技术文章

不同元素在细胞中的作用，是目前细胞生物学中前沿的研究领域之一。在相关的研究当中，如果能在一次分析中得到单个细胞中的多个元素的信息，将会在提高实验效率的同时，也为研究人员提供更多的研究空间。本期向您介绍高灵敏度、多元素的单细胞分析方案，为帮助您检测单个细胞中的阿克 (ag, 1.0 × 10^-18g) 级的多种元素。

使用 Agilent 7900 ICP-MS 

在 scICP-MS 模式下进行单细胞分析

仅使用 100 μL 样品测量单细胞中的四种元素

许多元素对细胞健康至关重要，元素不平衡、缺乏或过量都可能会破坏自然细胞过程。传统细胞中金属元素的分析方法需要进行样品溶解、提取或消解，然后利用原子光谱进行分析。这些样品前处理步骤会破坏细胞结构，使得报告中的金属浓度结果为数千个细胞的平均值。

在单细胞 ICP-MS (scICP-MS) 中，样品溶液中包含的完整细胞被雾化，各个细胞悬浮在气溶胶液滴中。之后，使用成熟的单纳米颗粒 ICP-MS (spICP-MS) 分析方法将各个细胞引入等离子体中，即可对单细胞中的金属元素进行有效分析。

实验部分

本实验使用水溶液配制酵母细胞样品，采用配备可选的集成样品引入系统 (ISIS 3) 的 Agilent 7900 ICP-MS 进行分析，利用 Agilent ICP-MS MassHunter 软件的单纳米颗粒应用模块的快速多元素纳米颗粒分析模式进行方法设置、采集和数据处理。

结果与讨论

- 细胞雾化和传输效率

为确定细胞传输效率，将 ICP-MS 计算得出的细胞数量除以通过显微镜计数得出的细胞数量。使用此方法，得出细胞传输效率为 25%。确保大量细胞得到雾化和分析，可提高数据的准确度。

- 信号分布

使用 scICP-MS 在多元素模式下分析单细胞。³¹P⁺、³⁴S⁺、⁵⁶Fe⁺ 和 ⁶⁶Zn⁺ 的信号分布如图 1 所示。通过在样品前处理程序的离心和缓冲液置换步骤中充分清洗细胞，可以明确区分单细胞中各种元素的信号与背景信号。

图 1. 单细胞中四种分析物的信号分布

- 平均质量

表 1 所示的 P、S、Fe 和 Zn 的平均质量数据由 ICP-MS MassHunter 软件自动计算得出。除核酸和蛋白质的主要成分 P 和 S 以外，还测量了各个细胞中亚飞克 (fg, 1.0 × 10-15g) 级的 Fe 和 Zn。

表 1. 单细胞中各种分析物的平均质量（阿克）和精密度 (n = 3)

结论

安捷伦多元素 scICP-MS 方法能够用于详细测量和研究多种金属在细胞生物学中的作用。该技术提供了有关单个细胞中固有金属含量和金属缔合物的有价值的信息。scICP-MS 还可用于研究细胞对金属和含金属纳米颗粒的吸收、累积和释放。