集成细胞操作平台与单悬架细胞中药物和代谢物质谱分析的单探针相结合
June 21st, 2019
开发了一个集成的细胞操作平台,用于与单探针质谱设置结合使用,用于在环境条件下对单个悬浮单元进行在线分析。
由于此方法分析来自溶液的细胞，因此它可用于研究近本机环境中的细胞。这包括分析患者衍生细胞样本。这种技术几乎不需要细胞的样品制备。
因此，我们可以在环境条件下在线分析单个细胞，从而可以探索细胞异质性。该技术可用于研究各种不同疾病状态的液体活检，因为它可以分析从患者样本中直接分离的不同类型的细胞。要将单孔玻璃管转换为具有尖尖的锥形探头，首先将单孔玻璃管放入垂直移液器支架的夹夹中，将玻璃与加热线圈居中，并拧紧以将管固定到位。
加热线圈由一个 18 量镍铬电阻线组成，该线盘绕在金属棒周围 2.5 倍。设置带温度程序的玻璃管 19.5。将电磁阀柱塞设置为四。
触发电磁阀以拉动玻璃管。此步骤创建两个在尖端熔合的探头。使用毛衣从每个探针的尖端切割大约一毫米，在探针尖端形成直径约 10 微米的孔。
为了弯曲玻璃探头，便于耦合到 ICMP，设置了单探头 SCMS。首先将拉玻璃探头放入微叉中。将顶部位于铂加热线上方约三毫米。
然后，将铂丝上的热量加热到最高温度的 30%。将探头与原始位置弯曲约 45 度。将倒置显微镜显微检测器放在两个细胞操作系统中的电动桌子上，以便与质谱仪轻松耦合。
要设置玻璃单元选择装置，请将长滑轨插入毛细管支架的金属支架内，将玻璃单元选择探头插入到毛细管支架上，并拧紧螺钉以将探头固定到位。将探头尖端与加热板平行放置。将微型喷油器的金属支架固定到电池操作系统中。
然后将探针尖端置于倒置显微镜光线的中间位置。将包含单个探针的玻璃滑轨固定到电池操作系统的臂夹上。将毛细管放入塑料铁套的套筒中，将提供毛细管的溶剂连接到导电接头，并用手指拧紧接头。
将导电接头的另一侧连接到毛细管，通过将毛细管放入套筒并拧紧接头，将其连接到含有取样溶剂的注射器。在这些实验中，使用含有0.1%甲酸的乙酰酸作为取样溶剂。将注射器固定到质谱仪上的注射器泵中。
将纳米电离或纳米 ESI 发射器定位到扩展离子传输管的孔中大约 1 毫米。使用电池操作系统控制单个探头的空间运动，将纳米 ESI 发射器中央定位在扩展离子传输管前。将细胞培养瓶中的细胞移入15毫升离心管中。
在37摄氏度下旋转400倍G的细胞5分钟，然后丢弃上一液。在所需的治疗浓度下，将含有药物化合物的RPMI介质的四毫升中重新暂停。自定义质谱仪的实验参数。
在仪器软件的扫描模式标题下，选择定义扫描。在 M 超过 Z 400 使用 60，000 的分辨率，使用 1 微扫描 100 毫秒的最大喷射时间和自动增益控制。在注射器泵下，选择每分钟 150 纳米光的流速。
选择 NSI 源并施加大约 4.5 千伏的电压。打开倒置显微镜，为顶板和底部镜头选择 40 倍的放大倍。将其连接到笔记本电脑的 USB 端口以捕获实时视频源。
打开加热板并设置为 37 摄氏度。在计算机上，转到获取数据选项卡并在获取时间下连续选择。要准备样品进行分析，移液器的两到三个样品放入一个小培养皿的盖子。
将样品从加热板顶部的倒置显微镜置于光线中心。准备玻璃细胞选择探头进行分析。使用细胞操作系统移动探头，使其顶部聚焦在与细胞相同的平面的倒置微芯片下。
使用单元格操作系统将单元格选择探针尖端移动到目标单元格进行分析。使用倒置显微镜监控此过程。轻轻转动微压器手柄，调整油管内矿物油的位置。
微显器提供温和的吸力，将目标细胞固定到细胞选择探针尖端。使用细胞操作系统使用聚焦在单个探针尖端的数字显微镜将细胞选择探针尖端移动到单个探针尖端，以监控此过程。未经处理的K-562细胞用于建立实验方法。
在典型的SCMS实验中，从细胞内容检测过程中和完成测量后转移细胞可以观察到质谱的明显变化。监控三个常见的细胞脂质峰值，包括 PC 34:4、PC 36:4 和 PC 38:5，以确保细胞成功转移并检测细胞内容。在未经处理的细胞酸盐样品上，使用MSMS确认在750至850质量范围内的许多PC的身份。
使用ICMP单探针MS设置，Gemcitabine，Taxol和OSW1在使用K-562细胞孵育后检测到。这些结果表明，这种方法可用于研究细胞内脂质，药物和代谢物在单细胞水平从细胞在溶液在接近原生环境。请记住，将玻璃电池选择探针牢固地放入通用移液器支架中，以便充分应用吸力。
此方法还可以应用于患者衍生的样本，以区分细胞代谢物与各种细胞类型之间的差异，这使我们能够更好地了解这些疾病状态。开发此方法后，我们可以在单细胞水平上实现药物化合物的定量。使用细胞时，必须安装适当的个人防护设备，包括实验室外套和手套。
使用玻璃时，可以使用额外的眼部磨损。
概述
已经开发出一个集成的细胞操作平台，用于在环境条件下使用单探针质谱分析单个悬浮细胞的在线分析。这种方法允许在接近原生环境中研究细胞异质性。
关键研究组成部分
科学领域
- 细胞生物学
- 质谱分析
- 单细胞分析
背景
- 该技术直接从溶液中分析细胞。
- 它需要最少的样品制备。
- 适用于研究各种疾病状态的液体活检。
- 能够分析患者来源的细胞样本。
研究目的
- 探索细胞异质性。
- 在单细胞水平分析细胞内脂质、药物和代谢物。
- 开发单个细胞的实时分析方法。
使用的方法
- 制备锥形玻璃探针用于细胞操作。
- 使用与质谱仪耦合的细胞操作系统。
- 应用纳米电喷雾电离进行样品引入。
- 在细胞转移和分析过程中监测质谱。
主要结果
- 在质谱分析过程中成功检测细胞内容物。
- 识别脂质峰，确认细胞转移成功。
- 检测到K-562细胞中的吉西他滨和紫杉醇等药物。
- 证明该方法适用于研究各种细胞类型。
结论
- 该集成平台允许有效的单细胞分析。
- 它提供了对细胞对药物治疗反应的见解。
- 该方法可用于进一步的细胞生物学研究。
常见问题
Executive Industry Relevance
The integration of single-probe mass spectrometry with a cell manipulation platform enables direct, quantitative analysis of drugs and metabolites in individual suspension cells from patient-derived samples. This approach addresses the challenge of studying cellular heterogeneity and drug response in a near-native environment, supporting predictive confidence in early discovery and translational research. The platform's minimal sample preparation and compatibility with liquid biopsies position it as a valuable asset for risk-adjusted portfolio decisions in disease biology and personalized medicine.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of therapeutic hypotheses by quantifying intracellular drug and metabolite levels in single cells.
- Supports biological de-risking by revealing cellular heterogeneity and functional target engagement in patient-derived samples.
- Facilitates predictive confidence and triage of targets based on direct molecular readouts from disease-relevant cells.
Screening & Assay Development
- Prepares validated single-cell systems for downstream compound screening and mechanistic studies.
- Delivers reproducible, quantitative mass spectrometry outputs for assay standardization and benchmarking.
- Enables scalable, high-content analysis of drug uptake and metabolism at the single-cell level.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with translational biomarker strategies by enabling analysis of patient-isolated cells from body fluids.
- Provides continuity from discovery through preclinical validation by supporting liquid biopsy and disease-state profiling.
- De-risks advancement decisions by offering direct evidence of drug action in clinically relevant cell populations.
Pipeline & Workflow Integration
This platform bridges early discovery, lead identification, and translational research by enabling direct, quantitative analysis of single suspension cells from clinical samples.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification through single-cell drug and metabolite profiling.
- Screening: Provides assay-ready, reproducible systems for evaluating compound effects in heterogeneous cell populations.
- Analytics: Delivers high-resolution, quantitative mass spectrometry data for comparative analysis across conditions.
- Translational Research: Connects discovery outputs to preclinical and clinical biomarker strategies using patient-derived cells.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable analytical capability for diverse disease models and sample types.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and target validation by resolving cellular heterogeneity at the molecular level.
- Operational Value: Streamlines workflows with minimal sample preparation and robust, reproducible outputs.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by providing actionable data from clinically relevant samples.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization and advancement of programs based on direct evidence from patient-derived cells.
Implementation Considerations
- Requires expertise in single-cell manipulation, mass spectrometry, and data interpretation.
- Demands specialized instrumentation, including microinjectors, inverted microscopes, and high-resolution mass spectrometers.
- Necessitates cross-team standardization of sample handling and analytical protocols.
- Adaptable to various cell types and body fluids, but may require optimization for specific disease models.
- Practical limitations include throughput and the need for precise cell selection and transfer.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:42
Glass Cell-Selection Probe Fabrication and Integrated Cell Manipulation Platform Assembly
2:32
Couple the ICMP with a Single-Probe Setup and Suspended Cell Sample Preparation
3:58
Perform SCMS Measurements Using the ICMP/Single-probe Setup
5:57
Results: Integrated Cell Manipulation Platform Testing of Single Suspension Cells
7:07
Conclusion
