岛津ICPMS-2030单细胞分析技术

岛津ICPMS-2030单细胞分析技术

细胞是构成生命的基本单元，也是生命科学研究的基础。对于细胞样品的元素分析通常是用强酸消解之后再用ICP-MS测量总量。这种方法得到的结果是样品中所有细胞中目标元素浓度的平均值，不能反映单个细胞的情况。研究表明在同一组织内单个细胞之间存在着较大的差异，所以要得到更多细节和更加准确的信息就必须对细胞逐一进行分析。单细胞ICP-MS（SC-ICP-MS）方法是基于单颗粒ICP-MS (SP-ICP-MS)技术的基础上发展出来的前沿应用，可以快速对单个细胞逐一测量。由于ICP-MS灵敏度高，非常适合分析单个细胞内的低浓度元素含量。

岛津ICPMS-2030单细胞分析技术原理介绍
在样品导入到ICP-MS的过程中，细胞悬浮液中的每个细胞可以看作单个颗粒进入到雾化器，雾室，然后经过等离子体火焰产生离子云。单个细胞内的元素含量跟离子云中离子的个数成正比。由于单细胞产生的离子云是不连续的，在经过四级杆的筛选进入检测器后会得到不连续的信号峰，每一个信号代表单个细胞内目标元素的含量，基线为样品溶液的背景信号。常规的旋流雾室或者是双筒雾室由于进样效率低（<5%）并不适合细胞样品的分析。

岛津ICPMS-2030单细胞分析技术使用了一款专门分析单细胞的高通量雾室，可以恒温加热，搭配低速蠕动泵后进样效率在40%以上。由于雾室的特殊设计，减少了细胞碰撞破裂的概率使分析结果更加准确。

岛津ICPMS-2030单细胞分析技术应用案例
纳米颗粒由于其粒径小可以穿透细胞膜，摄入纳米颗粒会对人体产生潜在的健康威胁。为了研究纳米颗粒在动物体内的代谢和对不同器官的影响，我们对小鼠静脉注射了15nm金纳米颗粒悬浮液。暴露24小时后对小鼠的不同器官进行取样，得到肺，肝脏，和脾脏组织后进行组织分解，然后经过细胞分离得到细胞悬浮液；样品下一步经过红细胞去除后使用多聚甲醛溶液进行细胞固定。*后细胞样品经过三次离心清洗和再分散，细胞浓度控制在106个/mL就可以直接上机测试了。


通过ICP-MS时间分辨的信号图可以看到三种组织器官的细胞分析结果都出现了一个个不连续的信号峰，每个峰代表单个细胞内金元素浓度的含量。用算法把有效信号峰挑选出来后，可以计算出单个细胞内含有金纳米颗粒的个数，通过统计得到下面的直方图。横坐标是摄取到单个细胞内金纳米颗粒的个数，纵坐标是频率。结果表明在同一个组织样品中，细胞摄取的纳米颗粒数是不相同的，对于脾脏细胞可以用高斯分布拟合数据得到7种细胞群，每种细胞群摄取的金纳米颗粒从363个到1040个不等。肝脏样品和肺组织样品也得到了类似的结果，细胞形态呈现多峰分布。总体来看对纳米颗粒的摄取量：脾脏细胞> 肝脏肺细胞> 肺细胞。实验证明了同一组织的细胞对纳米颗粒摄取的不均匀性。使用单细胞ICP-MS可以得到单个细胞的分析结果，相比于强酸消解后检测平均值的方法可以得到更多有价值的信息。

结 论
使用岛津ICPMS-2030单细胞分析技术，搭配岛津高通量雾室和微流量进样系统可以快速准确的测量单个细胞中目标元素的浓度，得到细胞间的差异，并且可以以目标元素含量区分细胞群。另外单细胞ICP-MS不需要对细胞进行荧光标记，前处理简单，为金属组学、纳米毒理学的研究提供了新的分析手段。