SciTranslMed使用手持型质谱

前言:

组织评估和诊断在癌症患者的临床治疗中是非常重要的。特别是对于乳癌，肺癌以及高级别浆液性卵巢癌等癌症，准确地确定肿瘤边界并对肿瘤组织加以清除可以有效延长患者的生存期。

利用传统的组织病理学分析，比如冰冻切片在术中肿瘤鉴别具有一定的挑战性。除了耗时，耗力外，冰冻过程可能会对组织的结构和细胞形态产生影响。

对肿瘤组织的分子分析为将肿瘤特异性生物标记纳入临床决策提供了可能。目前发展了一些在术前和术中阶段，体外或者体内进行组织诊断的分子成像技术，包括免疫组织化学，基因测序，荧光探针，拉曼光谱仪以及核磁共振成像等。

这里，研究者设计了一种自动化，生物相容性的一次性手持设备MasSpecPen，并用于实时、非破坏性地组织取样以及分子诊断。

第一部分

MasSpecpen设计与操作

Figure1a系统组成示意图。系统包括三个基本元素（1）一个可以向采样探头递送特定体积的注射泵（2）一个聚四氟乙烯管道（3）一个用于直接采集生物组织的手持笔状探头。

Figure1b3D打印的聚二甲硅氧烷顶端。顶端包含三个接口：递送单一水滴的进入接口，递送气体的中央接口以及将水滴中的物质从组织递送到质谱仪的排出接口。

Figure1c组织采集示意图。整个采集过程在3s内完成。首先从进入接口进来的水滴会在三个接口汇集形成的小储藏室停留一定时间进而有效的对分析物进行提取。接着中央接口进入的气体形成低正压力并与系统中局部的真空共同将溶液通过排除接口递送到质谱仪，从而完成样品采集。

第二部分

使用MasSpecPen对薄组织切片进行分子分析

Figure2a正常人甲状腺组织切片HE染色结果和负离子模式下的典型质谱图（n=5）。

Figure2b乳头状甲状腺癌组织切片的HE染色结果和典型质谱图（n=4）并提供了含量最多的几个分子离子的含义。

第三部分

组织样品的非破坏性分子分析

Figure3a肺腺癌组织样品在MasSpecPen分析前，中，后的光学图片。从放大的组织样品图片中可以看到样品采集过程并没有对组织造成肉眼可见的损伤。

Figure3b肺腺癌组织在负离子模式下的质谱图并标出了含量最丰富的分子离子的含义。

第四部分

在人组织中对癌症进行分子诊断和统计预测

Figure4使用MasSpecPen采集人组织样品数据，并进行主成分分析（PCA）。总计个病人，其中部位包括乳房（n=45）,甲状腺（n=57）,卵巢(n=57)，肺（n=96）。

Table1使用MasSpecPen得到的人组织样品结果。病理诊断，病人样本的数量，和Lassp预测的敏感性，特异性，准确性，和留一法交叉验证获得的AUC。这些结果表明MasSpecPen获得的样品信息可以用来鉴定肿瘤，同时建立的统计分类方法是有效的，并可能作为一种自动化的临床组织样品诊断方法。

第五部分

组织学上不相同以及肿瘤边界组织区域的样本内分析

Figure5a高级别浆液性卵巢癌（HGSC）组织样品的光学照片。1-5为MasSpecPen的取样点，其中图中插入的图片为三处组织经过冷冻，切片和HE染色后的结果。

Figure5b区域1，3，5的负离子模式下的平均质谱图（n=3）。

Figure5c各区域的病理诊断结果。

第六部分

人乳癌类模型的术中体内分析

Figure6a表现动物在MasSpecPen分析前，中，后三个时期情况的光学图像。

Figure6b正常组织和肿瘤组织的在负离子模式下的典型质谱图（n=3）。

总结：

1、研究者使用MasSpecPen采集了个病人样品地肿瘤组织和正常组织的数据。质谱图标明了一些可能的肿瘤生物标记，包括代谢物、脂质和蛋白质等。

2、通过质谱图数据建立的统计分类器表现出了良好的肿瘤鉴别效果（高敏感性，特异性和正确率）。特别重要地，分类器可以对具有复杂组织成分的肿瘤边界区域进行准确判断。

3、荷瘤小鼠模型的结果表明MasSpecPen适合于体内的肿瘤诊断，而且不会对动物造成可观测到的组织损伤和压力。

责任编辑：潘雅君连梅菲唐佳昕

参考文献：

ZhangJ,RectorJ,LinJQ,etal.Nondestructivetissueanalysisforexvivoandinvivocancerdiagnosisusingahandheldmassspectrometrysystem.ScienceTranslationalMedicine,;9():eaan.（IF=16.）

doi:10./scitranslmed.aan.

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