[导读] 近年来，随着质谱技术在生命组学、精准医疗及临床医学中发挥着越来越大的作用，质谱应用于医学检验的热度不断走高。各大质谱厂商在该领域多有发力，其中，Bruker成功引领MALDI-TOF质谱技术走进临床微生物检验领域，堪称临床微生物质谱的标杆企业。为了使质谱技术和临床医学及相关领域机构、专家和工作者更深入地了解应用于医学检验的质谱最新产品、技术、解决方案，仪器信息网特别约稿Bruker。 

　　近年来，随着质谱技术在生命组学、精准医疗及临床医学中发挥着越来越大的作用，质谱应用于医学检验的热度不断走高。各大质谱厂商在该领域多有发力，其中，Bruker成功引领MALDI-TOF质谱技术走进临床微生物检验领域，堪称临床微生物质谱的标杆企业。为了使质谱技术和临床医学及相关领域机构、专家和工作者更深入地了解应用于医学检验的质谱最新产品、技术、解决方案，仪器信息网特别约稿Bruker。 

　　仪器信息网：贵公司怎样看待质谱应用于医学诊断的市场前景? 

　　Bruker：精准医疗已经得到国内外医学界认同和重视，然而，全面实现精准医疗，人类还有很长的路要走。精准医疗离不开精准诊断和精准治疗，精确诊断需要准确的临床检测技术。准确、灵敏的质谱技术正在逐渐被临床诊断市场认识与接受。质谱作为新兴的临床检测技术，在医学诊断市场具有广泛而重要的应用前景。 

　　众所周知，高效液相色谱串联三重四级杆质谱技术 (LC-MS/MS) 涉入医学检验领域已经有几十年的历史，比如在药物血药浓度监测、新生儿遗传代谢病筛查和内分泌激素检测等方面的应用。与传统的检测方法相比，LC-MS/MS技术本身具有的高灵敏度、高特异性和高准确度特点，能够适应和满足临床检测的需要。然而，由于LC-MS/MS技术对样本前处理和技术人员的质谱操作能力要求较高，使得LC-MS/MS进入临床检验的速度和广度远不及临床质谱的后起之秀基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱 (MALDI-TOF MS) 临床微生物快速鉴定技术。MALDI-TOF质谱技术鉴定微生物不仅准确、快速，而且对于绝大多数经过培养的临床微生物样本无需前处理步骤，同时仪器操作简便。因此，提高质谱技术在临床实验室的实用性是促进质谱技术在临床检验中迅速发展的重要环节之一。 

　　仪器信息网：请回顾贵公司质谱产品及技术的研发历史，有哪些优势/专利技术? 

　　Bruker：Bruker公司创建于是1960年，创始人Günther Laukien教授从研发生产核磁共振仪器起步，逐步扩展各种高端分析仪器。1992年Bruker推出了第一台商品化MALDI-TOF质谱仪，1980年正式Bruker质谱业务部正式在德国不莱梅成立，专门开发和提供基于质谱的创新性生命科学研究工具。现今，我们的质谱产品主要涵盖基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪 (MALDI-TOF)、基质辅助激光解吸电离串联飞行时间质谱仪 (MALDI-TOF/TOF)、电喷雾离子阱质谱仪 (ESI-Ion Trap)、四极杆傅立叶变换串联质谱仪 (Q-q-FTMS)、液相色谱-电喷雾/飞行时间质谱仪 (Q-TOF)、气质联用仪 (GC/MS/MS)、液质联用仪 (EVOQ) 等，以及一系列自动样品处理系统和完整的生物信息软件。 

　　Bruker自从1992年推出了第一台商品化MALDI-TOF质谱仪以来，一直是MALDI-TOF技术的市场引领者。今年是Bruker MALDI创新25周年!我们回顾MALDI的昨天，展望MALDI的今天和明天，纪念MALD带给我们的影响力、突破力和洞察力，让我们共同欢庆MALDI技术已有的突破。长期以来我们一直秉承知识持续积累，技术不断创新，精准再创新高的理念，在全球范围内建立了MALDI-TOF市场占有率最大的用户大家庭。 

　　仪器信息网：贵公司当前应用于医学诊断市场的质谱主流产品和主流技术? 

　　Bruker：近十年来，Bruker在推动MALDI技术进步，积累了丰富的经验;不断将MALDI的应用推向新的领域，同时创造了世界一流的MALDI质谱系列。Bruker MALDI-TOF质谱产品拥有microflex、autoflex、ultraflex和rapifleX四条产品线和九个型号，可以充分满足不同领域用户的各种应用需求。 

　　由于世界各国政府对抗生素滥用导致的耐药性问题越来越严重，很多发达国家医院每日微生物样本的送检量高达数几百个，临床微生物鉴定高通量的趋势明显增加。为了满足日益增加的需求，2015年Bruker推出测样速度最快的微生物质谱鉴定系统MALDI Biotyper smart，采用Bruker独有的smartbeam激光技术，激光频率高达200Hz。 

MALDI  Biotyper smart 

　　为了满足MALDI-TOF分子成像技术在肿瘤、癌症成像应用对质谱的要求，2015年Bruker隆重推出rapifleX，适合MALDI成像的高性能质谱特性： 

　　(1) smartbeam 3D激光技术，频率高达10kHz 

　　(2) 新型的光路自动校准离子源，操作人员无需工具轻松拆卸透镜组件，可用溶剂淋洗，组装后透镜光路自动调整。离子源便于维护，耐用性增强，实现最高利用率 

　　(3) Beam scanning 技术：真正的方形像素技术，充分扫描像素点内所有离子，达到像素点全覆盖，显著提高成像质量。 

　　(4) M5多路数据采集与聚焦技术：超快速覆盖像素面积，提高成像数据采集效率，大大缩短成像数据采集时间。 

rapifleX 

　　仪器信息网：目前贵公司质谱应用于医学检测主推的解决方案有哪些? 

　　Bruker： 

一、MALDI Biotyper—— 临床微生物质谱快速鉴定新技术 

　　作为引领MALDI-TOF质谱走进临床微生物鉴定与分类领域的开拓者，Bruker早在1998年就组建了MALDI-TOF微生物鉴定研发小组，2004年推出MALDI Biotyper微生物快速鉴定系统，2009年通过欧洲体外诊断器械 IVD 98/79/EC条例认证，推出IVD MALDI Biotyper系统;分别在2013年和2014年获得美国FDA和中国CFDA批准的医疗器械许可证，准入临床微生物实验室。 

　　每种微生物都有自身独特的蛋白质组成，因而拥有独特的蛋白质指纹图谱。MALDI Biotyper全自动快速生物质谱检测系统利用MALDI-TOF 质谱仪测得待测微生物的蛋白质分子指纹谱图，通过MALDI Biotyper软件对这些指纹谱图进行处理并与Bruker独家开发的微生物数据库进行分析比对，快速准确地完成对微生物的鉴定。与现有传统的微生物鉴定技术相比，具有操作简单、快速、通量高、灵敏度高、准确度好、试剂耗材非常经济等优势。通过采用Biotyper快速准确的微生物鉴定，可以显著缩短病人诊疗时间，减少病人医疗负担和住院时长，同时增加医院效益。 

　　1. MALDI Biotyper工作流程 

　　MALDI Biotyper高通量微生物鉴定系统通过MALDI-TOF质谱仪测得待测微生物的蛋白质指纹谱图，通过MALDI Biotyper软件对这些指纹谱图进行处理并和Bruker独家开发的微生物数据库进行比对，从而在几分钟之内完成对微生物的鉴定。 

　　2. MALDI Biotyper高通量微生物鉴定系统拥有如下的优点 

　　(1) 操作简单、测定快速 

　　单个微生物菌落经简单的样品前处理后，用MALDI-TOF质谱仪进行测定。所获得的质谱图可直接送到MALDI Biotyper数据库进行检索。这个简单而独特的工作流程可以满足绝大多数微生物的鉴定，而且不需要进行革兰氏染色、氧化酶试验或选择PCR引物。一个样品从获得单克隆开始，到样品处理、谱图采集和获得鉴定结果可以在几分钟内完成，操作简单、快速，通量高。 

　　(2) 灵敏度高 

　　使用经久耐用且性能可靠的Bruker microflex MALDI-TOF质谱仪，可以实现高重现性的快速、可靠检测。由于仪器的高灵敏度，可以检测到低至5000个细胞。 

　　(3) 结果准确 

　　MALDI--TOF获得的蛋白指纹图谱用作模式匹配，匹配分值决定鉴定结果。Biotyper软件对所得的图谱进行归一化分析，科学的无监督算法保证鉴定结果的准确性。蛋白指纹图主要集中在2-20kDa，稳定、高表达的核糖体蛋白受微生物生长环境和状态的影响很小小，不影响鉴定结果。 

　　3. MALDI Biotyper高通量微生物鉴定系统拥有如下的创新性： 

　　(1) 性能优越、设计先进的硬件技术。 

　　MALDI Biotyper台式质谱仪性能稳定、功能强大。具有专利的红外激光自动清洗离子源功能，WhisperMode™静音运行技术，FlashDetector™ 检测技术和专利的PAN™宽质量范围离子聚焦等一系列先进技术。智能化设计理念，主要部件均具有自我诊断功能。 

　　(2) 数据库覆盖面广，包含菌种数量业内领先 

　　MALDI Biotyper数据库覆盖超过两千多个菌种，囊括了临床常见菌种如葡萄球菌、链球菌、奈瑟菌、沙门氏菌、埃希氏菌、致贺菌、伯克霍尔德菌、李斯特氏菌、肠球菌、克雷伯菌、变形菌、军团菌、耶尔森菌、弧菌、假单胞菌、嗜血流感菌、金黄杆菌、梭菌、拟杆菌等等，可直接应用于临床微生物鉴定。除临床常见菌，同时也包括其它领域的常见菌，如环境、食品、畜牧等领域的各类微生物，有利于应对罕见菌的人类感染。Bruker独有的分枝杆菌和丝状真菌数据库，有助于破解临床微生物鉴定的难题。 

　　(3) 功能强大的MALDI Biotyper软件。 

　　MALDI Biotyper软件拥有强大的聚类分析和主成分分析能力，拓展科研功能包括细菌分型、耐药试验和菌株溯源院感分析等。除此之外，用户可使用软件自行生成新的微生物的标准谱图模式，建立自有数据库，并用于鉴定。自建库采用与临床库相同的建库原理和算法，从而确保自建库的可靠性。 

　　二、MALDI-TOF成像技术—— 探寻肿瘤生物标志物新视角 

　　MALDI-TOF成像技术主要用于快速直观地发现组织中的生物标志物，测定的目标分子主要集中在蛋白、多肽和脂类等。尽管目前处于临床医学研究阶段，但具有可观的临床诊断前景，为医学临床诊断学研究提供了一个具有前瞻性的医学检测平台。在临床病理诊断中克服了人为因素，医生有可能用真实的数据来评判病情。 

　　1. MALDI-TOF成像的工作流程 

　　在导电玻璃片上固定组织冷冻切片，组织切片表面喷雾基质，然后选用MALDI TOF质谱仪测定，最后用flexImaging和SCiLS Lab软件分析数据。 

　　2. 性能可靠、独一无二的硬件组合 

　　(1) Smartbeam™ 3D激光技术 

　　rapifleX MALDI -TOF成像解决方案采用布鲁克专有的smartbeam 3D激光，相比传统的MALDI-TOF系统可以提高20倍的工作速度。常规的组织切片可以在大约30分钟内成像。 

　　(2) 独特的导电载玻片和MALDI Imaging专用靶托 

成像专用靶托 

导电载玻片 

　　3. 功能多样化、信息量大、可视性好的控制软件和生物信息软件组合 

　　flexImaging 软件专门用于MALDI组织成像的分析软件，包括图谱的生成及相关数据的分析。SCiLS Lab 软件是海量成像数据统计分析的专业软件; 随着MALDI 成像技术的发展，成像分辨率不断提高，样本的数目也在不断增加，导致成像数据越来越大。SCiLS Lab 软件可以完成几百万张谱图，高达几十GB数据的统计分析。数据处理功能包括： 

　　(1) 完成成像数据的平滑，砍基线，多种算法的归一化等多种基本处理; 

　　(2) 对数据进行多层次分组管理，便于后续的比较分析，寻找差异; 

　　(3) 支持多种统计分析算法，如均值和方差计算，ROC分析多种单因素分析方法;空间聚类分析，PCA分析，PLSA分析等多种多因素统计分析方法;也还支持诊断模型的建立，对未知数据、样本进行分类。 

　　成像分析结果以图像、统计曲线、图表等多种方式灵活直观大的展示;是从组织成像数据中寻找差异，发现新的生物标志物，建立诊断模型，观测目标化合物实时变化的有效工具。 

　　4. 应用前景——从走近临床必将走进临床 

　　纵观以下MALDI-TOF分子成像研究成果，不难看出MALDI-TOF成像技术正在逐渐涉足临床肿瘤监测领域，相信她终有一天会走进临床实验室，成为精准医学诊断不可缺少的临床检测技术。 

　　· 2010年：发现乳腺癌HER2阳性生物标志物，用于区分乳腺癌组织HER2阳性还是HER2阴性癌变。预示着MALDI-TOF质谱成像技术有可能帮助临床诊断。 (Classification of HER3 Receptor Status in Breast Cancer Tissues by MALDI Imaging Mass Spectrometry. J Proteome Res 2010; 9:1854-63) 

　　· 2013年：食管癌化疗效果与蛋白表达水平的相关性，MALDI成像研究结果发现对化疗响应不同的患者，蛋白表达水平有显著差异。 (Clinical response to chemotherapy in oesophageal adenocarcinoma patients is linked to defects in mitochondria. J Pathol 2013; 230: 410–419) 

　　· 2014年：简单快速的MALDI组织多肽/蛋白指纹谱分析法，有可能在手术期间精准实时区分肺癌组织和正常组织。(MALDI-TOF Mass Spectrometry for the Rapid Diagnosis of Cancerous Lung Nodules. PLoS ONE 2014; 9: e97511) 

　　· 2015年：垂体瘤近实时快速检测与定位 (MALDI mass spectrometry imaging analysis of pituitary adenomas for near-real-time tumor delineation. PNAS 2015; 112: 9978–83) 垂体瘤发病率在脑肿瘤中排名第三，从垂体组织中准确可靠的区分肿瘤组织和正常组织是手术成功的关键。研究表明MALDI组织成像技术有可能直接在手术中检测和区分正常垂体组织和垂体瘤组织。在临床垂体瘤外科手术切除过程中引入MALDI组织成像检测技术，有助于帮助医生进行精确的手术，尽可能完全切除肿瘤组织，同时尽可能多的保留正常组织，从而改善患者手术预后情况。 

　　肿瘤特异性分析是肿瘤精确诊断所面临的重要挑战之一。 MALDI成像技术适合给肿瘤特异性提供正确的数据分析。随着rapifleX MALDI-TOF质谱仪在速度和性能方面的大幅度提高，使得将MALDI成像数据转化成可靠的个性化医学信息源成为可能。 

　　仪器信息网：请问贵公司目前医学检测领域对质谱业务贡献如何? 

　　Bruker：Bruker致力于研发高端质谱仪，不仅注重科研领域，为科研人员设计专用的工具，帮助他们在各自研究领域做出成绩。同时也非常重视常规检测领域，不断推出各种满足应用领域需求的解决方案。Bruker成熟的解决方案有：MALDI Biotyper微生物快速鉴定系统，是临床微生物检测的专用工具;MALDI Tissuetyper 是以rapifleX为核心技术的MALDI分子成像解决方案，肿瘤、癌症病理学临床研究的首选;业内独一无二的药物筛选解决方案MALDI PharmaPulse™，旨在协助制药、生物技术和CRO企业实现药物高通量筛选，加快新药物的研发速度;农残筛查与鉴定的专用QTOF平台Pesticide Screener;基于离子阱平台和Q-TOF平台的毒物快速筛查的解决方案 Toxtyper和ToxScreeener，在法医领域有着广阔的应用前景。 

　　自从MALDI Biotyper获得国家食品药品监督管理总局医疗器械注册证，正式进入中国临床检验以来，不仅MALDI Biotyper的临床市场需求逐年递增，而且国内研究人员对MALDI-TOF分子成像技术的关注和应用也在与日俱增。临床检验和医学研究对MALDI-TOF需求的日益增加，正在带动Bruker MALDI-TOF全线产品的销量。