2\\质谱流式的历史
<hr/> 1959年,美国化学家Rosalyn Yalow(女)和Solomon Berson在检测血浆胰岛素含量的研究中开发出了放射免疫测定技术(Radioimmunoassay, RIA),因其灵敏度高、特异性强、精确度佳以及样品消耗量小,发展迅速,广泛用于蛋白质、酶、多肽激素以及各种药物的测定。1977年, Yalow和另外两位得奖人共享了诺贝尔生理学或医学奖,获奖理由是“for the development of radioimmunoassays of peptide hormones”。尽管放射免疫测定优点众多,然而放射性同位素对人、环境以及生物样品活性的影响难以忽视。此后,又先后基于酶、化学发光、荧光、金属(尤其是稀土元素)及金属化合物,发展出了胶体金、酶联免疫、时间分辨荧光(基于镧系元素螯合物)和化学发光免疫等各种免疫检测技术。2001年7月17日,MDS Sciex(以后的AB Sciex以及现在的Sciex)的科学家Dmitry Bandura(物理学家),Vladimir Baranov(化学家),Scott Tanner(质谱学家)和Zoe Quinn提交了专利,提出了一种使用过渡元素标记抗体,并利用抗体和待测样品的免疫结合,最终通过ICP质谱或ICP发射光谱进行检测的方法,由此开启了质谱流式的纪元。请记住前面这三位大神,后面还会提到。无独有偶,第二天(2001年7月18日)清华大学的张新荣教授提交了题为《A novel combination of immunoreaction and ICP-MS as a hyphenated technique for the determination of thyroid-stimulating hormone (TSH) in human serum》的文章,提出了一种使用稀土元素铕(Europium,Eu)作为标签的免疫反应和ICP-QMS组合的新颖技术,用于血液中促甲状腺激素(TSH)的检测。事实上,2001年3月23号,张新荣教授就提交了另外一篇文章《Application of the Biological Conjugate between Antibody and Colloid Au Nanoparticles as Analyte to Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry》,并于次年1月1日发表,文章中提出使用胶体金纳米颗粒作为免疫检测的标签,同样使用ICPMS作为检测器。张新荣教授也是位非常令人尊敬的科学家,做了非常多开创性的研究工作,不盲目跟风,喜欢另辟蹊径。我猜张老师手底下应该没有特别强的工程团队,所以尽管有不少成果转化的项目但是都xxx,纯属我瞎猜乱说,张老师勿怪。国内的质谱公司可以多找张老师聊聊,搞点原创性的科研成果转化。话接上文,更具戏剧性的是,前面提到的专利其实早在2000年12月28日就已通过临时申请的方式进行了提交,并于2001年7月17日提交了正式申请。根据美国的专利制度,为了抢占优先权日可以通过临时申请提交简易的专利文本,但同时需要临时申请后的一年内提交正式申请进行替代,此时正式申请的专利享有临时申请的优先权日,同时临时申请的文本内容也会在正式申请公开时作为优先权文件一并公开。所以理论上来说张新荣教授在质谱流式理论的萌芽期是有重要贡献的,只不过研究院校更追求学术文章,对专利的重视程度远不如商业机构。当然,此时专利也好,文章也罢,和目前我们看到的质谱流式还是有一墙之隔的,还没有提及用于单细胞的检测,不过离成为质谱流式也就是临门一脚的事情。这有一定的历史原因,一方面单细胞检测在当时还不是那么热门,各种免疫检测技术想的都是怎么解决放射免疫检测的弊病;另一方面尽管人们意识到了这个技术对于多参数检测的优势,但是奈何20年前市面上没有几家公司在生产ICP-TOFMS,当然20年后的今天也算不上很多。这并不是因为ICP-TOFMS的技术门槛太高,而是因为ICP-TOFMS几乎没有自己的对口应用,因而缺乏市场驱动。加之由于ICP-QMS(四极杆质谱)引入了碰撞反应池技术(这个技术的发明者还是那位大神Scott Tanner)解决了多原子干扰的问题,很大程度上解决了四极杆分辨率不够的问题,所以定量要求高,分辨率要求不太高的应用使用ICP-QMS就可以很好地满足要求了,性价比比较高。而对于分辨率要求很高的时候,还有各种无机磁质谱,如果是要求有比较高的同位素丰度比,还有多接收的磁质谱。基本上,ICP-TOFMS没有用武之地,当时属于比较小众的质谱仪器。那个时候大概只有澳大利亚的GBC公司和美国的LECO公司在生产ICP-TOFMS,大多时候也是用于地质分析领域。2004年10月,前面提到的三位大神以及同样是在MDS Sciex的同事Olga Ornatsky(生物学家)合伙成立了一家叫DVS Sciences公司,公司名字用的就是三人名字的首字母,不得不说外国人的确很喜欢用自己的名字做公司名,跟我们的那些老字号其实很像。Scott Tanner作为团队的老大任CEO/CTO,从老东家Sciex的手里拿到了相关技术的授权后,2005年他们把公司开在了加拿大,开始打磨这台全新的ICP-TOFMS仪器平台(日后的第一代CyTOF)。Scott Tanner是加拿大人,在多伦多的York University拿到物理化学的博士学位后加入MDS Sciex,并一直那里工作了25年。Scott Tanner认为 University of Toronto是一个非常完美的地方,可以助力他们完成CyTOF仪器和试剂的开发。2005年至2011年期间,Scott Tanner先后任职多伦多大学生物工程系和化学系教授。此后,DVS从Genome Canada和Ontario’s Ministry of Research& Innovation等加拿大政府机构拿到了总计1700万美元的资助。2011年,又从Mohr Davidow Ventures, 5AM Ventures以及Roche,Pfizer等商业机构获得了1500万美元的投资。截止到2011年,DVS从外部获得的资金支持再加上7台CyTOF的销售收入差不多有4000万美元。值得一提的是,在第一代CyTOF定型之前,DVS团队先后经历了3代原型机和8代试剂的开发,可以说是非常的坎坷,技术创业之艰辛可见一斑。2009年,加拿大DVS Sciences公司发布了第一个质谱流式平台CyTOF(Cytometry by Time-of-Flight)。很快,CyTOF的用户就开始遍布世界各处 ,除了加拿大的多伦多大学,还有美国NIH、斯坦福大学、日本、中国台湾等研究机构都有装机。