[经验交流] 帮助科学家检测组织样品中药物的系统

2 将更多化合物从药物发现阶段发展到开发阶段

        在Schering-Plough 公司Korfmacher 博士领导的两个实验室里配备了多套质谱系统，包括4套Applied Biosystems/MDS SCIEX 质谱系统、1 套API 3000TM LC-MS-MS 系统、2 套API 4000TM LCMS-MS 系统和1 套应用于质谱组织成像技术的API QSTAR Pulsar i hybrid LC-MS-MS 系统。其中最后一种MS 被用来进行组织成像技术研究。

2.1 质谱组织成像的原理

        Schering-Plough 的顾问，Caprioli 博士率先将质谱成像技术应用于组织样品中蛋白质定位的研究。该技术适用于相对分子质量从2000到50000 的蛋白质和多肽的定位。三年前，应Korfmacher 博士的要求，Caprioli 博士将该技术用于组织中小分子（如候选药物）的检测。应用API QSTAR Pulsar i hybrid LC-MS-MS 系统，研究人员能够克服检测方面的限制，清楚地找到相对分子质量为500 的候选药物的信号。

        在质谱组织成像中，研究人员将组织样品放到QSTAR 系统的MALDI 靶上，通过计算机屏幕观察样品（见图1）。利用MALDI 系统的质谱成像（MMI）软件（Applied Biosystems/ MDS SCIEX），研究人员可以选择拟成像部分，然后确定激光点轰击的间距。通过增加单位面积上轰击的激光点数量和像素，研究人员可以获得更多的样品信息。例如采用4000 像素比200 像素能够得到更好的样品图像。

 附件: 您所在的用户组无法下载或查看附件

        研究人员可以通过观察计算机的图像来判断组织分析的结果。图像中的彩色斑点代表化合物的定位。每个斑点颜色的深浅与激光在每一个点或像素上检测到的信号大小相关。

        质谱组织成像技术是一种半定量技术。图像上颜色深的部分表明有更多的药物聚集在组织的这部分。然而，不可能据此确定药物在组织的不同部位的实际含量。

        选择任意斑点，图像都能够给出一个质谱谱图，或者离子谱图，代表在组织的该部位存在这种化合物。然后就像做指纹图谱那样，将样品的离子谱图与已知标准品进行对照。

        识别组织中不同候选药物化合物的另一个方法是采用自动射线照相术，或者将组织匀浆后进行电喷雾（ESI ）或者大气压化学电离（APCI）质谱分析。然而，任何技术都不能像质谱组织成像技术那样提供详细的定位信息。

2.2 观察候选药物化合物

        在2003 年进行的一项研究中，Korfmacher 博士、Caprioli 博士和其研究团队用质谱组织成像技术观察了候选药物化合物在大鼠的脑中和小鼠的癌组织中不同位置的分布[2]。研究人员利用API QSTAR Pulsari hybrid LC-MS-MS 系统开展了MALDI 成像技术研究。Caprioli 博士和其同事用QSTAR 系统中的成像软件构建了服用过候选药物的小鼠癌组织和大鼠脑组织的2-D 成像图（图2）。

 附件: 您所在的用户组无法下载或查看附件

2.3 从基质干扰中分离小分子

      将组织成像技术从确定组织中大分子质量的蛋白质应用到精确定位候选药物小分子的关键是将基质噪音和药物的信号分开。Caprioli 博士以前一直在用MALDI-TOF-MS 系统，但要进行药物成像研究不得不用QSTAR 系统。采用该串联质谱系统可以对感兴趣的小分子化合物进行成像。

        研究发现，MALDI-TOF-MS 系统基质中的背景离子能掩盖小分子信号，因此只能检测到样品中高浓度的药物。为了检测组织中令人感兴趣的候选药物， 必须充分利用API QSTAR Pulsari hybrid LC 系统的串联质谱性能。

2.4 基质干扰问题的分辨率

        QSTAR 系统产生的离子扫描图谱中的部分信号来自基质，部分信号来自样品。系统的操作人员必须加以区分。在单极时间分辨质谱中样品和基质产生的信号没有区别，两个信号显示为一个峰。和其他MS-MS 系统相比，QSTAR 系统具有更高的精度和分辨率，可以为组织成像提供准确的信息。

        QSTAR 系统使用的是直角反射时间分辨分析器，而不是引入第三个四极杆。这有助于帮助药品开发人员确认组织成像分析的结果。

        该系统能够提供从碰撞腔出来的所有离子的信息，而第三个四极杆只能分析所选择的感兴趣的单个离子。时间分辨分析器能够在不损失灵敏度的情况下提供更多的信息，而采用第三个四极杆获得相同的信息时会造成灵敏度的极大损失。

3 总结

        尽管Schering-Plough 公司药品代谢研究实验室现在仅仅将质谱组织成像技术应用于药品发现，但该技术作为今后药品发现和开发的工具具有很大的应用潜力。今天，作为研究工具，研究人员仍在对该技术进行不断的改进。在未来的2~5 年内，质谱组织成像技术将成为药物发现和开发的常规工具。

参考文献：

• Korfmacher WA. Bioanalytical assays in a drug discovery environment. In: Korfmacher W, ed. Using mass spectrometry for drug metabolism studies. Boca Raton, FL: CRC Press, 2002: 305- 28.

• Reyzer ML, Hsieh Y, Ng K, Korfmacher WA, Caprioli RM. Direct analysis of candidate drugs in tissue by matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry. J Mass Spec, 2003, 38: 1081-92.

• Reyzer ML, Caprioli RM. MS imaging: new technology provides new opportunities. In: Korfmacher W, ed. Using mass spectrometry for drug metabolism studies. Boca Raton, FL: CRC Press, 2004: 305-28.