Single Cell Metabolite Detection Using Inertial Microfluidics-Assisted Ion Mobility Mass Spectrometry

化学 代谢物 离子迁移光谱法 质谱法 代谢组学 色谱法 微流控 溶解 细胞 纳米技术 生物化学 材料科学
作者
Leicheng Zhang,Tengfei Xu,Jingtao Zhang,Stephen C. C. Wong,Mark Ritchie,Han Wei Hou,Yulan Wang
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:93 (30): 10462-10468 被引量:36
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.1c00106
摘要

Single-cell metabolite measurement remains highly challenging due to difficulties related to single cell isolation, metabolite detection, and identification of low levels of metabolites. Here, as a first step of the technological development, we propose a novel strategy integrating spiral inertial microfluidics and ion mobility mass spectrometry (IM-MS) for single-cell metabolite detection and identification. Cells in methanol suspension are inertially focused into a single stream in the spiral microchannel. This stream of separated cells is delivered to the nanoelectrospray needle to be lysed and ionized and subsequently analyzed in real time by IM-MS. This analytical system enables six to eight single-cell metabolic fingerprints to be collected per minute, including gas-phase collisional cross section (CCS) measurements as an additional molecular descriptor, giving increased confidence in metabolite identification. As a proof of concept, the metabolic profiles of three types of cancer cells (U2OS, HepG2, and HepG2.215) were successfully screened, and 19 distinct lipids species were identified with CCS value filtering. Furthermore, principal component analysis (PCA) showed differentiation of the three cancer cell lines, mainly due to cellular surface phospholipids. Taken together, our technology platform offers a simple and efficient method for single-cell lipid profiling, with additional ion mobility separation of lipids significantly improving the confidence toward identification of metabolites.
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