2023年CAIA獎一等獎：基于常壓離子化質譜的生物標志物分析新方法及其應用
完成單位：北京大學、中國石油大學（北京）
完成人：白玉、徐姝婷、韓曄華、馬雯、聶洪港、劉明霞、艾萬鵬
成果簡介：生物標志物作為疾病發生、發展及預后的判斷指標，在臨床診斷和治療中具有重要的研究意義和應用價值。其濃度低、性質差異大、動態范圍寬等特點，使生物標志物的超靈敏和快速測量面臨挑戰。本項目針對體液、細胞及組織中生物標志物檢測所面臨的靈敏度不足、分析通量低等難題，發展常壓質譜離子化新裝置，提出高靈敏多重放大新策略，開發高通量分析新技術和新方法，開展極少量生物樣本中生物標志物的分析檢測。搭建了集成多功能常壓離子源質譜、常壓質譜免疫、基于紙芯片的多標志物聯合檢測以及單細胞多元質譜流式等分析平臺，發展了微升級血清中超靈敏的目標蛋白分析、基于激光可裂解探針的標志物分析和成像以及單細胞蛋白質和代謝物同時檢測等新方法，實現了極少量血清、單細胞和組織中多元生物標志物的高靈敏、高通量分析。為重大疾病生物標志物篩查、診斷預警、腫瘤細胞精準分型和腫瘤耐藥機制研究等提供重要方法和關鍵技術支撐。近5年成果在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. In. Ed.和Anal. Chem.等SCI期刊發表論文29篇，中文核心期刊論文3篇，撰寫專著章節2章，獲得4項授權中國發明專利。成果獲得國際國內同行的充分肯定和認可，對于推動常壓質譜在臨床診斷中的應用、提升我國在該領域的研究水平具有重要意義。
創新點及科學價值：針對體液、細胞及組織中的生物標志物檢測所面臨的靈敏度不足、分析通量低等難題，搭建了集成常壓離子源平臺、電噴霧加速的芯片噴霧離子源、在線激光散射耦合電噴霧等系列具有自主知識產權的常壓離子源平臺以及新型進樣裝置，克服單一離子源電離能力不足的問題，實現極性和弱極性的有機和生物標志物的有效電離及結構解析。提出了基于離子型質譜標簽和常壓離子化質譜的三重放大策略，發展了基于紙芯片的多標常壓質譜免疫分析方法，建立了極少量血清樣本、單細胞和組織中蛋白質和代謝物等生物標志物的高靈敏分析新方法，首次實現單細胞中多元蛋白質和代謝物的同時質譜分析。為基于單細胞的腫瘤細胞精準分型和腫瘤耐藥研究領域提供了突破性的新技術和新方法。為腫瘤等重大疾病生物標志物篩查、早期診斷預警、精準治療研究等提供重要的分析方法和關鍵技術支撐。
社會經濟效益：多種離子源平臺和生物標志物分析方法等已經獲得4項中國發明專利授權。相關內容與北京大學人民醫院以及解放軍總醫院等臨床醫院和科研單位開展科研合作研究。
應用前景：生物標志物作為疾病發生、發展及預后判斷指標，在臨床診斷和治療中具有重要的研究意義和應用價值。我們充分利用常壓離子化質譜快速、高通量的特點，從提高方法的通用性和靈敏度等多角度構建復雜生物樣本中標志物的分析新技術和方法。近年來臨床質譜發展迅速，我們的方法在臨床重大疾病的早期預警、診斷和治療中均具有重要意義和推廣價值。
