感应耦合等离子体质谱法（ICP-MS）是一种分析单细胞元素组成的显著技术。然而，ICP-MS中样品引入的传统方法对更大的哺乳动物细胞可能是有害的。为应对这一挑战，研究人员开发了一种新方法，使用微滴发生器在提供准确元素分析的同时保持细胞完整性。这种创新技术可能会改善疾病诊断和预后能力。
微量金属对所有生物体的健康至关重要。理解它们对代谢的影响对于维持这些生物体内的平衡是必不可少的。此外，人类经常通过各种污染形式暴露于危险重金属。这些问题引发了对能够检测人类细胞中微量金属浓度的分析方法的研究热潮。
感应耦合等离子体质谱法（ICP-MS）是一种重要的分析工具，用于确定各种样本的元素组成，包括生物样本。最近，单细胞ICP-MS（ScICP-MS）在医学和生物研究中获得了普及，用于研究来自不同来源的活细胞，包括细菌、真菌、微生物、植物和哺乳动物。通常，传统的ScICP-MS样品引入系统涉及一个气动雾化器和一个总消耗喷雾室，将液体细胞悬浮液转换为细雾进行检测。
尽管标准的ScICP-MS方法对酵母细胞实现了10%的传输效率，但对更脆弱的哺乳动物细胞表现不佳。虽然化学固定可以为哺乳动物细胞提供结构支持，但它对细胞的元素组成产生负面影响，导致结果错误。因此，迫切需要一种保护哺乳动物细胞免受损伤的样品引入技术。
为应对这一挑战，日本的研究人员展示了微滴发生器（µDG）作为样品引入系统的有效性，允许对哺乳动物细胞进行精确和准确的元素分析。这支研究团队包括助理教授田中佑纪及其同事片山日奈乃、饭田理沙子，以及来自日本千叶大学药学研究生院的荻原康光教授，成功将µDG集成入ICP-MS样品引入系统，实现了准确的元素分析。他们的研究成果于2024年12月2日发表在《分析原子光谱学杂志》第40卷上。田中博士解释道：“以前，ScICP-MS仅限于研究细菌、真菌、植物细胞和红细胞。我们现在已经将其应用扩展到哺乳动物培养细胞，从而创造出一种可靠的量化元素含量的方法。”
研究比较了两种不同的样品引入系统以分析颗粒和细胞。第一个系统由传统的同心玻璃雾化器和一个总消耗喷雾室组成，而第二个系统利用了µDG，该系统连接到一个专门设计的T形玻璃配置，将一端连接到总消耗喷雾室，另一端连接到ICP火炬。
使用µDG后，研究人员注意到细胞传输效率显著提高。他们测量了K562细胞（人类慢性髓性白血病细胞）中的镁、铁、磷、硫和锌水平，并发现µDG保持了细胞的原始结构，而传统方法常常损害了这一结构。这一进展使得µDG非常适合单细胞元素分析，从而有效检测单个细胞。“我们的发现强调了µDG作为ScICP-MS中多功能样品引入系统的潜力，”助理教授田中表示。
研究进一步揭示，培养的K562细胞的大小会影响雾化过程中产生的剪切应力，这可能导致细胞损伤。剪切应力随着细胞大小的增加而增加，从而造成显著损害。µDG的设计有效保护了K562细胞，从而改善了对单个细胞中元素信号的检测和定量。
ICP-MS技术具有广泛的应用，包括环境监测、能源、制药、食品安全、农业和临床研究。“ScICP-MS技术一个特别令人兴奋的应用是在疾病诊断和预后方面。通过检查体内的元素组成，包括单细胞水平，我们可以评估健康状况。血液样本，容易从患者或健康个体中收集，是通过scICP-MS进行诊断和预后的优秀候选者，”田中助理教授充满热情地总结道。
