島津ICPMS-2030單細胞分析技術

島津ICPMS-2030單細胞分析技術

細胞是構成生命的基本單元，也是生命科學研究的基礎。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單個細胞之間存在著較大的差異，所以要得到更多細節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)技術的基礎上發展出來的前沿應用，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的低濃度元素含量。

島津ICPMS-2030單細胞分析技術原理介紹
在樣品導入到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，然后經過等離子體火焰產生離子云。單個細胞內的元素含量跟離子云中離子的個數成正比。由于單細胞產生的離子云是不連續的，在經過四級桿的篩選進入檢測器后會得到不連續的信號峰，每一個信號代表單個細胞內目標元素的含量，基線為樣品溶液的背景信號。常規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。由于霧室的特殊設計，減少了細胞碰撞破裂的概率使分析結果更加準確。

島津ICPMS-2030單細胞分析技術應用案例
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生潛在的健康威脅。為了研究納米顆粒在動物體內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，然后經過細胞分離得到細胞懸浮液；樣品下一步經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果都出現了一個個不連續的信號峰，每個峰代表單個細胞內金元素濃度的含量。用算法把有效信號峰挑選出來后，可以計算出單個細胞內含有金納米顆粒的個數，通過統計得到下面的直方圖。橫坐標是攝取到單個細胞內金納米顆粒的個數，縱坐標是頻率。結果表明在同一個組織樣品中，細胞攝取的納米顆粒數是不相同的，對于脾臟細胞可以用高斯分布擬合數據得到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果，細胞形態呈現多峰分布。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 論
使用島津ICPMS-2030單細胞分析技術，搭配島津高通量霧室和微流量進樣系統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、納米毒理學的研究提供了新的分析手段。