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第五届金属组学国际研讨会大会报告(五)

2015.9.13

  分析测试百科网讯 2015年9月9日-12日,第五届金属组学国际研讨会在北京西郊宾馆召开,会议由中国科学院科院高能物理研究所、清华大学共同主办,来自世界各地的近200位金属组学领域的专家学者汇聚一堂,探讨金属组学的最新进展及未来展望。12日的分会场一,来自复旦大学的Xiangshi Tan、奥地利维也纳科技大学的Maximilian Bonta、奥地利维也纳科技大学的F. Brenner、堪培拉大学的 Teresa Chávez-Capilla、明斯特大学的David Clases、明斯特大学的Barbara Crone、计量科学研究院的Liuxing Feng、明斯特大学的Lisa Frensemeier、中国科学院的Liang Gao、明斯特大学的Oliver Hachmöller、柏林洪堡大学的 Yide He、中科院高能物理研究所的Yu-Feng Li、华沙理工大学的Magdalena Matczuk、广东药学院的Wenjie mei、京都大学的Yu-ki Tanaka、中国科学院高能物理研究所的王萌、中国科学院高能物理研究所的Jiating Zhao为大家带来了精彩的报告。

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复旦大学 Xiangshi Tan

  复旦大学Xiangshi Tan为大家带来题为《Metal specificity of metalloproteins and metalloenzymes》的报告,在报告中介绍了金属蛋白和金属酶的金属特异性。对于承载体内各种微环境调节功能、具有广泛氧化态的金属酶,了解其多元功能和金属特异性极富挑战。金属酶通过进化能够使其精细配位微环境来螯合合适的金属获得特定功能,金属特异性既涉及到同源金属离子的选择性结合,又涉及到相似金属离子结合时的不同催化活性。金属酶的选择性结合位点很有可能演变为在合适的位置上存在理想的催化金属离子。然而,由于金属辅酶因子的多功能热力学和动力学特征,金属酶的两个独立特征的协同演变并不总是一致。决定金属酶金属特异性的分子机制并没能得到很好的理解。在他的报告中重点介绍了金属蛋白的金属选择性、金属配位几何体和金属蛋白微环境、金属价态和金属蛋白的氧化还原电位。

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奥地利维也纳科技大学Maximilian Bonta

  奥地利维也纳科技大学的Maximilian Bonta为大家带来题为《Expanding the possibilities of elemental analysis: Investigations of biological tissues using Tandem LA/LIBS》的报告。他在报告中介绍了利用串联LA/LIBS进行生物组织的研究。LA-ICP-MS对于生物样品中微量元素横向分辨率的描述,是一种功能强大的工具。然而,该方法因为在一些生物相关的元素,例如氧、氢、氮等无法分析,而受到限制。然而,激光诱导击穿光谱(LIBS),能够检测这些元素,从而帮助解决LA-ICP-MS的限制。相比传统的LS-ICP-MS,LA/LIBS联用分析生物样品可以拓展检测元素的范围,从样品分析中获得更多信息。这将使所得到的结果更可靠,提高生物和医学解释解释的意义。在他的研究中,使用串联LA/LIBS对使用顺铂作为抗癌药治疗后的肿瘤患者的切片样本中的微量元素进行检测。LIBS作为同时检测多元素的技术被用来描绘样品中更高含量的元素的分布(包括C、H、O、N),而LA-ICP-MS被用于对微克/克范围内的微量元素进行研究。结果证明串联LA/LIBS在元素生物成像应用中可以增加元素覆盖。

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F. Brenner 奥地利维也纳科技大学

  奥地利维也纳科技大学的F. Brenner为大家带来题为《Distribution of modern anti-cancer drugs in single cells using high resolution ToF-SIMS》的报告。他在报告中主要介绍了使用高分辨TOF-SIMS研究现代抗癌药物在单细胞中的分布的研究。近几年来飞行时间离子质谱成为分析生物样品的重要工具。对一些元素拥有从ppm 到ppb的灵敏度,150nm以下的横向分辨率,该技术有分析单细胞的可能性,这使其具有优越性。而像其他技术,例如LA-ICP-MS能够提供更好的检测范围,关键的缺点是几微米的横向分辨率有限。这使其成为绘制抗癌治疗药物细胞内分布时,一个能同时提供高空间和高质量分辨率的必不可少的成功测量模式。除了某些抗癌药物的本地化,药物疗效也很重要,因此,量化可以提供进一步的必要信息。现代疗法中分子靶向的某些肿瘤药物常常含有铂,例如RTKIs和Evofosfamide。在这项工作中,他对抗癌药物进行元素和分子分析,包括含有的铂、溴、氟杂元素以及单细胞中的钠、钾。一个癌细胞代表相当简单的系统,实验的设计为了显示细胞内亚微米横向分辨率级抗癌药物的分布情况。此外,这种认识可以拓展到更复杂的样品,例如组织和异种移植。

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堪培拉大学 Teresa Chávez-Capilla

  来自堪培拉大学的Teresa Chávez-Capilla为大家带来题为《Artitioning coefficients and diffusion of organic arsenic species》的报告。跨生物膜的转运是砷的吸收、分布、代谢和排泄的关键。亚砷酸盐(As(OH)3)对于不带电荷的分子(水通道蛋白)采用双向通道,砷酸盐(H2AsO4-)的吸收能够通过磷酸载体发生。然而,对于五价砷在细胞外排系统的证据很少,有机砷运输缺乏认识,特别是含硫甲基化合物、谷胱甘肽复合物这些重要无机砷代谢产物。此外,砷物质可能取决于亲脂性、大小和参与的物质等的被动扩散行为,还知之甚少,或许可能会找到替代的流入和流出路线。他和他的同事看到了五价砷跨生物膜扩散的能力。他们研究了甲基砷酸分区(MA)和二甲基砷酸(DMA),发现在脂质系统模型中,DMA比MA表现更高的渗透率。最终的研究结果表明砷氧化态、砷硫的结合,可在生物系统中对砷的膜通透性起到重要作用。

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明斯特大学 David Clases

  来自明斯特大学的David Clases为大家带来题为《Speciation analysis of 99Tc in contrast agents by means of HILIC/ICP-MS and HILIC/ESI-HR-MS》的报告。主要介绍了所合成的一种新的多肽修饰的金团簇并验证了其分子式,在基础上,成功地确定了独特的生物特性,即它可以穿透细胞膜,特别是与TrxR1络合,可以抑制其活动,导致活性氧升高、细胞凋亡。并发现这种独特的生物学特性与带正电荷的肽相关。该发现可以提供一个新的肿瘤治疗策略。

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明斯特大学 Barbara Crone

  来自明斯特大学的Barbara Crone为大家带来题为《Imaging of Cisplatin by LA-ICP-MS in the model organism Caenorhabditis elegans》的报告。顺铂是最重要的、经常使用的用于癌症治疗的细胞抑制药物之一。其细胞抑制作用是基于使肿瘤细胞DNA形成分子内或链间交联。相关DNA的变形和对DNA修复机制的干扰导致癌细胞凋亡。聚(ADP-核糖)聚合酶-1(PARP-1)是一种参与多种生物学途径,包括DNA修复机制的蛋白质。秀丽隐杆线虫(线虫)拥有聚(ADP-核糖)代谢酶1(PME-1),是这是人类的PARP-1的直系同源物。在她的研究中使用LA-ICP-MS进行线虫中的顺铂分布研究。

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计量科学研究院 Liuxing Feng

  来自计量科学研究院的Liuxing Feng为大家带来题为《Determination of transferrin, albumin and electrolytes in human serum CRM by using isotope dilution HPLC/Laser ablation-ICP-MS》的报告。在他的报告中首先介绍了转铁蛋白(TF)、白蛋白(ALB)和电解质对病理状态监测及临床诊断的重要性。选用带有冷等离子体和碰撞反应池模式的同位素稀释ICP-MS进行人体血清中电解质(钾、钙、镁)的测试,对于血清中的铁蛋白和白蛋白的定量,通过基于同位素稀释ICP-MS策略测定硫/铁来进行测定。

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明斯特大学 Lisa Frensemeier

  来自明斯特大学的Lisa Frensemeier为大家带来题为《Speciation analysis ofthe arsenic containing drugroxarsone and its electrochemically generated transformation products》的报告。1944年来,在美国含砷药物洛克沙胂(ROX)是一种常用的动物饲料添加剂,用于促进家禽和猪的生长等。美国自从2013年生产厂家已经自愿停止使用该药物,然而仍然在加拿大、中国、孟加拉国使用。但对该药的代谢途径并不能完全了解,不能排除其在人类体内的毒性。她的研究中,就此开展了一种使用电化学池加上在线电喷雾质谱(ESI-MS)模拟ROX氧化还原的方法。借用亲水性相互作用液相色谱(HILIC)对氧化产物进行分离用于形态分析。一方面EC和ICP-MS可以整合评估氧化产物的量。另一方面,通过HILIC/ESI-MS获得互补的分子信息。

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中国科学院 Liang Gao

  来自中国科学院的Liang Gao为大家带来题为《The Au clusters induce tumor cell apoptosis via specifically targeting thioredoxin reductase 1 (TrxR1) and suppressing its activity》的报告。合成了一种新的多肽修饰的金团簇并验证了其分子式,在基础上,成功地确定了独特的生物特性,即它可以穿透细胞膜,特别是与TrxR1络合,可以抑制其活动,导致活性氧升高、细胞凋亡。并发现这种独特的生物学特性与带正电荷的肽相关。该发现可以提供一个新的肿瘤治疗策略。

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明斯特大学 Oliver Hachmöller

  来自明斯特大学的Oliver Hachmöller为大家带来题为《Element Bioimaging of Copper and Iron in Wilson´s Disease Liver》的报告。铜元素是人体必需元素,也是一些酶的组成部分。然而,过量的铜可能导致生物体内的各种变化和干扰。Wilson病是一种常染色体隐性遗传的铜代谢障碍,会导致铜在肝、中枢神经系统、角膜等不同器官的积累。这样一来,Wilson病可能引发肝炎或运动障碍、行为异常等神经系统症状。

  为了了解铜在该疾病肝脏样本中的分布,使用激光烧蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)对不同人类肝脏样本进行分析。同时也对铁的分布进行监测。该方法为诊断提供了新的可能的方法,并有助于更好的理解该病及其发展情况。

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武汉大学 Man He

  来自武汉大学的Man He为大家带来题为《Gold nanoparticles labeling coupled with ICP-MS for the assay of sialic acid expression on cancer cell surfaces》的报告。大量分布在细胞表面的糖基参与如细胞相互作用、信号传递与肿瘤转移等多种生理活动。唾液酸是一种含有九个碳原子的单糖,主要存在于糖链的末端,参与一系列的生理和病理过程。细胞表面上唾液酸含量的变化往往与一些疾病相关已经被证明。因此,一种快速、准确的细胞表面唾液酸定量方法对疾病的诊断和治疗具有重要发展意义。

  在生理条件下,苯硼酸在SP2杂化的非解离状态能够与唾液酸结合,表明了唾液酸的特异性。在此基础上,生物素化的硼酸被合成并且用于识别细胞表面的唾液酸(图1)。另外,一种结合纳米金标记和ICP-MS的检测方法被开发并用于检测癌细胞表面唾液酸的分析。该方法灵敏度高,方便快捷,为癌症诊断提供了新的策略。

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柏林洪堡大学 Yide He

  来自柏林洪堡大学的Yide He为大家带来题为《Metal Labeling of Biopolymers for High Precision Quantification》的报告。在报告中介绍为解决蛋白质组学定量挑战,金属亲和标记(MeCAT)作为一种新的用于蛋白质和多肽绝对定量分析的标记试剂,已被Linscheid教授开发出来。

  这些试剂允许ICP-MS对标记物质进行跟踪,以达到定量目的。在他的报告中,介绍了所建立的,全新包括原位化学在内的MeCAT两步标记策略(Ln-MeCAT-Click),。他谈到,MeCAT是定量蛋白质组学研究中一个很有前途的工具,它的优点是可以组合使用元素质谱和分子质谱技术,提供结构和定量信息,这种协同操作对于复杂的生物样品特别有用。

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中科院高能物理研究所 Yu-Feng Li

  来自中科院高能物理研究所的Yu-Feng Li为大家带来题为《Metallomics study on mercury selenium interaction in rice》的报告。在汞污染地区的水稻生产摄入被认为是一个主要的膳食汞暴露的途径。目的是:1)在清镇汞污染稻田中能够使稻谷中汞积累最少的最合适的Se浓度;2)阐明在稻谷中Se对抗汞毒性的保护机理。分别用不同浓度(0,0.01,0.1,0.5,1和5μ克/毫升)的亚硒酸钠,在中国贵州清镇种植水稻。检查土壤中汞和硒的含量,流水,水稻组织,结实率(SSR)和千粒重(TSW)。通过XRF和XAS研究水稻根中汞和硒的分布和化学形态。0.5μg/mL亚硒酸钠处理水稻植株在稻米汞积累最低,而SSR和TSW最高。在水稻根部,利用XRF发现Hg的吸收降低,并且利用XAS发现Hg-Se的复合物的形成。此次研究表明,适当的Se浓度(0.5微克/毫升)是减少水稻中Hg积累、提高产量和质量的一种有效方式。此后,这种方式将可以保护在汞污染地区的水稻相关人群的健康。

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华沙理工大学 Magdalena Matczuk

  来自华沙理工大学的Magdalena Matczuk为大家带来题为《Tumor-targeting metal-based nanomaterials – alterations in human serum examined by CE-ICP-MS》的报告。

  癌症是公共卫生保健和全球经济面临的最大挑战之一,每年造成8200000人死亡,经济损失约一万亿的经济损失。成功控制癌症取决于有效的诊断和治疗效率。金属基纳米材料(MNMS)具有独特的光电性能和磁性能,使用它们在癌症治疗的肿瘤成像和治疗药物被非常广泛的研究。MNMs在体内,特别是从管理角度它们对肿瘤的路线是与血清蛋白的相互作用密切相关的。经过十多年的研究,尚缺少蛋白质在MNMs作用机制的确切功能方面的知识。因此,开发新的和更有效的分析技术研究NMMs蛋白介导的摄取是非常重要的。

  这篇论文的主要贡献是发展了一种分析方法,它将被用于表征在真实血清环境中NMMS(例如金纳米粒子和量子点)与血清蛋白相互作用的活性。关于他们变化的信息将有助于更好的了解现有肿瘤靶向MNMS的作用方式以及可能用于未来的设计。电泳技术在生物分子纳米材料的行为分析方面越来越流行。然而,与普通UV检测相比他们不允许检测MNMs的物种形态变化。因此,选择毛细管电泳与电感耦合等离子体质谱(CE-ICP-MS)联用的方法。这种结合方法具有CE高分辨分离的潜力和ICP-MS的敏感性和特异性。这些优点使得在温和、物种友好的分离条件下,在低浓度生理环境设置下使用小样本量研究蛋白质-纳米颗粒的相互作用提供了可能。首先研究了个人的人血清蛋白(白蛋白,转铁蛋白,免疫球蛋白等),然后在真实的血清样品进行了金纳米粒子和量子点的相互作用的研究。检测了MNMs大小对蛋白质结合的速率和程度的影响。此外,为了发现在血液中选择MNMs的主要结合伙伴,做了蛋白质竞争试验。

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广东药学院 Wenjie mei

  来自广东药学院的Wenjie mei为大家带来题为《Ruthenium complexes as potential inhibitor against the invasion of tumor cells targeting to the formation of invadopodia》的报告。在报告中主要介绍了钌络合物作为肿瘤细胞潜在抑制剂的研究工作。

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京都大学 Yu-ki Tanaka

  来自京都大学的Yu-ki Tanaka为大家带来题为《Evaluation of Ca, Mg and Sr metabolism in rat bone through elemental imaging using LA-ICPMS technique》的报告。羟基磷灰石是脊椎动物骨骼和牙齿的主要组成。该报告提到,羟基磷灰石的结晶顺序,钙离子容易被镁或锶等二价阳离子取代,这些取代会诱发晶格失配,导致晶体的溶解度增大。1、这表明,钙、镁或锶等离子的浓度可以反映骨的机械强度。而激光烧蚀ICP质谱(LA-ICPMS)能够测量分辨率优于10μM的微量元素组分。2、研究人员使用LA-ICPMS测量了大鼠股骨中Ca,Mg和Sr的丰度,以及用显微拉曼光谱分析结晶。

  应用这些方法分析收集来的慢性肾脏病(CKD)和糖尿病大鼠骨样本,与对照组动物相比,元素的有效性和骨代谢有不同的状态。可能是因为肾脏损伤造成镁和锶的排泄减少,与对照组大鼠相比,慢性肾脏病大鼠羟基磷灰石,在骨的内外部分,Mg/Ca和Sr/Ca比值都增加了。与此相反,糖尿病大鼠的Mg/Ca和Sr/Ca比值略低。在同一区域中,元素比值的分布呈现出空间变异特征,并与同一地区的结晶度分布有着相似性。这些结果表明,元素的替代可能会导致在一定程度上降低骨结晶度。

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中国科学院高能物理研究所 王萌

  来自中国科学院高能物理研究所的王萌为大家带来题为《Quantitative analysis of gold nanoparticles in single cells by laser ablation inductively coupled plasma-mass spectrometry》的报告。单细胞分析已经成为一个重要的领域,近年来反映在生物系统中的细胞反应的异质性。报告人展示了一个新的方法,基于激光烧蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS),对LA-ICP-MS进行单细胞分析的潜力和在单个细胞水平上对金属纳米粒子药物或生物反应进行了探索。

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中国科学院高能物理研究所 Jiating Zhao

  来自中国科学院高能物理研究所的Jiating Zhao为大家带来题为《Identification and quantification of seleno-proteins by 2-DE-SRXRF in selenium-enriched yeasts》的报告。报告人介绍,通过二维电泳(2-DE)和同步辐射X射线荧光(SR-XRF)分析,其开发了一个通过识别和定量硒元素,确定富硒酵母中含硒蛋白的综合方法。

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