在细胞中寻找化学物质

化学物质在细胞中是如何分布的？中国科学家开发了一种组合质谱和生物成像设备，可以直接和无标记地检测生物细胞中的化学物质，并进行高分辨率制图。正如他们发表在《Angewandte Chemie》杂志上的论文所证明的那样，基于来自分子的质量信号，可以直接观察到消毒剂proflavine在细胞器周围的分布和积累。

超微光学方法，如STED显微镜和PALM显微镜，是以分子分辨率识别基因表达和定位细胞内分子的成熟技术。然而，这些是间接方法，通常监测染料与目标分子结合时产生的荧光。

识别分子的直接方法是质谱，它检测已经从表面解吸并被激光束电离的分子的化学质量。然而，当结合高分辨率成像过程时，质谱产生固有的衍射问题。此外，生物细胞通常表面粗糙，会产生信号伪像。考虑到所有这些挑战，中国厦门大学的杭炜和他的同事们现在已经建造了一个飞行时间质谱仪，其解吸电离成像方法可以解释生物细胞的特殊表面条件和这种系统所需的高分辨率。

他们开发了一种被称为“近场解吸位置飞行时间质谱仪”(NDPI-飞行时间质谱仪)的精密设备，并利用它来检测和绘制HELA细胞中的化学分子——人类细胞系和细胞生物学的主力军。将干燥的细胞放在台上，通过蚀刻十分之几微米大小的凹坑，用超精密激光扫描表面。解吸的分子被另一束激光束电离，然后在质谱仪中鉴定。

正如作者所指出的，这种方法的优点是可以在采集样本的同时对细胞进行成像，从而实现“化学和地形成像在单个细胞中共同配准”。事实上，他们的三维重建图像显示了添加到细胞中的药物proflavine的信号，就在预期的位置：细胞质中和细胞器周围。收集三维信息，解释表面不平。

杭说，与现有的质谱成像技术相比，这种结合扫描探针显微镜和质谱的“混合技术”能够“提供具有高分辨率化学作图的不规则表面”。鉴于装置的紧凑性，作者建议应在不同的质谱成像装置中实施，但特别是当涉及生物样品时。

然而，仍然需要一些微调。尽管第一次测试表明化学作图在亚微米级是可能的，但作者的目标是进一步缩小规模并改善细胞的加工条件。这将为生物细胞中药物分子的直接和无标记化学作图奠定基础。

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