島津ICPMS-2030單細胞分析技術(shù)

細胞是構(gòu)成生命的基本單元，也是生命科學(xué)研究的基礎(chǔ)。對于細胞樣品的元素分析通常是用強酸消解之后再用ICP-MS測量總量。這種方法得到的結(jié)果是樣品中所有細胞中目標元素濃度的平均值，不能反映單個細胞的情況。研究表明在同一組織內(nèi)單個細胞之間存在著較大的差異，所以要得到更多細節(jié)和更加準確的信息就必須對細胞逐一進行分析。單細胞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，可以快速對單個細胞逐一測量。由于ICP-MS靈敏度高，非常適合分析單個細胞內(nèi)的低濃度元素含量。

島津ICPMS-2030單細胞分析技術(shù)原理介紹
在樣品導(dǎo)入到ICP-MS的過程中，細胞懸浮液中的每個細胞可以看作單個顆粒進入到霧化器，霧室，然后經(jīng)過等離子體火焰產(chǎn)生離子云。單個細胞內(nèi)的元素含量跟離子云中離子的個數(shù)成正比。由于單細胞產(chǎn)生的離子云是不連續(xù)的，在經(jīng)過四級桿的篩選進入檢測器后會得到不連續(xù)的信號峰，每一個信號代表單個細胞內(nèi)目標元素的含量，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樣效率低（<5%）并不適合細胞樣品的分析。

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

島津ICPMS-2030單細胞分析技術(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小時后對小鼠的不同器官進行取樣，得到肺，肝臟，和脾臟組織后進行組織分解，然后經(jīng)過細胞分離得到細胞懸浮液；樣品下一步經(jīng)過紅細胞去除后使用多聚甲醛溶液進行細胞固定。*后細胞樣品經(jīng)過三次離心清洗和再分散，細胞濃度控制在106個/mL就可以直接上機測試了。


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

結(jié) 論
使用島津ICPMS-2030單細胞分析技術(shù)，搭配島津高通量霧室和微流量進樣系統(tǒng)可以快速準確的測量單個細胞中目標元素的濃度，得到細胞間的差異，并且可以以目標元素含量區(qū)分細胞群。另外單細胞ICP-MS不需要對細胞進行熒光標記，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。