同位素稀释-激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱在脑组织中铁、铜、锌元素原位绝对定量方法研究

Previous studies showed that the imbalance of iron,coper and zinc distribution in brain has close relationship with the cause and development of Alzheimer disease (AD). To investigate the quantitative imaging of these elements in different brain regions can help to understand the pathological process of AD disease. Laser ablation (LA)-ICP-MS, due to its impressive detection limits and spatial resolution capacity in the micrometer range, is well established as a microprobe for elemental mapping in life sciences area. However, because of the calibration challenge, most research just focused on the intensity imaging. The studies on quantitative imaging were needed for further investigation. In this project, we will combine the isotope dilution with LA-ICP-MS to investigate the quantitative imaging methods of Fe, Cu and Zn in normal and AD rat brain. The conditions for enriched isotopic spike addition, isotope exchange and measurement of isotope ratio will be fully studied. Moreover, combined with the micro-XRF technics, the Fe, Cu and Zn quantitative image of normal and AD rat brain will be determined with the improved layout. This project will help to improve the accuracy of quantitative image by LA-ICP-MS, and has the potential to act as supplementary methods in the AD pathological research.

脑组织不同脑区中铁、铜、锌等元素分布的异常与阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD）的成因、发展密切相关，实现AD脑组织中Fe、Cu、Zn元素的原位、微区绝对定量测量对于AD病理学研究具有重要意义。激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）具有原位、微区分析能力，但由于基体效应、分馏效应的影响，应用到生物组织的原位、微区分析时，只能获得元素分布的相对强弱信息，不能给出微区分布的绝对含量。 本项目针对LA-ICP-MS难以实现原位绝对定量的难题，利用同位素稀释技术，开展生物组织样品与稀释剂同位素交换平衡、稀释剂形态及添加方式、原位的同位素测量等关键技术研究，建立基于同位素稀释技术的LA-ICP-MS在脑组织中Fe、Cu、Zn等元素原位、微区绝对定量方法，并应用于正常和AD鼠脑组织中相关元素的原位、微区绝对定量分析，结合微束X荧光技术，为AD病病理学研究提供技术支撑。

脑组织不同脑区中铁、铜、锌等金属元素分布的异常与阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD）的成因、发展有着重要的联系，不同脑区中金属元素的原位、微区定量结果可直观反映出与AD相关的神经病理学改变，以实现早期诊断和治疗的目的。激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）具有原位、微区分析的能力，但由于基体效应、分离效应等的影响，该技术应用到生物组织的原位、微区分析时，只能获得元素分布的相对强弱信息，而不能给出微区分布的绝对含量结果。.本项目拟利用同位素稀释技术的定量准确性，结合激光剥蚀（LA）与ICP-MS联用技术的高灵敏度、原位、微区分析的优势，以微束X荧光光谱技术为补充，采用健康大鼠和阿尔茨海默病（AD）大鼠为动物模型，选择大鼠脑组织中不同脑区为研究对象，开展其中铁、铜、锌元素原位微区分布成像及绝对定量分析方法和技术研究，具体研究内容如下： .(1) 研究浓缩同位素稀释剂的加入方式：在不能破坏组织切片样品的前提下，如何保障加入的稀释剂只与组织切片样品发生作用，只有这样才能确定加入的稀释剂的准确质量。.(2) 研究浓缩同位素稀释剂与组织样品的同位素交换及平衡条件：在不能破坏组织切片样品的前提下，如何确保加入的稀释剂与待测物的同位素发生交换并达到充分平衡，以及稀释剂的形态对同位素平衡的影响，以期最大程度发挥同位素稀释质谱法能够准确定量的优势。.(3) 基于LA的高精度同位素组成测量技术研究：将LA与多通道(MC)-ICP-MS技术联用及He增加信号灵敏度的方式，并优化LA的剥蚀能量、扫描面积和速度等条件使固体进样与高精度同位素比测量相结合，开展对固体生物样品的灵敏、准确的原位微区同位素组成分析研究，为LA-ICP-IDMS方法提供准确可靠的同位素比测量技术。.(4) 方法验证研究：针对目前缺少基体匹配的标准物质的现状，通过实验室自行制备相似基体的组织切片标准样品，采用标准溶液添加并均匀化的方式，制备均匀的生物组织切片样品，结合微束X荧光分析技术检查均匀性，并采用消解的IDMS方法对均匀的组织切片中铁、铜、锌元素进行定值，通过与LA-IDMS的测量结果对照进行方法验证，然后将经过验证的方法应用于正常大鼠及AD病大鼠脑组织中典型元素的原位、微区定量分析。