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質(zhì)譜成像用于可視化斑馬魚體內(nèi)富勒醇的組織分布

碳納米材料和納米技術(shù)設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛，而納米顆粒具有潛在生物活性，可能會(huì)干擾正常的生物系統(tǒng)，從而引起公眾對(duì)納米顆粒潛在風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)注。碳納米材料在水生生物體內(nèi)的累積、食物鏈的營(yíng)養(yǎng)傳遞和生物放大潛力是其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要環(huán)節(jié)。富勒醇是一種碳納米材料，可通過(guò)水相暴露和食物鏈在大蚤體內(nèi)累積，表明其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)有潛在的不利影響，引起人們對(duì)富勒醇環(huán)境毒理學(xué)研究的關(guān)注。

本研究選擇斑馬魚作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，利用基質(zhì)輔助激光解吸電離成像質(zhì)譜(MALDI-TOF-IMS）研究富勒醇納米顆粒通過(guò)水相暴露途徑在斑馬魚不同組織內(nèi)的空間分布。

1. 成像質(zhì)譜顯微鏡測(cè)試條件

將冷凍斑馬魚組織包埋在0.1g/L明膠中進(jìn)行冷凍切片，厚度為20 μm，將組織切片放置在ITO導(dǎo)電載玻片上，干燥40 min后進(jìn)行成像質(zhì)譜分析。采集參數(shù)如下：采集模式，正離子模式; 采集范圍m/z 500-1000；檢測(cè)器電壓，1.80 kV。激光直徑10 μm，頻率1000 Hz，強(qiáng)度30。

2. 基于成像質(zhì)譜顯微鏡的組織成像研究

2.1富勒醇納米顆粒的MALDI-TOF質(zhì)譜分析

對(duì)富勒醇納米顆粒的離子化條件進(jìn)行摸索，a-氰基-4-羥基肉桂酸(CHCA）和2,5-二羥基苯甲酸（DHB）是用于多肽、脂質(zhì)、碳水化合物、蛋白質(zhì)分析的常用基質(zhì)。富勒醇納米顆粒在使用CHCA與DHB作為基質(zhì)檢測(cè)時(shí)，未獲得對(duì)應(yīng)分子離子峰。富勒醇納米顆粒對(duì)電離源中激光有較強(qiáng)的吸收，并促進(jìn)電離，實(shí)驗(yàn)證明富勒醇納米顆粒在正離子模式下產(chǎn)生C₆₀+ 離子。因此，本研究中可采用激光解吸離子化方式(LDI)直接檢測(cè)富勒醇納米顆粒。圖1顯示了正、負(fù)離子模式下富勒醇納米顆粒的質(zhì)譜圖，m/z 720.0和721.0離子分別對(duì)應(yīng)C₆₀+和[C₆₀+H]+。其它離子可能與碳籠的光致電離片段對(duì)應(yīng)，如C₅₈+ (m/z 696.0)、C₅₆+ (m/z 672.0)、C₅₄+(m/z 648.0)、C₅₂+ (m/z 24.0)、C₅₀+ (m/z 600.0)、C4₈+ (m/z 576.0)、 C₄₆+ (m/z 552.0)、C₄₄+ (m/z 528.0)、C₄₂+ (m/z 504.0)。C2基團(tuán)丟失是C₆₀分子離子的特征裂解方式。根據(jù)上述結(jié)果，選擇m/z 720.00和721.00作為特征離子進(jìn)行質(zhì)譜成像分析。

圖1 富勒醇納米顆粒的MALDI-TOF質(zhì)譜圖：a）負(fù)離子模式，b）正離子模式，c）b圖的局部放大

2.2 斑馬魚組織中富勒醇納米顆粒的質(zhì)譜成像分析

對(duì)富勒醇納米顆粒暴露的斑馬魚組織切片進(jìn)行MALDI-TOF-MSI分析，獲得不同組織中的分布信息。研究顯示富勒醇納米顆粒在魚鰓的分布最多，其次是腸、肌肉和腦。

富勒醇納米顆粒在魚鰓中主要分布在鰓絲部分。同時(shí)觀察到富勒醇納米顆粒存在于腸壁組織。腸腔內(nèi)吸收細(xì)胞的游離端-細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的胞飲囊泡為富勒醇納米顆粒進(jìn)入腸壁細(xì)胞提供可能，從而為富勒醇納米顆粒進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)和通過(guò)腸血途徑進(jìn)一步進(jìn)入體內(nèi)其他組織提供先決條件。

肌肉組織中富勒醇納米顆粒的存在表明其可通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)郊∪饨M織。此外，在腦部也觀察到富勒醇納米顆粒信號(hào)，表明富勒醇納米顆?？勺罱K通過(guò)循環(huán)系統(tǒng)并穿透血腦屏障到達(dá)腦部。

富勒醇納米顆粒在斑馬魚組織中的分布差異可能與暴露途徑有關(guān)。鰓是呼吸、滲透調(diào)節(jié)和排泄的場(chǎng)所，是直接接觸和吸收周圍水中污染物的器官。水相暴露導(dǎo)致鰓直接接觸和吸收暴露溶液中的富勒醇納米顆粒；此外生物組織的獨(dú)特結(jié)構(gòu)如血腦屏障等也可能影響富勒醇納米顆粒的分布。因此，從毒性風(fēng)險(xiǎn)的角度分析，鰓是最危險(xiǎn)的暴露組織。

圖2 斑馬魚組織切片中富勒醇納米顆粒的MALDI-TOF質(zhì)譜成像圖：分別顯示在鰓、腸、腦和肌肉組織中的分布

本研究詳細(xì)內(nèi)容已正式發(fā)表于Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2020, 412: 7649-7658.

文獻(xiàn)題目

《Visualization of the tissue distribution of fullerenols in zebrafish (Danio rerio) using imaging mass spectrometry》

使用儀器

島津iMScope TRIO

作者

Qiuyue Shi^1,2 , Cheng Fa^ng3,4 , Zixing Zhang¹ , Changzh^ou Yan1 , Xiaⁿ Zhang¹

1 Key Laboratory of Urban Environment and Health, Institute of Urban Environment, Chinese Academy of Sciences, Xiamen 361021, China

2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

3 Global Centre for Environmental Remediation, University of Newcastle, Callaghan, NSW 2308, Australia

4 Cooperative Research Centre for Contamination Assessment and Remediation of the Environment, University of Newcastle, Callaghan, NSW 2308, Australia