【摘要】：體外診斷通過檢測(cè)人體樣本獲取臨床診斷信息。臨床診斷信息中超過66%來自于體外診斷。與具有創(chuàng)傷性的手術(shù)探查及輻射性的影像學(xué)檢查相比,體外診斷具有便捷性、低創(chuàng)傷、易操作性以及經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)。代謝組學(xué)在體外診斷方面同基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等組學(xué)技術(shù)相比具有代謝物是生物體生理病理狀態(tài)改變的最終結(jié)果,其種類及數(shù)量相對(duì)較少,且許多內(nèi)源性的小分子代謝物的生化代謝途徑已被證實(shí)等優(yōu)點(diǎn)。激光解吸電離質(zhì)譜代謝分析依賴于合理設(shè)計(jì)的材料、設(shè)備以進(jìn)行樣品預(yù)處理和代謝物檢測(cè),實(shí)現(xiàn)不同生物樣品的診斷應(yīng)用。本文研究了新型質(zhì)譜芯片的制備并利用其進(jìn)行了基于代謝圖譜的體外診斷應(yīng)用。我們首先利用溶膠提拉及磁控濺射方法制備了貴金屬質(zhì)譜芯片,該質(zhì)譜芯片可與點(diǎn)樣儀聯(lián)用實(shí)現(xiàn)微量樣品(500 nL)的自動(dòng)化及高通量檢測(cè),并討論了芯片制備參數(shù)如貴金屬濺射時(shí)間、二氧化硅顆粒尺寸及其溶膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)在激光解吸電離質(zhì)譜標(biāo)準(zhǔn)代謝小分子檢測(cè)方面的影響且得到了優(yōu)化參數(shù),并用于后續(xù)生物樣本如血清、尿液等代謝小分子的檢測(cè);其次基于金質(zhì)譜芯片對(duì)血清及外泌體代謝組質(zhì)譜檢測(cè)實(shí)現(xiàn)了早期非小細(xì)胞肺癌的診斷,診斷預(yù)測(cè)率分別達(dá)到了0.726和0.716,并篩選出可能用于臨床診斷的潛在標(biāo)志物;隨后我們制備了銀質(zhì)譜芯片并用于微量大腸桿菌的檢測(cè):在銀芯片的制備優(yōu)化過程中將標(biāo)準(zhǔn)代謝小分子的質(zhì)譜檢測(cè)效果與采用有限時(shí)域差分方法模擬的電場(chǎng)進(jìn)行了比較,得到了優(yōu)化的銀質(zhì)譜芯片制備參數(shù),并基于此芯片實(shí)現(xiàn)了10-100個(gè)微量大腸桿菌的質(zhì)譜檢測(cè);最后我們利用鉑質(zhì)譜芯片進(jìn)行了腦卒中的體外診斷研究,對(duì)控制組與腦卒中的兩個(gè)亞型動(dòng)脈粥樣硬化血栓形成型及小動(dòng)脈閉塞型的代謝物分別進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)控制組與動(dòng)脈粥樣硬化血栓形成型腦卒中有較好的鑒別、預(yù)測(cè)效果�？傊�,本文為臨床體外診斷的代謝分析材料、芯片設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ),并能以此為基礎(chǔ)開發(fā)個(gè)性化診斷工具進(jìn)行各種疾病的診斷及細(xì)菌的鑒定等。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R446;O657.63
【圖文】：

- 4 -圖 1-1 通過 NMR 技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)癌細(xì)胞（HepG2，黑線）與正常細(xì)胞（NKNT-3，藍(lán)線）的代謝小分子濃度變化[34]。代謝物檢測(cè)濃度采用絕對(duì)濃度（pg/細(xì)胞）。Figure 1-1 Real-time flux comparison in live normal (NKNT-3) and cancer (HepG2) cells.Time-dependent metabolic changes between normal (blue) and cancer (black) cells were obtainedusing in-cell NMR metabolomics approach. The metabolite quantified in their absoluteconcentrations (picogram per cell).2. 基于色譜質(zhì)譜聯(lián)用的代謝物研究色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)結(jié)合了色譜的高效、快速分離組分特點(diǎn)和質(zhì)譜的物質(zhì)定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析優(yōu)勢(shì)，具有高靈敏度和特異性高的特點(diǎn)[29, 50-53]�；诓煌那岸紊V，色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)包括氣質(zhì)聯(lián)用（GC-MS、GC-TOF MS）、液質(zhì)聯(lián)用（LC-MS、

圖 1-2 靜脈注射前及 30 分鐘后血清和腦脊液中甘露醇的濃度含量變化。每個(gè)樣本均做 5次獨(dú)立重復(fù)實(shí)驗(yàn)以計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。Figure 1-2 Mannitol levels as measured in a) CSF and b) serum from three patients before and30 min after intravenous injection (p < 0.05, Wilcoxon signed-rank test). Five independentexperiments were performed for each sample to calculate the standard deviation (s.d.) as errorbars. Data were shown as the mean ±s.d. (n = 5)綜上所述，通過采用合適的基質(zhì)材料，激光解吸電離質(zhì)譜能夠準(zhǔn)確地測(cè)定生物樣品中的代謝小分子精準(zhǔn)質(zhì)荷比；同時(shí)只需對(duì)待檢生物樣品如血清、尿液及腦脊液等簡(jiǎn)單的預(yù)處理（如稀釋）步驟或無需處理，而且檢測(cè)速度快，適用于樣本的高通量檢測(cè)分析。因此本文采用激光解吸電離質(zhì)譜方法（LDI MS）對(duì)生物樣本中的代謝物小分子進(jìn)行檢測(cè)。1.1.3 數(shù)據(jù)處理方法

73-74]。Chen 等[26]利用 OPLS-DA 方法分別來評(píng)價(jià)訓(xùn)練組和盲測(cè)組中急性髓細(xì)胞樣白血病（AML）與正常對(duì)照控制組（HC）的血清代謝物異同，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩組間的代謝物有明顯的差異，如圖 1-3 所示。該研究為血清代謝物和代謝途徑作為新的預(yù)后標(biāo)志和潛在治療靶點(diǎn)提供了有力的證據(jù)。而 S-plot 圖則用于尋找區(qū)分組間差異標(biāo)志物。S-plot 圖中的 y 軸表示相關(guān)性（correlation），即區(qū)分兩組的標(biāo)志物的可靠性；x 軸表示協(xié)方差（covariance），即標(biāo)志物在區(qū)分兩組時(shí)的重要性。且 S-plot圖中 “兩翼”的相關(guān)性值協(xié)方差值最大，即區(qū)分兩組的貢獻(xiàn)值最大，相反，中心處的點(diǎn)貢獻(xiàn)值很小，如圖 1-4 所示[67]。通過該方法，Stolee 等[67]發(fā)現(xiàn)己糖（質(zhì)荷比值為 203/219）和一些次生代謝產(chǎn)物，如蒜氨酸（質(zhì)荷比值為 178）主要積累在細(xì)胞質(zhì)中；與此相反，一些氨基酸（如質(zhì)荷比值為 147 的谷氨酰胺和質(zhì)荷比值為 175的精氨酸）則在細(xì)胞核中更容易檢測(cè)到。采用該方法時(shí)要注意標(biāo)志物的變異權(quán)重系數(shù)（variable importance in projection, VIP）的值要大于 1。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 章成國;張國華;黃淑云;;急性缺血性卒中NEW-TOAST分型各亞型與血糖的關(guān)系[J];中華神經(jīng)科雜志;2011年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 張小麗;基于多種分析技術(shù)的代謝組學(xué)方法研究與應(yīng)用[D];蘭州大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2751003