中国科学院大连化学物理研究所张丽华研究员、梁玉研究员团队近期研制出一种基于有序胶体晶体材料的高效色谱分离柱，在单细胞分辨率下实现了空间蛋白质组学的高通量、深度分析。相关成果已发表于《德国应用化学》。
空间蛋白质组学旨在解析生物组织内蛋白质组的空间分布，对于揭示生物功能与致病机制具有重要意义。在单细胞分辨率下分析蛋白质组的空间差异，有助于理解细胞空间异质性、细胞信号网络及细胞间相互作用。当前主流技术主要采用激光显微切割(LCM)结合纳升级液相色谱—质谱联用进行分析。然而，随着空间分辨率提升至单细胞水平，LCM样本数量显著增加，分析通量成为主要瓶颈。据团队介绍，在传统单细胞切片分析中，即使使用高端质谱平台，单个样本的分离梯度时长仍需约30分钟；而传统质谱平台则需1至2小时才能达到约1000个蛋白质的鉴定覆盖度。
为破解上述难题，研究团队研制了基于800纳米单分散C18胶体颗粒有序组装的胶体晶体色谱柱。该色谱柱具有高度有序的颗粒排列、亚微米级颗粒尺寸及无孔颗粒结构，柱效超过200万/米，较传统亚二微米色谱柱提升约10倍，可在保证鉴定覆盖度的同时显著提高分析通量。基于该有序胶体晶体色谱柱，在5分钟和2分钟的分离梯度条件下，对100微米空间分辨率的LCM切片分别鉴定出4462±119种和3597±172种蛋白质，而传统亚二微米色谱柱需要30分钟才能达到相近的鉴定覆盖度。
在单细胞分辨率空间蛋白质组分析中，该色谱柱同样展现出优异性能。仅需5分钟即可从单个肝细胞切片中鉴定出2304种蛋白质；即便在2分钟的极短梯度条件下，仍可鉴定超过1000种蛋白质。这一速度比传统方法(约30分钟)提高了16倍。
团队进一步将该方法应用于肝癌组织空间蛋白质组分析，成功实现了肝硬化、早期肝癌及进展期肝癌病理区域的快速空间蛋白质组解析，并在单细胞分辨率下揭示了肿瘤区域内不同细胞的蛋白质组异质性。研究人员表示，该方法为单细胞空间蛋白质组学、分子图谱构建及疾病组织微环境等研究提供了新的技术工具。
本文参考资料来源：中国科学报
作者：宋池
