細胞是生物結構、功能單元及生命活動的基本單位，對其深入研究有助于進一步認識生命規(guī)律。臨床樣本量通常較少，單細胞多指標分析對疾病早期診斷及預后、藥物開發(fā)等具有重要意義。為了滿足對單細胞多參數(shù)分析日益增長的需求，Tanner等提出了質譜流式細胞儀的概念。與傳統(tǒng)的熒光流式相比，該儀器基于非光學物理檢測原理與金屬標簽抗體識別細胞，檢測通道理論上可達上百種，同時，檢測通道之間相互無干擾，具有高靈敏度、高穩(wěn)定性及低變異系數(shù)的優(yōu)點。
目前常見的質譜流式金屬標簽是基于1,4,7,10-四氮雜環(huán)十二烷-1,4,7,10-四乙酸等配位基團的聚合物金屬標簽（MCP），每條聚合物鏈上僅連有20-50個金屬原子，相當于每個抗體上連有150-200個金屬原子，無法實現(xiàn)低豐度標志物的檢測。此外，MCP聚合物標簽只可與稀土金屬和鉍等的三價離子配位（對應約40個檢測通道），超過60%的同位素通道并沒有實際使用，制約了質譜流式在實際應用中的多指標檢測能力。由此可見，提高質譜流式金屬標簽的靈敏度，實現(xiàn)低豐度細胞標志物的檢測以及開發(fā)新的質譜流式同位素通道，提高質譜流式多指標檢測能力是當前質譜流式技術亟需解決的問題。因此，需要開發(fā)設計新型的金屬同位素載體提高單個金屬標簽上金屬原子個數(shù)及負載稀土之外金屬元素。
中國科學院蘇州生物醫(yī)學工程技術研究所研究員白鵬利課題組是國內最早進行質譜流式檢測試劑研究團隊之一，經過多年的積累，已掌握金屬標簽的合成、篩選及抗體標記等技術，積累了深厚的學術與技術基礎。近期，白鵬利課題組首次提出了一種基于便捷的金屬元素摻雜聚苯乙烯納米球的質譜流式金屬標簽合成策略，將稀土、鋯和鉿等金屬元素通過溶脹的方法摻雜到聚苯乙烯納米顆粒中，并進行抗體偶聯(lián)，制備了一系列質譜流式金屬標簽，實現(xiàn)了對單核細胞（MNCs）的單細胞高靈敏多指標檢測。
納米顆粒通常會與細胞產生強烈的非特異性吸附，可能導致假陽性結果，影響檢測結果的準確性，因此降低材料的非特異性吸附水平對質譜流式檢測試劑頗為重要?？蒲腥藛T通常對納米顆粒進行復雜的表面修飾來降低材料的非特異性吸附水平，操作繁瑣困難。本研究發(fā)現(xiàn)改變染色緩沖液成分可有效降低聚苯乙烯納米材料對細胞的非特異性吸附，例如，使用含10%FBS的PBS緩沖液時聚苯乙烯納米顆粒與細胞的非特異性吸附水平下降至使用商品化緩沖液的5%，這為改善納米顆粒類質譜流式金屬標簽非特異性吸附性能提供了新的發(fā)展方向。
該團隊將Eu金屬摻雜到200nm聚苯乙烯球中后與抗CD8抗體偶聯(lián)制備的金屬標簽，可實現(xiàn)對MNCs中CD8+T細胞的有效分群，分群效果與商品化的MCP標簽一致，當標簽用量為4000NPs/Cell時，檢測靈敏度可達到商品化標簽的5倍，且該標簽對商品化標簽表現(xiàn)出頗高的兼容性，證明其具備在實際質譜流式檢測中具備應用潛力。
該工作將La、Zr和Hf等金屬摻雜到聚苯乙烯納米顆粒中，與抗CD45抗體偶聯(lián)制備相應的金屬標簽，均能夠實現(xiàn)對MNCs細胞的分群，并首次實現(xiàn)了177Hf、178Hf、179Hf和180Hf四個元素通道在質譜流式檢測中的應用，拓寬了質譜流式檢測通道。未來，將其他金屬同位素摻雜到聚苯乙烯納米顆粒中制備金屬標簽將會開拓更多的元素通道。該工作為質譜流式檢測通道拓展提供了一種通用易行的策略。
相關研究成果以A Universal Mass Tag Based on Polystyrene Nanoparticles for Single-Cell Multiplexing with Mass Cytometry為題，發(fā)表在Journal of Colloid and Interface Science上（2023, 639, 434-443.）。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、江蘇省自然科學基金、中科院儀器裝備項目和中科院青年創(chuàng)新促進會等的支持。
圖1.基于金屬摻雜聚苯乙烯納米顆粒的質譜流式金屬標簽制備策略及單細胞多指標檢測示意圖
圖2.Eu-PS-NPs標簽在不同細胞染色緩沖液中對MNCs細胞染色后質譜流式散點圖。（a）Fluidigm CSM，（b）PBS，（c-f）5-20% of FBS in PBS，相應信號強度柱狀圖（g）和熱圖（h）。
圖3.商品化標簽及Eu-PS-NPs標簽染色后質譜流式散點圖對比。（a）141Pr-MCP_CD45、152Sm-MCP_CD3、151Eu-MCP_CD8、159Tb-MCP_CD4，（b）141Pr-MCP_CD45、152Sm-MCP_CD3、151Eu-PS-NPs_CD8、159Tb-MCP_CD4。
圖4.Eu、Zr、Hf、La摻雜聚苯乙烯納米球標簽制備及對MNC細胞分群結果
