单细胞代谢组学是解码细胞异质性、推动精准医学发展的核心手段，而脂质作为细胞功能的关键执行者，其单细胞水平的精准分析对免疫研究、肿瘤生物学意义重大。但传统有机质谱流式技术受限于低通量，难以实现稀有细胞的快速筛查与海量样本的高效分析，成为领域发展的关键瓶颈。
近日，清华大学张四纯教授团队以Waters Xevo? MRT高分辨质谱仪为核心检测单元，成功开发出一款高通量单细胞脂质质谱流式平台，相关研究成果发表于国际顶级分析化学期刊《Analytical Chemistry》（https://doi.org/10.1021/acs.analchem.6c00190）。该平台一举将单细胞分析通量提升至1064.5个细胞/分钟，较传统CyESI-MS(约38个细胞/分钟)和ILCEI-MS(约51个细胞/分钟)方法实现20倍飞跃，同时实现无标记、高精准的稀有细胞快速筛查，为单细胞脂质组学研究与临床转化搭建了全新高效技术体系！
图1. 高通量单细胞脂质质谱流式平台。
核心突破
针对传统技术的通量瓶颈，张四纯教授研究团队打造了集气体驱动聚焦流接口、稳定气动控制模块、Xevo MRT高分辨质谱于一体的集成化平台，从样本前处理到检测全程实现技术优化，核心突破体现在两方面：
1
气体驱动聚焦流（SCFF）接口创新
定制3D打印喷嘴搭配高精度气路控制，将细胞均匀包裹为单分散微液滴，大幅减少溶剂用量、加速溶剂蒸发与离子释放，使单细胞驻留时间低至0.05 s，从源头突破分析效率限制；同时通过微流控系统实现细胞悬液恒流稳定输送，配合3.5 kV直流高压保障高效电离、降低背景噪声，为后续信号精准识别筑牢前处理基础。
2
Xevo MRT硬核性能支撑
作为平台的“检测核心”，Xevo MRT在100 Hz高扫描速率下，仍保持高达100,000 FWHM的质量分辨能力与fg级灵敏度，不仅能精准捕获单细胞脂质的微量特征信号，更可实现完整单细胞信号与细胞碎片、背景干扰的精准区分，为高通量分析下的精准定性定量提供关键保障。
实验证实，该平台的通量与细胞尺寸高度匹配，其中T细胞分析通量达1064.54个细胞/分钟，THP-1、HL-60细胞通量也分别实现243.87、493.52个细胞/分钟，且在流速、细胞浓度变化的情况下，单细胞信号持续稳定，展现出优异的检测重复性。
依托Xevo MRT的出色性能与平台的一体化设计，该技术不仅实现通量的跨越式提升，更在脂质覆盖、细胞分型、稀有细胞筛查、批次稳定性等方面展现出全方位优势，真正满足单细胞研究的实际需求：
高覆盖脂质分析，解锁单细胞脂质组全景
在正离子模式下，平台对m/z 650 - 950范围的脂质分子实现高效检测，从HL-60、Jurkat T等细胞中成功鉴定出141种脂质特征，涵盖磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）、鞘磷脂（SM）、甘油三酯（TG）等关键脂质类型，清晰解析单细胞脂质组的结构多样性，为细胞代谢表型分析提供全面分子依据。
图2. HL-60细胞单细胞脂质组分析与鉴定：(a)(b) 正离子模式下代表性单细胞质谱图（分m/z 680?850、850?950区间，标注关键脂质）；(c) 鉴定脂质按脂肪酸不饱和度分类饼图（反映单细胞脂质组结构多样性）。
无标记精准分型，实现细胞类型特异性识别
基于脂质代谢指纹，平台无需抗体标记，即可对7种不同肿瘤细胞系（HeLa、HL-60、Jurkat T等）实现精准聚类区分，各细胞系展现出独特的脂质表达谱。通过筛选出6种高特异性脂质标志物，结合随机森林、线性判别分析（LDA）模型，细胞类型分类准确率达99.93%，细胞拒选率低至0.0006，实现超高置信度的细胞分型。
秒级筛查稀有细胞，攻克低丰度细胞检测难题
稀有细胞的精准识别是临床研究与诊断的关键需求，而该平台凭借高通量优势，实现了稀有免疫细胞的快速无标记筛查。在人外周血单个核细胞（PBMC）分析中，平台可在3分钟内精准识别丰度低至1.53%的树突状细胞（DCs），无需复杂的抗体染色与前处理，直接通过脂质代谢特征完成稀有细胞的定量与分型，为免疫研究、肿瘤微环境分析中的稀有细胞检测提供了高效方案。
超高批次稳定性，适配批量样本与临床研究
针对多批次样本分析的需求，平台展现出优异的重复性，批次间Pearson相关系数R>0.990；即使存在轻微批次差异，经Harmony算法校正后，可在保留细胞生物学差异的前提下实现数据完美整合，确保批量样本、临床队列研究中的数据可比性，为技术的临床转化奠定坚实基础。
图3. 基于Harmony算法的重复性验证与批次效应校正：a) 校正前3批HL-60细胞UMAP图（批次1存在显著批次效应）；b) 整合前HL-60与Jurkat T细胞UMAP分布；c) 皮尔逊相关矩阵验证批次间超高重复性（R>0.990）；d-f) Harmony算法校正后UMAP图：d) 3批HL-60细胞实现精准对齐，批次效应有效消除；e) 多批次HL-60与Jurkat T细胞整合分析结果；f) 两类细胞聚类边界清晰，生物学固有差异完整保留，随机森林分类准确率达99.93%。
硬核支撑
此次研究的成功，离不开Xevo MRT高分辨质谱仪的核心性能支撑，其为平台赋予了高扫描速度、高分辨率、高灵敏度的三重核心优势，完美适配单细胞脂质组学的高通量、微痕量检测需求：
1
100 Hz高扫描速率
匹配气体驱动聚焦流的高速进样接口，实现单细胞信号的快速捕获，不遗漏细胞事件；
2
超高分辨率
在100HZ高扫描速率下仍保持高达100,000 FWHM的质量分辨能力，精准区分脂质分子的细微质量差异，实现特异性定性；
3
高灵敏度检测
有效捕获单细胞中微量脂质的特征信号，让微痕量代谢物信号清晰可辨。
同时，Xevo MRT支持灵活的质谱参数优化，研究中通过锁定PC(34:1)特征峰、优化锥孔电压、脱溶剂温度等参数，进一步提升了检测的精准度与稳定性，成为高通量单细胞脂质分析的核心工具。
应用前景
这款以Xevo MRT为核心的高通量单细胞脂质质谱流式平台，凭借高通量、无标记、高覆盖、高稳定的独特优势，突破了传统技术的多重瓶颈，为单细胞脂质组学研究开辟了全新应用场景：
免疫细胞功能分析
快速解析PBMC中T细胞、B细胞、树突状细胞等亚群的脂质代谢特征，挖掘免疫细胞活化、分化的代谢调控机制；
肿瘤异质性研究
高通量分析肿瘤细胞系及肿瘤微环境中的细胞脂质谱，识别肿瘤干细胞、耐药细胞的特异性脂质标志物；
临床稀有细胞筛查
实现外周血、体液中低丰度临床相关细胞的快速无标记检测，为疾病早期诊断、疗效监测提供新方法；
药物研发与筛选
批量分析药物处理后单细胞的脂质代谢变化，精准评估药物对细胞的作用效果与代谢调控机制。
此次清华大学团队的研究成果，是单细胞脂质组学技术的重要突破，这既是科研团队创新实力的彰显，也是 Xevo MRT高分辨质谱仪卓越性能在单细胞分析领域的有力验证。作为沃特世重磅推出的高分辨质谱产品，Xevo MRT凭借高灵敏度、高分辨率、快速扫描的综合优势，与科研团队的技术创新相辅相成，成为单细胞代谢组学、脂质组学、临床质谱等领域的理想研究工具。
更多详细内容请见原文
本研究第一作者为清华大学化学系博士生杜沐蓉，通讯作者为清华大学化学系张四纯教授，以及北京佑安医院王文静教授、北京天坛医院葛培聪研究员。
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