“金屬組學(xué)發(fā)展了20多年，近期迎來一個快速發(fā)展階段，這主要得益于ICP-TOF-MS及相關(guān)方法進步，有望突破技術(shù)和應(yīng)用的雙重瓶頸。”王萌坦言。傳統(tǒng)的激光剝蝕-電感耦合等離子體質(zhì)譜（LA-ICP-MS）系統(tǒng)存在成像速度很慢，空間分辨率低等問題。“技術(shù)門檻高、樣本通量低，導(dǎo)致金屬元素成像長期停留在實驗室驗證階段，難以支撐實際生物醫(yī)學(xué)研究。”

隨著高靈敏ICP-TOF-MS的推出，團隊引入新一代ICP-TOF-MS系統(tǒng)（icpTOF 2R），結(jié)合193 nm準分子激光高速激光剝蝕系統(tǒng)，將成像速度提升1-2個數(shù)量級，空間分辨率可達1 μm。

更深層的挑戰(zhàn)在于揭示體內(nèi)金屬元素的復(fù)雜生物功能。“金屬離子通過與生物分子的作用執(zhí)行生物功能，因此金屬組學(xué)必須與基因組、蛋白質(zhì)組、代謝組等組學(xué)研究相結(jié)合，才能揭示其生物學(xué)意義。”團隊已經(jīng)初步建成空間多組學(xué)質(zhì)譜平臺，并正在開展多項空間多組學(xué)應(yīng)用研究^[1,2]。

硼中子俘獲療法（BNCT）被認為是一種很有潛力的癌癥治療新方法，將硼藥靶向遞送并聚集于癌細胞內(nèi)，利用中子照射產(chǎn)生的核反應(yīng)，可以精準殺死癌細胞。BNCT的核心在于如何將足夠量的硼藥靶向遞送至腫瘤細胞。傳統(tǒng)分析方法雖能檢測硼藥物總量，卻無法實現(xiàn)單細胞水平的精準定量。團隊開發(fā)了基于質(zhì)譜技術(shù)的空間多組學(xué)方法，可以在單細胞水平得到在腫瘤細胞和正常細胞中硼藥含量，從而可以評價硼藥的腫瘤靶向性和生物利用度。

“分析化學(xué)的主要目標是讓方法轉(zhuǎn)化成科學(xué)洞察力，解決實際科學(xué)問題。”團隊利用ICP-TOF-MS的快速分析優(yōu)勢，實現(xiàn)了單個細胞內(nèi)金納米顆粒和銀等納米顆粒的絕對定量。團隊還與中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心劉國瑞課題組合作，運用單顆粒多元素分析方法，開發(fā)了元素指紋-源解析模型，通過分析大氣顆粒物中的“元素指紋”，辨析大氣顆粒物的工業(yè)污染源^[3]。王萌表示，“元素指紋可以作為大氣顆粒的代表，用來破解大氣顆粒來源與賦存特征。”

“科學(xué)突破往往誕生于學(xué)科交叉儀器的支撐。”

2022年，高能所建成了空間多組學(xué)質(zhì)譜平臺。平臺集成了解吸電噴霧-靜電場軌道阱質(zhì)譜成像系統(tǒng)（維科托AFADESI和賽默飛Q Exactive高分辨液質(zhì)聯(lián)用儀）、激光剝蝕-電感耦合等離子體飛行時間質(zhì)譜成像系統(tǒng)（Teledyne Iridia超快激光系統(tǒng)和TOFWERK icpTOF 2R）等多套先進儀器。

面對海量的多模態(tài)數(shù)據(jù)，如何整合不同空間組學(xué)技術(shù)的數(shù)據(jù)，如何從質(zhì)譜圖像中挖掘出有用的信息，這需要計算機科學(xué)與生物信息的深度融合。

王萌認為，AI算法的引入將是空間多組學(xué)發(fā)展的重要驅(qū)動力。另一方面則是多組學(xué)融合發(fā)展。金屬組學(xué)不再是與傳統(tǒng)組學(xué)平行的“孤島”。為此，高能所建成了空間多組學(xué)質(zhì)譜平臺。平臺希望從單細胞-組織-整體動物等不同層次，開展空間代謝組學(xué)、空間金屬組學(xué)和空間蛋白質(zhì)組學(xué)的分析方法學(xué)及應(yīng)用研究。同時，平臺也面向國內(nèi)高校和科研機構(gòu)提供科研測試服務(wù)，王萌表示十分期待與高校、科研院所同行交流探討，共同為空間多組學(xué)的發(fā)展盡一份力量。