Development of ultra-sensitive high-throughput single cell elemental analysis system and creation of single cell metallomics

超灵敏高通量单细胞元素分析系统开发及单细胞金属组学创建

基本信息

批准号：
22H04973
负责人：
沖野晃俊
金额：
$ 125.8万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-27 至 2027-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

初年度はまず，飛行時間型質量分析装置の選定と購入を行ったが，その納品が3月になったため，既存の四重極型のICP質量分析装置をベースにして，2年度目以降のための基礎検討を実施した。まず，ドロップレット試料導入装置の分析精度の評価を行った。現在のところ，元素の濃度や絶対量が保証された細胞の標準試料が存在しないため，人工のマイクロ粒子を擬似的な細胞標準物質として用いる事を考え，粒子の選定と分析実験を行った。磁性ラテックス粒子を選定し，一粒子中の鉄の質量信号強度を測定して装置由来のばらつきの評価を行った結果，ドロプレットICP質量分析装置由来の相対標準偏差は約39％であると評価した。次に，単一細胞中の微量元素を高感度に分析する事を目的として，プラズマへの導入前にドロプレットの溶媒を除去する装置を開発した。従来の脱溶媒装置はヒーター加熱による高温を用いていたため，細胞が破裂して質量信号が分離し，信号のSN比が低下するという問題があった。そこで，ドロプレット試料中の細胞破裂を防ぎつつ高速に脱溶媒を行うため，赤外線を用いた脱溶媒装置の開発を行った。550 Wの赤外線ランプ出力では，150 Hzで射出されたドロプレットの脱溶媒を完了できることを蛍光顕微鏡で確認した。このとき，石英ガラス管内のキャリアガス温度は70℃程度であり，ガスを100℃以上に加熱することなくドロプレットの溶媒を気化除去できること示した。目的の細胞を含んだドロプレットだけをセルソータで選定してプラズマ中に導入する事で，開発した赤外線脱溶媒装置の最高速である540Hzでの単一細胞分析が可能になる事を示した。この他，計画に記載した，細胞の前処理法や，プラズマ強度の変調についても多数の実験と検討を実施し，単一細胞分析に向けた基礎を確立した。さらに，次年度に購入を計画しているセルソータ付きフローサイトメーターの選定を行った。

在第一年，我们首先选择并购买了飞行时间质谱仪，但是自从三月交付以来，我们根据现有的四倍体ICP质谱仪对第二个及以后的会计年度进行了基础研究。首先，评估了液滴样品简介设备的分析的准确性。目前，还没有具有保证浓度和绝对元素量的细胞样本，因此我们决定使用人工微粒作为模拟细胞标准，并进行了粒子选择和分析实验。选择了磁性乳胶颗粒，并测量一个粒子中铁的质量信号强度以评估设备的变化，结果，估计与液滴ICP质谱仪的相对标准偏差估计约为39％。接下来，为了对单个细胞中的微量元素进行高度敏感的分析，我们开发了一种在引入血浆之前从dloplet中去除溶剂的设备。传统的溶剂脱染化设备由于加热器加热而使用高温，从而导致细胞破裂，分离质量信号以及信噪比的信噪比降低。因此，我们使用红外射线开发了一种溶剂脱位脱溶剂，以防止高速液滴样品中的细胞破裂。通过荧光显微镜证实，550 W的红外灯输出可以在150 Hz处完成注射液滴的脱溶液。目前，石英玻璃管内的载气温度约为70°C，并且显示液滴的溶剂可以蒸发并去除而无需将气体加热到100°C或更高。通过仅选择包含靶细胞的液滴使用细胞分辨率并将其引入等离子体中，显示出在540Hz处的单细胞分析，这是开发的红外脱溶剂的最高速度。此外，对设计中描述的细胞预处理方法和血浆强度调节进行了许多实验和研究，为单细胞分析建立了基础。此外，我们选择了一个带有细胞分辨率的流式细胞仪，我们计划在明年购买。