HMOTNOSTNÍ SPEKTROMETRIE S INDUKČNĚ VÁZANÝM PLAZMATEM – ANALÝZA JEDINÉ BUŇKY

Význam tématu

Analýza jednotlivých buněk odhaluje heterogenitu populací a umožňuje detailní studium biochemických procesů, které jsou skryty při průměrování stovek až tisíců buněk. Znalost distribuce stopových prvků a jejich specií v jediné buňce je klíčová pro pochopení role kovů a polokovů ve fyziologii, signalizaci a patologiích.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem článku je shrnout nejnovější přístupy využívající ICP-MS a související techniky pro kvantitativní, speciační i prostorovou analýzu kovů, polokovů a nekovů v jednotlivých buňkách. Pozornost je věnována metodám izolace buněk, miniaturizaci zavádění vzorku, mikroextrakcím a zobrazování pomocí laserové ablace.

Použitá instrumentace

• Indukčně vázané plazma spojené s hmotnostní spektrometrií (ICP-MS), včetně časově rozlišeného módu pro „single cell“ analýzu.
• Elektrotermická vaporizační jednotka (ETV-ICP-MS) pro přímé vnášení malých objemů vzorku.
• Laserová ablace coupled s ICP-MS (LA-ICP-MS) pro prostorové zobrazování.
• Kapalinová chromatografie (HPLC), kapilární elektroforéza (CE) a jejich kombinace s ICP-MS pro speciační analýzu.
• Mikrofluidní čipové systémy pro magnetickou a monolitickou mikroextrakci (chip-MS-PME) či kapalnou mikroextrakci (LPME).
• Mass cytometry (cytometry ICP-TOF-MS) s kovovými sondami pro fenotypizaci a počítání buněk.

Hlavní výsledky a diskuse

Metody založené na časově rozlišeném ICP-MS a mikrodropletech umožňují detekovat přechodový signál jednotlivých buněk. ETV-ICP-MS zajišťuje multielementární kvantifikaci ultrastopových koncentrací bez mineralizace. LA-ICP-MS dosahuje laterálního rozlišení až 1 µm pro prostorové mapování prvků. Mikroextrakční čipové techniky kombinované s ETV-ICP-MS či HPLC/CE-ICP-MS dosáhly subpikogramových detekčních limitů. Mass cytometry využívající lanthanoidové sondy umožňuje simultánní měření desítek parametrů na úrovni jednotlivých buněk.

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoká citlivost a selektivita analýzy kovů a jejich specií v jediném biologickém objektu.
• Možnost rychlé, multielementární a speciační analýzy bez nutnosti rozsáhlé předúpravy.
• Prostorové rozlišení a zobrazování distribuce prvků ve tkáňových řezech či buňkách.
• Potenciál pro biomarkery, studium metalomiky a buněčných metabolických drah.
• Využití v toxikologii, farmakokinetice nanomateriálů a v imunofenotypizaci.

Budoucí trendy a možnosti využití

Vývoj se zaměřuje na další snižování detekčních limitů i velikosti ablačních spotů, zdokonalení transportu aerosolů a robustnost mikrofluidních systémů. Integrované platformy spojující multidimenzionální separační techniky, komplementární molekulární MS a AI-řízenou analýzu dat otevřou cestu k komplexnímu pojetí buněčných metabolomů a metalomů na úrovni jediných buněk.

Závěr

ICP-MS a jeho deriváty představují klíčové přístupy pro analýzu stopových prvků a jejich specií v jednotlivých buňkách. Kombinace time-resolved analýzy, mikroextrakcí, speciačních technik a hmotnostních zobrazovacích metod umožňuje komplexní vyhodnocení buněčných procesů. Další technický pokrok přinese zvýšení citlivosti, robustnosti a širší aplikace v biologii, medicíně i průmyslu.

Reference

1. Tim S., Satija R.: Nature Rev. Gen. 20, 257 (2019).
2. Klepárník K., Foret F.: Anal. Chim. Acta 800, 12 (2013).
3. Trouillon R. et al.: Anal. Chem. 85, 522 (2013).
4. Pita Barbosa A. et al.: Theor. Experiment. Plant. Phys. 31, 71 (2019).
5. Liu Y. F. et al.: Analyst 144, 846 (2019).
6. Gong Y. L. et al.: Electrophoresis 40, 1212 (2019).
7. Fan Y. Y. et al.: Lab Chip 18, 1151 (2018).
8. Kuzmin A. N. et al.: Biosensors-Basel, 7, art. No. 52 (2017).
9. Ino K. et al.: Electroanalysis 30, 2195 (2018).
10. Anan Y. et al.: Chem. Res. Toxicol. 28, 1803 (2015).