解吸電噴霧電離（DESI）是沃特世的一項專利技術，是一種新型質譜成像技術，可以對樣品表面化合物組成、空間分布情況及相對豐度進行快速分析，通過DESI原位質譜成像可獲得標志物的位置信息，幫助深入理解疾病機制，廣泛地應用于臨床研究。

與MALDI等傳統質譜成像不同，DESI是一種大氣壓環境下的質譜成像技術。無需標記和基質輔助，只需要較少的前處理過程；而且其對組織的破壞性更小，同一組織切片可以反復多次成像或成像后進行組織病理學成像，因此DESI質譜成像操作更加方便快捷，在臨床應用的轉化方面也有著更為廣闊的前景。?

DESI的原理

在大氣壓環境下，將DESI噴霧溶劑連接于毛細管上，施加一定的高電壓，在氮氣的輔助下形成帶電噴霧液滴，轟擊樣品表面，使得帶電溶劑與待分析物同時發生解析和電離，離子沿著傳輸毛細管進入質譜，進而完成化合物的檢測。

DESI的優勢

與傳統質譜成像相比，DESI原理設計更為簡潔，是更類似于ESI的軟電離技術。除了可獲得化合物全譜母離子信息外，還可根據化合物的性質選擇是使用正離子模式還是負離子模式采集，有助于發現更多類型的臨床生物標志物。另外，作為軟電離技術，DESI還有一個好處就是對樣品的破壞性更小。同一片組織切片可進行多次成像，成像后依然能進行免疫組化等其他病理成像分析，并且可以將多種成像結果疊加分析，形成多維數據集，從而更加深入精確地揭示生理病理過程。

DESI成像與HE染色結合

HE染色作為臨床病理學的金標準常被應用于臨床組織分型。而由于DESI是一種無損技術，其成像分析后的樣品可以直接做HE染色分析。

Livia S. Eberlin，Xiaohui Liu，R.Graham Cooks等在《Analytical chemistry》發表的《Desorption Electrospray Ionization then MALDI Mass Spectrometry Imaging of Lipid and Protein Distributions in Single Tissue Sections》中提到：同一個組織切片，可以先用DESI做小分子成像，再用MALDI做蛋白成像，最后洗掉基質做HE染色（Anal.Chem.2011， 83，8366 8371）。

圖1. DESI成像分析后的樣品直接做HE染色分析（上下滑動查看更多）

與代謝組學相結合，從標志物的定性、定量、定位三個角度去闡述科學問題

Koshi Nagai等通過UPLC-QTOF-HDMS淌度非靶向的Global metabolomics/metabolic profiling G-Met方法和DESI-MSI的組合對38個HCC患者的肝癌組織與72個非癌組織進行了分析，結果表明TGs種類與腫瘤分布有關。這說明DESI可用于表征腫瘤細胞的進展并發現前瞻性生物標志物（Rapid Commun Mass Spectrom. 2020；PMID：31412144）。該分析首先用代謝組學的方法找到標志物TGs，然后用DESI對標志物TGs進行成像分析，并通過成像圖找出癌組織、正常組織、癌旁組織等。

該研究指出，DESI可進一步為標志物的功能分析提供定位信息，此外DESI還能更客觀準確地提供組織病理分析。

圖2.采用UPLC-QTOF對38個癌組織與72個非癌組織進行組學分析的PCA圖和Splot圖以及對應TGs的結構

圖3.對組織切片進行成像分析，圖A中紅色是腫瘤區域，藍色是非腫瘤區域；圖B為標志物A和B成像圖的重疊圖；黃色區域為腫瘤與非腫瘤的交界處

通過DESI對組織切片中的小分子代謝物和脂質進行空間組學研究，找出標志物

Dehoog等采用DESI-MS技術對178例甲狀腺組織標本進行分析（PNAS，2019， 116，43，p21401），獲得了正常甲狀腺、良性濾泡性腺瘤（FTA）、惡性濾泡性癌（FTC）和乳頭狀癌（PTC）組織的分子特征圖譜（圖B）。根據獲得的正常和病變甲狀腺組織的DESI-MS代謝譜圖特征（圖C）建立了檢驗統計分類模型，并用以預測甲狀腺病變的疾病狀態，包括良性甲狀腺對PTC和良性甲狀腺對FTC。預測模型隨后被用來預測從臨床FNA樣本中提取的甲狀腺細胞簇，并獲得的DESI-MS成像數據（圖D）。

在一項前瞻性的臨床研究中，證實了這種方法在術前診斷來自FNA活檢的不確定甲狀腺結節方面的高性能，以及這種方法的潛力，進而可能減少診斷性甲狀腺手術的次數。結果表明DESI-MS成像極有希望應用于臨床實踐，成為有價值的甲狀腺腫瘤診斷工具。