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摘要

空间组学通过在保留空间背景的前提下解析生物系统的分子特征，革新了生物医学研究。在各类空间组学方法中，质谱成像（MSI）可实现代谢物、脂质、蛋白质、聚糖等多种分子类别的无标记原位可视化。近年来，仪器设备、样品制备与数据采集技术的进步推动质谱成像进入单细胞分析领域，为研究不同生物体系中的细胞异质性与分子状态提供了前所未有的手段。本文综述了当前主流的单细胞质谱成像平台，重点介绍了在空间分辨率、灵敏度与通量方面的关键技术创新。通过已发表的工作流实例，阐述了细胞分离、捕获与数据采集策略的多样性。本文重点梳理了解吸电喷雾电离（DESI）、２次离子质谱（SIMS）与基质辅助激光解吸电离（MALDI）３大电离技术在实现稳健单细胞多组学分析方面的能力。最后，本文展望了该领域的未来发展方向，以及单细胞质谱成像在转化空间组学研究与精准医学中的应用潜力。

draker@musc.edu

#质谱成像 #单细胞成像 #空间组学 #基质辅助激光解吸电离质谱成像 #MALDI #MSI

单细胞质谱成像的技术权衡

表1单细胞质谱成像技术汇总

汇总了SIMS、DESI、MALDI三大类及各衍生技术的空间分辨率、分子覆盖范围、质量范围、样品通量、制备难度与局限性等核心参数对比。

细胞捕获与样品制备技术

图1代表性样品制备方法

激光显微切割技术借助显微镜引导的激光切割，从组织切片中精准切取单个细胞的特定区域；贴壁细胞培养玻片法采用低密度细胞接种于玻片，通常结合显微镜成像识别细胞坐标以实现质谱成像的精准靶向；批量细胞捕获法将数千个细胞以1微升斑点点样于包被玻片，用于测量多细胞的平均分子信号，但丧失单细胞分辨率；单细胞微阵列法利用图案化网格或印章在确定位置捕获单个细胞，实现高通量、空间有序的单细胞分析。上述方法在空间分辨率、通量与细胞特异性方面各有侧重。

当前单细胞质谱成像采集方法

图2MALDI质谱成像单细胞图像采集的代表性策略

(A) 采集后细胞分割策略（以HT-SpaceM为例）：先通过细胞核染色识别细胞位置，再进行全片均匀光栅式MALDI质谱成像采集，最后基于图像配准实现单细胞分割。

(B) 多模态荧光引导采集（以胶质母细胞瘤患者来源细胞研究为例）：利用细胞自发荧光或生物染色进行全片光栅扫描，采集后叠加生成单细胞图像。

(C) 显微镜驱动的感兴趣区域（ROI）靶向采集：结合计算细胞验证与感兴趣区域光栅化，实现精准靶向采集。

图3SoloCell网格化细胞数据采集工作流程

采用聚2甲基硅氧烷（PDMS）印章包被捕获抗体/凝集素/诱饵蛋白，在水凝胶玻片上进行印墨转印；印模完成后进行碱性封闭以建立网格图案；随后将细胞悬液加入培养孔中孵育；玻片清洗并明场成像后，通过SoloCell软件进行细胞位置识别与坐标采集。该系统可实现每秒6个细胞的快速数据采集，数分钟内即可完成数千个细胞的捕获。

图4MALDI质谱成像单细胞微阵列平台的数据采集代表性结果

单个细胞经MALDI质谱成像与SCiLS Lab数据采集后获得单细胞质谱图；对单个细胞可依次开展代谢物、脂质、N-连接聚糖与葡萄糖聚合物的序贯分析，形成完整的多组学分子谱；右侧展示不同细胞类型的分子特征热图与降维聚类可视化结果。各类软件与计算分析平台可用于数据分析与结果可视化。

详细总结

思维导图（mindmap脑图）

主要技术变体

MALDI技术变体

主要分离方法

参考

Anal Bioanal Chem. 2026 Jul 2. doi: 10.1007/s00216-026-06644-6.

Single-cell mass spectrometry imaging: platform advances for multimodal spatial omics

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