生醫檢測大躍進：影像質譜
105/03/29
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陳莉沂｜
國立台灣大學化學系
在生物醫學分析方法發展中，質譜分析技術是一種可以用來量測離子荷質比(mass to charge ratio, m/z)的分析方法。可用來進行同位素、有機化合物及元素組成等分析，以提供分子結構等資訊，並具有高靈敏度、高專一性及高準確度。質譜儀可用於新生兒篩檢分析，並經由採取新生兒腳跟部位微量血液，即可進行胺基酸、有機酸及脂肪酸等代謝物的分析，用以輔助診斷代謝異常的疾病，以作為早期診斷之依據。近年新興科技”影像質譜 (mass spectrometry imaging)分析技術”蓬勃發展，此分析方法不僅可利用質譜訊號來分析物質組成，更可了解特定物質在空間中的分布情形。而其發展歷史則可回溯1960年代， Hillenkamp等人開始利用高能量雷射聚焦照射到分析樣品表面，使樣品產生離子化，進而偵測離子荷質比，藉此分析樣品之元素與分子組成。隨後，於1997年Richard M. Caprioli等人提出利用基質輔助雷射脫附/游離法(matrix-assisted laser desorption/ionization, MALDI)在動物組織切片樣品上，直接進行影像質譜分析。此分析方法之優勢即是不需要使用任何標記或抗體標誌物，即可直接在組織樣品上進行分子影像觀察與研究，並了解其分子空間分布資訊，且能找出與腫瘤發生相關之蛋白分子。
目前最新臨床檢驗應用為使用基質輔助雷射脫附游離飛行質譜儀 (matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight mass spectrometer, MALDI-TOF MS)為病人組織檢體進行影像質譜分析。其樣品準備流程如下，首先取得病患的冷凍或福馬林固定之組織切片檢體並將其固定至玻片上，然後對檢體均勻噴灑有機酸基質。再利用MALDI-TOF MS進行樣品離子化 ，最後進行數據處理及統計分析。訊號處理方式，則是直接選擇特定分子離子荷質比之訊號作為影像訊號來源，再利用軟體轉換成影像圖示 。藉此了解特定分析物在組織切片檢體上，所存在的空間位置與含量多寡。
因此，影像質譜分析即可在不需要任何標定物存在之下，直接進行分子影像觀察。除此之外，利用此方式進行樣品離子化的另一項好處，則是可以保留檢體樣品之完整性。因此，可以再將同一片組織樣品利用光學顯微鏡進行觀察，方便同時進行質譜影像與光學組織影像之重疊比對，便可清楚了解特定分析物於組織中之表現位置與其相關之生理與病理關係。例如，在臨床組織樣品中，若欲進行特定生物標記物(biomarker)之尋找與資訊蒐集，則可將其組織之質譜影像與免疫組織化學細胞染色影像同時進行比對。藉此降低細胞異質性(cellular heterogeneity)，便於在組織的特定區塊上，如癌組織，提取出特定生物標記物之分子結構資訊。
目前影像質譜已被大量運用在腫瘤學、病理學與醫學診斷等，熱門新研究領域則朝向應用於細胞代謝體學、神經傳導物質與藥物分布等之相關研究。除此之外，最新質譜技術發展正開發新離子化技術，以克服傳統質譜分析技術所遭遇到的瓶頸，如冗長的樣品準備步驟與高真空分析狀態等。目前最新的技術為利用雷射剝蝕電噴灑游離質譜法(Laser Ablation Electrospray Ionization mass spectrometry, LAESI) 與電噴灑游離質譜法(Desorption electrospray ionization, DESI)進行影像質譜分析，即可在常溫與常壓的狀態，且無須加入任何基質或進行樣品前處理下，直接進行偵測。該技術也具應用於即時影像質譜分析技術上的潛力。
目前有許多影像質譜分析技術已經被開發，未來如進一步建立標準的臨床分析檢驗步驟與多機構之驗證，則影像質譜分析技術在臨床應用將深具潛力。（本文由科技部補助「新媒體科普傳播：健康醫藥新媒體科普傳播實作計畫III， MOST 104-2515-S-214-001」執行團隊撰稿）。
責任編輯：林永昇
審校:：王英基、黃耿祥
