空間組學(xué)技術(shù)（Spatial-Omics）是近年來興起的一種新型分析策略，自其誕生以來，備受關(guān)注。隨著其熱度的升高， 2022年的《Nature》雜志將空間組學(xué)技術(shù)列為“關(guān)注的七大技術(shù)”之一，進(jìn)一步凸顯出其在學(xué)術(shù)界的地位和受認(rèn)可度。在空間組學(xué)概念的加持之下，逐漸形成了以質(zhì)譜成像技術(shù)為核心的空間組學(xué)實驗方案。

順應(yīng)空間組學(xué)發(fā)展的新趨勢，布魯克推出了空間組學(xué)質(zhì)譜儀 – timsTOF fleX，它同時具備MALDI質(zhì)譜成像功能和基于LC-MS/MS的4D-組學(xué)分析功能，可在一臺儀器上同時實現(xiàn)空間組學(xué)工作流程所需的兩大核心步驟。這臺儀器還可以搭配一系列的選配功能模塊，如MALDI-2、microGRID等，可以進(jìn)一步提升其分析維度和分析精度。

圖1. 布魯克timsTOF fleX空間組學(xué)質(zhì)譜儀

MALDI-2 技術(shù)

MALDI-2 是布魯克推出的、可商業(yè)化的二次離子電離技術(shù)。行常規(guī)MALDI離子化，之后用第二束激光照射未電離的中性分子、以促使其進(jìn)一步發(fā)生電離，從而有效地提高了離子化效率。與傳統(tǒng)MALDI技術(shù)相比，MALDI-2使生物分子的檢測靈敏度呈現(xiàn)1-3個數(shù)量級的提升。MALDI-2技術(shù)有效地拓展了原位質(zhì)譜技術(shù)可覆蓋化合物的類型，提升了timsTOF fleX質(zhì)譜成像的分析維度和覆蓋深度。

圖2. 布魯克MALDI-2激光后電離技術(shù)

microGRID 技術(shù)

在進(jìn)行高空間分辨質(zhì)譜成像實驗時，由于采樣面積的急劇縮小，激光束的移動精度對于最終成像熱圖的分辨精度有著舉足輕重的影響。布魯克的microGRID技術(shù)可將MALDI平臺的移動精度提高到亞微米級，對激光束在在組織表面5-25 μm格柵的定位做實時校準(zhǔn)，有效地消除了質(zhì)譜成像熱圖中常出現(xiàn)的條帶狀痕跡（stripping）、過度采樣（oversampling）、偽影（artifact）等問題，極大地改善了成像熱圖的分辨精度。

圖3. 布魯克microGRID選配模塊

結(jié)合QCL紅外技術(shù)多模態(tài)質(zhì)譜成像實驗方案

針對高空間分辨成像實驗中整體工作效率偏低這一問題，布魯克于今年推出了“結(jié)合QCL紅外技術(shù)的多模態(tài)質(zhì)譜成像實驗方案”，它以QCL（量子聯(lián)機(jī)激光器）紅外成像技術(shù)為先導(dǎo)，以超快的成像采集速度、對大塊的組織切片進(jìn)行高分辨的紅外成像采集，之后依據(jù)組織中分子的紅外吸收譜峰特征做空間聚類分析，找出感興趣的目標(biāo)區(qū)域，再針對該區(qū)域進(jìn)行高分辨的MALDI質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)采集，有效地減少了冗余數(shù)據(jù)的采集，極大地提升了亞細(xì)胞分辨成像實驗的整體工作效率。

圖4. 多模態(tài)成像方案的工作流程

圖5展示的是利用“結(jié)合QCL紅外技術(shù)的多模態(tài)質(zhì)譜成像實驗方案”、對胰腺癌腫瘤移植模型小鼠的胰腺組織的分析流程和實驗結(jié)果。整塊胰腺組織切片的大小約為2.4cm×1cm，若將其劃分為5µm×5µm的采樣格柵，所對應(yīng)的像素點(diǎn)超過1000萬個。面對這樣龐大的成像采集任務(wù)，QCL紅外技術(shù)僅需21分鐘即可完成整塊組織切片的數(shù)據(jù)采集。此外，基于QCL紅外譜峰的segmentation（空間區(qū)域分割）可提供精準(zhǔn)的病理區(qū)域邊界信息。結(jié)合該信息，再利用timsTOF fleX進(jìn)行7µm空間分辨率的質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)了從病理區(qū)域到特征性標(biāo)志物的分子信息挖掘。

圖5. 胰腺癌腫瘤移植模型小鼠的多模態(tài)成像分析案例

布魯克的timsTOF fleX質(zhì)譜儀以其綜合性的功能集成及優(yōu)異分析性能，已成為空間組學(xué)研究領(lǐng)域重要的研究工具。選配模塊MALDI-2和microGRID的引入，將空間組學(xué)的分辨精度向亞細(xì)胞乃至細(xì)胞水平進(jìn)一步推進(jìn)。為了改善高空間分辨實驗中工作時長過長的問題，布魯克于今年推出了“結(jié)合QCL紅外技術(shù)的多模態(tài)質(zhì)譜成像方案”，通過將紅外成像與質(zhì)譜成像聯(lián)合使用，兩者優(yōu)勢互補(bǔ)，一方面提高了高分辨實驗的整體工作效率；另一方面，將多個模態(tài) (維度) 的數(shù)據(jù)有機(jī)地整合在一起、做協(xié)同分析，為深入探討科學(xué)議題背后的生物學(xué)意義奠定了堅實的基礎(chǔ)。