临床脂质组学研究的突破：MS LOC质谱平台的创新应用

点击蓝字，关注我们

前言

脂质分子作为生物体内重要的生物分子，广泛参与细胞膜的构建、能量代谢和信号传递等基本生命活动。脂质代谢的异常，尤其是在脂质合成、分解过程及其代谢路径中的紊乱，已被证实与多种疾病的发生密切相关，例如，心血管疾病（如动脉粥样硬化）、代谢性疾病（如糖尿病）和癌症（尤其是肝癌、乳腺癌等）等均与脂质代谢的失调有着密切的联系。这使得脂质组学作为研究脂质分子及其变化的学科，逐渐成为疾病诊断、监测及个性化治疗的重要工具。

脂质组学通过对体液、细胞和组织中的脂质分子进行全面定量和定性分析，可以揭示疾病早期的生物标志物，为早期诊断提供重要线索。然而，传统的脂质组学技术在临床队列研究中仍然面临不少挑战。首先，现有的技术往往存在高通量处理能力不足的缺点，难以应对大规模样本分析需求；其次，脂质分析过程中样本的提取、处理和分析常常受到技术稳定性与精准度的限制，特别是在复杂的临床样本中，稳定性和可重复性尤为重要。因此，如何提升脂质组学检测技术的效率、稳定性和高通量性，成为脂质组学应用于临床的一大挑战。

MS LOC平台的技术创新

为了突破这些瓶颈，我们团队开发了MS LOC平台，该平台综合了微纳质谱芯片、自动化脂质组学提取方法、高分辨率MALDI-TOF质谱仪与组学分析软件，提供了一种具有高通量、高灵敏度和高稳定性的脂质组学检测解决方案（图1）。这一创新技术平台的核心优势在于保证高灵敏度的同时，大幅提升检测通量和稳定性，为脂质组学的临床应用提供有力支持。基于该平台开发和应用为核心的工作近日发表于中科院一区杂志Talanta(https://doi.org/10.1016/j.talanta.2024.127314)。

图1. MS LOC平台构建流程及其应用流程。

创新亮点一

微纳质谱芯片：灵敏度和稳定性双提升

•核心技术：采用硅基微纳结构MetArray芯片，优化电场分布，提升低丰度脂质离子化效率。

•优势：减少样本消耗；避免高激光功率损伤；半导体制备工艺，稳定性有所保障，为大规模研究奠定基础。

•性能表现：批内/批间RSD分别低至6%-9%和10%以下（图2），显著优于传统基质。

图2. MetArray芯片在脂质谱采集时的批内 RSD（A-C）和批间 RSD（D）分布。

创新亮点二

自动化高通量处理系统：效率与精准并行

•核心技术：集成自动化脂质提取与点样流程，实现样本处理全自动化。

•优势：减少人为误差，提升实验效率，适用于大规模临床队列研究。

•性能表现：在常规操作中，手动预处理结合点样及检测的通量为48样本/4小时或96样本/8小时；而自动化系统可实现每小时处理48-96例样本的标准化操作，全流程时间缩短至1.5小时且受样本量波动影响较小（批间RSD=11%-13%，图3）。经对比验证，自动化系统的处理效率较传统方法提升3-6倍，尤其在处理量增大时优势更为明显（图4）。

图3. 基于自动化预处理与检测流程的血清脂质在负离子模式下（A、B）和正离子模式下（C、D）的谱图响应稳定性（A、C）和谱型稳定性（B、D）评价。

图4. 自动方法流程与手动方法流程效率对比图。

创新亮点三

基于MS LOC系统的脂质注释数据库：填补MALDI平台空白

HMDB、LIPIDMAPS、MSDIAL等在线数据库涵盖大量的脂质分子质谱信息，但主要适用于LC-MS数据，适配于MALDI质谱平台的脂质数据仍然有限。因此在MALDI质谱仪上检测到的脂质的峰注释仍然较为困难。在MS LOC平台的支持下，我们团队对大量生物样本进行了脂质分子的深度解析，成功构建了一个脂质分子特征数据库。

•核心技术：基于MS LOC平台构建脂质分子特征数据库，涵盖1300+脂质分子。

•优势：解决MALDI-MS脂质注释难题，支持精准标志物识别与疾病特征解析。

•性能表现：数据库覆盖广泛，脂质注释误差<20 ppm，支持高效疾病标志物筛选。

MS LOC技术集成与实际应用

MS LOC平台的以上技术创新，不仅使其在脂质组学检测领域具备了更强的竞争力，还拓展了其在临床应用中的潜力。例如，在本论文中展示的小队列研究中，MS LOC平台能够在复杂的临床血清样本中快速、准确地识别出与肝细胞性肝癌相关的脂质标志物。基于脂质特征组合所构建的AI模型，敏感性和特异性分别为92.9%和100%，准确性为98.3%。与传统的血清学标志物AFP检测相比，MS LOC在HCC早期诊断中的表现更为优越，尤其是在AFP阴性患者的识别上。AFP的敏感性仅为64.3%，比AI模型低近30%。AI模型在测试集中能识别出100%的AFP阴性患者（图5）。最关键的是，基于MS LOC解决方案采集到的疾病脂质特征组合AI模型在不同品牌的MALDI-TOF质谱仪之间可相互验证，具有较高的稳定性。MS LOC平台的高通量和高稳定性使其在大规模临床队列研究中具有广泛的应用前景，能够为疾病监测和个性化治疗提供精准数据支持。

图5.（A）AFP指标和AI模型的测试集性能比较;（B）AI模型对测试集中AFP阴性和AFP阳性人群的预测准确性。

总之，MS LOC平台通过整合微纳质谱芯片、自动化脂质组学提取方法以及高分辨MALDI-TOF质谱技术，成功突破了传统脂质组学检测技术的瓶颈，提供了一种高通量、高灵敏度且稳定性强的脂质组学检测解决方案。这一创新平台不仅突破了传统技术在预处理与检测效率和稳定性上的限制，实现“秒级检测”，还能快速识别疾病相关的脂质标志物，为疾病的早期诊断、个性化治疗以及大规模临床队列研究提供了精准的数据支持。MS LOC的应用大幅提升了研究效率，为临床组学科研人员在疾病监测和治疗领域的研究带来了全新的可能性。

未来，结合脂质组学、人工智能及临床大数据集的新型疾病风险预测模型（图6），将打破现有常规模式，实现个性化的疾病管理，推动精准医疗的发展，并引领医学领域的革命性变革。

图6. 基于临床脂质组的新型疾病风险预测流程。

合作咨询

想用“芯”技术赋能您的研究？立即联系：

400-8803-220

sales@well-healthcare.com

关于汇健

杭州汇健科技有限公司（以下简称“汇健科技”），是一家集临床组学诊断、生命科学工具、医学科研于一体的国家高新技术企业。汇健科技基于微纳材料技术（MT）、生物检测技术（BT）、信息学技术（IT）等多学科交叉技术，构建了具有自主知识产权的高通量创新质谱组学技术平台，致力于提供丰富的质谱产品组合与解决方案，推动精准医学、转化研究与公共卫生事业的发展。汇健科技在组学研究领域拥有研发、生产、质量体系构建、注册报证等全链条的转化能力，为科学研究、生物医药、精准诊疗等行业客户提供稳定可靠的质谱仪器及配套试剂耗材、组学分析软件、定制化的医学科研产品及解决方案。汇健科技始终以“创新组学技术、服务人类健康”为使命，秉承“感知-汇知-智慧”理念，坚持底层核心技术原创和自主可控，采用技术与市场双轮驱动策略，打造全球领先的创新组学产品体系，持续守护人类生命健康。

芯质生命MCLS

“芯质生命”是汇健科技专注于生命科学前沿技术的创新品牌，致力于通过先进的组学技术和组学产品，为国内外生命科学领域带来更多的组学科研产品，更好的生命科学工具，更强的质谱技术平台，推动行业高质量发展。

“芯质生命”将秉持“用芯记录生命分子图谱”的理念，以科研产品及技术服务为核心，为客户带来以下硬核优势：

平台前沿：芯质生命科技将依托国际领先的质谱检测平台，其中包括Orbitrap Exploris系列，Eclipse Orbitrap, Qtrap 5500+, timsTOF HT, timsTOF flex MALDI-2等高分辨质谱，并搭配微纳质谱耗材及质谱大数据AI分析工具，精准分析生物样本中的代谢、脂质、多肽、蛋白信息，助力生命科学研究的突破。

方案精准：凭借丰富的应用案例库，为客户提供个性化研究方案、实验执行方案及数据分析方案，满足多样化需求。

产品卓越：提供具有自主全球知识产权的多组学多元样本前处理耗材和试剂盒、高性能仪器、数据分析软件等优质产品，严格把控质量，支持个性化定制，确保高性价比与高价值回报。

服务创新：建立从样本采集到数据分析的全流程质量管理，提供一站式服务，保障检测结果的可靠性，助力科研成果转化。

团队专业：汇聚质谱、材料、生信、生物技术等领域顶尖科学家和临床专家，为生命科学及组学技术发展注入强大动力。