基于质谱成像和组学分析的环境毒理研究

生物体多器官的空间异质性导致环境污染物在生物体内的毒性分子机制错综复杂。基于传统化学和生物分析的环境毒理学研究,通常将研究对象看作“均一”整体,无法从空间上准确定位污染物及其代谢。以质谱成像和组学分析为基础的技术,同时对污染物、污染物代谢活化途径及其诱导的生物分子进行定性、定量和空间分析,从而确定污染物迁移、生物学效应及其毒性作用的靶器官,是目前最有前景的分析方法之一。本文综述了质谱成像和组学研究策略和特征,介绍了本课题组在相关领域取得的研究进展。同时简单展望了单细胞质谱成像、微流控芯片-质谱成像联合策略等先进技术在环境毒理研究中的潜在应用。     

单细胞化学蛋白质组新方法研究

近年来,从系统生物学角度研究基因、蛋白质和代谢物,即各种组学研究,为发现生命现象的化学基础提供了全新手段。比如时下颇为火热的基因组测序,已经发展到单细胞水平。由于蛋白质组的复杂性,单细胞蛋白质组分析要困难得多。国际上经典的单细胞蛋白质组学研究的方法主要是流式细胞术和化学细胞术两种。前者由美国Nolan小组提出,对于揭示疾病的分子信号通路网络具有重要科学价值,但蛋白质功能性标记方法非常繁琐复杂、且原代细胞的消     

集成微流控芯片在单细胞测序样品制备中的应用

近年来,单细胞测序技术的飞速发展,从更精细的水平上揭示了细胞在遗传物质上的异质性.微流控技术作为操纵微量液体的新兴技术,尤其适合单细胞这样的微观物体操纵.本文着重介绍了集成微流控芯片在单细胞测序样品制备领域中的应用,包括单细胞全基因组测序样品制备、单细胞转录组测序样品制备和少量细胞的表观遗传组测序样品制备.相比传统方法,集成微流控芯片不仅在单细胞的操纵和俘获上有着独特的优势,也更容易进行高通量的并行实验,结果也显示了高度的平行性和重复性.集成化微流芯片在单细胞测序样品制备领域显示出了巨大的应用前景.     

基于质谱的单细胞蛋白质组学分析方法及应用

细胞是生命体的最小组成单位,遗传及外部环境等因素使单细胞异质性广泛存在于众多生物体中。传统的生物学实验获得的结果多是大量细胞的平均测量值,因此在单细胞层面开展研究对于精确理解细胞的生长发育以及疾病的诊断与治疗至关重要。而作为重要的细胞和生命活动的执行者,蛋白质由于其不具备扩增特性,且种类繁多、丰度低、动态分布范围宽,与核酸等其他生物大分子相比,其单细胞组学研究相对滞后。而在所有的检测手段中,荧光检测以及电化学分析方法具有极高的灵敏度,但是囿于其研究通量有限,以及电化学活性依赖,很难成为普适性的单细胞蛋白质组学研究方法。质谱分析作为传统蛋白质组学中最为核心的研究技术,由于其高灵敏、高通量、结构信息丰富等特点,在单细胞蛋白质组学研究中独树一帜。该文综述了近年来基于质谱的单细胞蛋白质组学研究中的代表性方法,根据质谱分析前蛋白质分离方式的差异,将其分为基于毛细管电泳分离、液相色谱分离和无分离手段的直接检测3类方法,在介绍研究现状的同时对这些方法在细胞通量、蛋白质鉴定数目、灵敏度以及方法应用方面进行了总结与比较。最后,基于目前研究中面临的挑战以及发展趋势对基于质谱的单细胞蛋白质组学的研究前景进行了展望。     

基于空间组学-临床影像技术的肿瘤精准诊断

作为全球公共卫生事件,恶性肿瘤严重影响人类健康、寿命和生活质量。肿瘤的发生发展经历了极其复杂的过程,表现出高度的时空异质性,影响其转移和耐药。为探寻这种异质性,多种临床影像技术和空间组学技术得以飞速发展。其中,临床影像技术准确率高但无法提供高通量的生物分子信息。空间组学技术可以获得标本的多种生物学特征,包括基因、蛋白和代谢等,但无法提供在体信息。将临床影像和空间组学技术相结合,可以优势互补,在临床和基础科学研究中具有较大应用前景,对于精确解析肿瘤的时空异质性和鉴别肿瘤分子分型、开展肿瘤精准诊断和发展进程预测等研究具有重要的推进作用。本文对该技术方法和特征进行了评述并展望了其发展趋势。     

单细胞分析技术在人类细胞图谱计划中的应用

2016年10月人类细胞图谱计划正式启动,该计划旨在区分不同类型的细胞及其在人体内的位置,研究激活、分化等细胞行为的分子机制,定义病理表征和标记分子.人类细胞图谱的建立将推动对人类健康和疾病诊断、监测、治疗的发展,从而促进对生命最基本单元的理解.建立系统的单细胞分析方法是完成人类细胞图谱的重要前提和保证.微流控细胞分离、单细胞DNA/RNA测序、细胞原位分析、质谱流式细胞分析等技术已经逐渐建立并用于单细胞分析.然而人类细胞图谱仍然面临诸多挑战,需要具有更高灵敏度和准确度的分析方法以及高效的数据处理技术.本文简要介绍了人类细胞图谱计划的发展现状及现有单细胞分析技术,并对挑战所需的新技术提出了展望.     

基于单细胞质谱分析的膀胱癌细胞分型研究

单细胞质谱分析能够获得单个细胞的代谢图谱,揭示细胞之间的异质性,在肿瘤学研究中具有重要价值。该文采用单细胞质谱和机器学习技术,建立了膀胱癌细胞亚型的鉴别方法。基于所采集的单细胞代谢数据,分别使用线性判别分析、随机森林、支持向量机、逻辑回归建立了机器学习分类模型,并进行了模型的性能评估。结果表明,各机器学习模型均具有良好的膀胱癌细胞分型能力,分类准确率≥94.9%,灵敏度≥88.6%,特异度≥93.3%。其中,随机森林算法的分类准确率达100%,模型的受试者工作特征曲线下面积达1。该方法实现了膀胱癌单细胞的代谢物检测及细胞亚型区分,也为更广泛的单细胞代谢组学研究提供了参考。     

基于微流控技术的循环肿瘤细胞分析研究进展

癌症的精准诊疗是提高癌症患者生存率和生存质量的重要手段.液体活检通过采用非侵入采样方式,获取肿瘤病人全面、准确、实时的基因组、转录组及蛋白组等生物学信息,是一种新兴的癌症诊断技术,对癌症精确诊断、个体化治疗、预后评估等方面具有重要意义.循环肿瘤细胞(CTC)是一种从实体瘤组织脱落进入外周血的肿瘤细胞,因能提供完整的细胞生物学信息,是最具应用前景的液体活检靶标.然而, CTC的数量极其稀少、异质性强、所处外周血环境复杂等特点,给CTC的富集和分析带来了巨大的技术挑战.本文将总结本课题组近年来发展的基于CTC液体活检策略,着重讨论在CTC识别、富集与单细胞分析等方面的研究进展.     

毛细管电泳单细胞分析*

细胞是生命活动的基本单位,单细胞分析能够阐明细胞的结构与功能,揭示细胞之间的差异性,在细胞分化、生理病理研究及疾病早期诊断中具有重要作用。毛细管电泳作为一种高效的分离手段,所需样品体积小,能与高灵敏度检测器联用,特别适于单细胞分析。本文从单细胞进样技术、单细胞裂解技术、检测方法及应用等方面,对2007年以来毛细管电泳用于单细胞分析的最新进展做了相应叙述,并对未来的发展方向进行了展望。表明毛细管电泳不仅适于单细胞分析,而且仍有巨大的发展潜力和广阔的应用空间。     

质谱分子成像技术与应用进展

该文总结了二次离子质谱、基质辅助激光解吸电离质谱和常压敞开式离子化质谱三大类型质谱分子成像（MSI）技术的概况、技术与方法及其应用新进展。MSI技术作为免标记、高覆盖、高灵敏、检测范围广的可视化分析手段,不局限于生物组织或细胞中某种特定分子的检测,可对已知和未知多种分子进行同时成像分析,获得不同分子的空间分布、相对含量及结构信息,实现其分子的定性、定量与定位分析;还可提供不同生理及病理过程中功能分子的动态时空变化信息等。因此,MSI技术成为质谱领域以及分析化学等领域的研究前沿与热点方向之一,并在化学、医学、生命科学、药学和环境科学等领域显示出重大应用前景。此外,MSI技术是单细胞可视化分析和空间分辨代谢组学的强有力分析手段,可从动物或器官组织的整体、微区、单细胞等不同空间尺度,获取具有空间分布特征、时空动态变化的功能分子全景轮廓信息等而备受关注。     

A Multi-Omics Study of Human Testis and Epididymis

The human testis and epididymis play critical roles in male fertility, including the spermatogenesis process, sperm storage, and maturation. However, the unique functions of the two organs had not been systematically studied. Herein, we provide a systematic and comprehensive multi-omics study between testis and epididymis. RNA-Seq profiling detected and quantified 19,653 in the testis and 18,407 in the epididymis. Proteomic profiling resulted in the identification of a total of 11,024 and 10,386 proteins in the testis and epididymis, respectively, including 110 proteins that previously have been classified as MPs (missing proteins). Furthermore, Five MPs expressed in testis were validated by the MRM method. Subsequently, multi-omcis between testis and epididymis were performed, including biological functions and pathways of DEGs (Differentially Expressed Genes) in each group, revealing that those differences were related to spermatogenesis, male gamete generation, as well as reproduction. In conclusion, this study can help us find the expression regularity of missing protein and help related scientists understand the physiological functions of testis and epididymis more deeply.