表面增强激光解吸电离飞行时间质谱技术

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所属分类:蛋白质谱技术

飞行质谱的全称是表面增强激光解吸电离飞行时间质谱技术(seldi-tof或seldi)。质谱技术-飞行质谱是由2002年诺贝尔化学奖得主田中(tanaka)发明,赛弗吉(ciphergen)系统生物公司制造的特殊芯片,诞生伊始便引起学术界的重视,成为最引人注目的亮点。

  ■工作原理

  早期的飞行质谱为基质辅助激光解吸离子飞行质谱(maldi-tofms),基质使被分析蛋白质离子化,再由质谱测定。seldi把基质改为以色谱原理设计的蛋白芯片,增强了分离能力。芯片技术最初应用于dna分析,称基因芯片。由于芯片整合了多种高技术:高度集成、超微化、计算机化、自动化,具有多样、快速等优点,也成了飞行质谱的首选。和dna不同,蛋白质是三维结构,制作蛋白芯片最困难的是如何在不损害功能又不增加背景的条件下在芯片表面通过固定某些蛋白起分离作用。鉴于传统技术很难解决这一难题,在飞行质谱的检测系统中, 蛋白芯片根据色谱原理,表面经化学(阳离子、阴离子、疏水、亲水和金属离子整合等)或生物化学(抗体、受体、dna等)处理,芯片特异性地和血清中测定蛋白结合,再通过选择性清洗,获得高分辨率的保留蛋白谱(第一次分离)。当加入能量吸收分子(eam)后,芯片上保留的蛋白形成晶体。在特异的激光照射后,晶体发生解离作用,带电分子在通过电场时加速,记录仪记录飞行时间的长短,质量越轻,相对所带的电荷越多(质荷比m/z越小),飞行时间越短。信号由高速的模拟数字转化器传化并记录,被测定的蛋白质以一系列峰的形式呈现,这些特异的峰可看成此类疾病的指纹。单个蛋白在谱图上的位置取决于飞行时间。seldi携有特有的软件,能快速处理、分析大量的信息。seldi分析的蛋白峰的质谱图的横轴表示蛋白类型,纵轴代表蛋白质的强度和丰度。进行定量测定。利用飞行质谱就能发现过去无法分离检测的新的疾病蛋白谱图。根据几年来世界各地的使用情况,普遍认为该方法快速、重复性好,可检测微量蛋白。

  ■临床应用

  飞行质谱这一技术目前已广泛用于多种疾病,如癌症、老年病、感染性疾病、心血管病和神经系统疾病,认为可以提高多种疾病的诊断率,其中应用于癌症的最多。国外研究人员应用seldi检测了转移性黑色素瘤、肉瘤和肾癌,敏感性达87%。他们认为,该方法根据独特的8~24条蛋白指纹图可以用于多种癌症的诊断,如肝癌、前列腺癌、乳腺癌、膀胱癌、食道癌,其检测限为飞摩尔/升。据报道,美国华盛顿伊丽莎白医院利用该技术检测肺癌,敏感性达98%,特异性97%;美国霍普金斯医学院检测了卵巢癌敏感性82%,特异性98%;霍普金斯医学院、美国国立癌症研究所合作检测乳腺癌,敏感性93%,特异性91%。国内研究也成绩斐然,结果十分惊人,各项统计指标均远好于经典的肿瘤标志。许多科学家认为,seldi发现是十分激动人心的事,临床应用有巨大潜力,seldi将发现许多新的肿瘤标志,使肿瘤研究有突破性进展。

  ■前景

  虽然,seldi推出仅4年,距第一篇正式发表的工作报告只有两年多,但从世界范围的应用结果来看,seldi在许多疾病的诊断特别在肿瘤早期准确诊断上有着极其光明的应用前景。美国科学顾问委员会的300多位从事生命科学或医疗一线的研究者普遍认为飞行质谱是一个极有前途的应用技术,将给诊断学带来一场革命或革新,大大改变目前一些疾病如肿瘤、心血管病等诊断落后的情况,前景美好。

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