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临床质谱 未来可期

发布时间:2022-04-08  

质谱的起源

起源于1919年,英国科学家弗朗西斯·阿斯顿制成了第一台质谱仪。阿斯顿通过这台装置发现了多种元素同位素,研究了53个非放射性元素,发现了天然存在的287种核素中的212种,第一次证明原子质量亏损,也因此荣获1922年诺贝尔化学奖。从此,质谱逐渐成为一种有效的分析手段,被化学家广泛采用。

1981年5月26日,在美国”尼米兹”号核动力航母甲板上发生了一起事故,训练归航的战机在“尼米兹”号核动力航母进行着舰时冲向甲板上的3架战斗机,随后引发导弹爆炸。事故共造成多人伤亡,迫使“尼米兹”号航母不得不回港接受大修。事故发生后,全部舰上人员进行了基于质谱的免疫分析法的尿液检测,其中发现6名航管人员的大麻代谢物检测结果呈阳性。自此,里根总统对军队中滥用药物这一状况持零容忍态度,也正是此次事故,开启了质谱进入临床应用的大门。


那么,究竟什么是质谱呢?质谱应用都有哪些?为什么临床质谱在近些年成为广泛讨论的研究的热门话题呢?


什么是质谱


质谱分析是一种测量离子质荷比(质量-电荷比)的分析方法,其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离,生成不同荷质比的带电荷的离子,经加速电场的作用,形成离子束,进入质量分析器。在质量分析器中,再利用电场和磁场使发生相反的速度色散,将它们分别聚焦而得到质谱图,从而确定其质量。简单来说,质谱是将被测物质离子化,按离子的质荷比分离,测量各种离子谱峰的强度而实现物质定性和定量分析的一种分析方法。

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质谱的应用


现如今质谱技术不断的发展,功能更加强大的质谱仪已经是涉及数学、电子、光学、化学、纳米、物理、环境等十几门学科的综合仪器。质谱仪已经覆盖了众多应用场景,西澳大学两位法医科学家甚至运用质谱仪来辨识葡萄酒的产地。随着精准医学的发展以及质谱技术本身的一系列优势,质谱技术在临床检验领域快速发展。质谱仪在临床领域的作用更加的多样化,例如液相色谱质谱联用仪(LC-MS)可以实现新生儿遗传代谢病筛查、维生素类检测、肿瘤标志物筛选等功能;气相色谱质仪(GC-MS)实现尿液中代谢产物的检测以及应用于毒物筛查等。

近年来,在欧洲和美国等发达国家质谱技术已广泛用于医学检测,并且已经基于该技术开发了超过400余项临床检测项目,主要涉及临床化学、临床免疫学以及临床微生物鉴定等领域,亦被用于建立临床化学检测项目的参考测量程序和研制参考物质。临床质谱技术在美国的成熟发展,同样离不开上下游供应产业的成熟发展和行业协会的推动。在美国,一些较大型的质谱公司不仅能提供质量较高的检测仪器来积极配合临床质谱的发展,还通过不断更新升级自身的软硬件设备及应用支持服务,使得质谱技术在临床应用的发展中获得强大的后盾支撑。

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在中国,质谱技术在新生儿疾病筛查、药物浓度检测、体内激素和营养素检测等方面发挥着重要作用,尤其是运用于微生物鉴定方面,是现在临床上的热点。但是总体来看,临床医学检验部门的质谱技术应用还处于起步阶段,目前只有70个检查项目,与欧美等发达国家相距甚远。仅有少量第三方医学检验机构和三甲医院开展质谱技术相关的临床检测项目,且大多仅作为临床研究,无法满足临床个体化和精准化诊疗日趋增长的需求。



质谱的优势和劣势


毫无疑问,质谱技术的普及和发展与其自身的优势密不可分。相比较于传统的临床技术手段,质谱技术具有高特异性、高灵敏度、单次分析的快速性与检测信息的丰富性,以及对复杂生物基质分析的高耐受性等特点。以检测信息的丰富性为例,这表明质谱技术拥有高通量的优势,因此质谱技术可以在单次检测中精确地检测几十个、上百个甚至上千个生物标志物。

然而在另一方面,当前质谱技术一些缺陷也限制了它在国内的发展。据2020年医疗卫生机构临床分析仪器招标数据显示,我国进口临床质谱产品的产品份额几乎等同于国内市场大小,国产产品的份额微乎其微,甚至可以忽略不计,这也直接导致了质谱仪、标准材料、试剂、耗材和设备维护服务成本高昂。同时,质谱研发实验室的价格昂贵和高新技术人才的缺失都使质谱临床应用相比其他临床技术有着更高的门槛。最后,对于一些成熟应用质谱技术的项目,相关数据仍然缺乏统一标准,结果易受干扰,存在较大风险。


展望未来,质谱拥有更多可能


在未来,质谱技术和质谱仪拥有更多的可能。目前,企业、研究院等科研机构已经将目光聚集于临床质谱检测领域:清华大学、普渡大学与华山医院合作,使用小型质谱系统对神经胶质瘤成功地进行了精准分析检测;伦敦癌症研究所和瑞士洛桑路德维希癌症研究所的研究人员通过质谱技术,直接测量了晚期结直肠癌患者衍生的类器官的新生抗原数量。越来越多的研究都印证了质谱技术在未来完全可以用于肿瘤的检测、诊疗以及作为辅助诊疗有效的手段,充分体现了质谱应用于临床医疗检测领域的巨大潜力。

随着这一市场中愈发激烈的竞争,那些能够提供多样化的产品组合和服务方案以满足用户个性化需求的、凭借过硬的技术和完善的服务通过标杆医院检验,让质谱仪在临床领域可以真正良性运作起来的企业将在市场竞争中占得先机。值得期待的是,质谱信息化技术、组学、大数据和人工智能在未来将为给人们提供更多的临床医疗服务解决肿瘤难题,从而延长患者生命周期、提高生活质量和幸福指数。


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