マススペックペン
がん検査のためのサンプル収集システム
マススペックペン

MasSpec Penは、質量分析（MS）に基づく癌検出・診断システムであり、 ex vivo [1]およびin vivo [2]の組織サンプル分析に使用できます。このシステムは、固液抽出機構を介して組織サンプル表面から生体分子を収集し、質量分析計に輸送して分析します。抽出された分子の組成に基づき、機械学習アルゴリズムと統計モデルを用いて、分析された組織サンプルに癌細胞が含まれているかどうかを予測できます。初期臨床研究では、MasSpec Penシステムは、甲状腺、乳房、肺、卵巣腫瘍組織など、様々な癌組織を正常組織と96.3%の精度で識別することができました。[1] ex vivo組織生検における漿液性卵巣癌の検出における本装置の使用を示す追跡研究では、正常卵巣サンプルと癌性卵巣サンプルをそれぞれ94.0%と94.4%の臨床感度と特異度で識別することができました。[3]

開発と現在の使用状況

テキサス大学オースティン校化学助教授のリヴィア・S・エバーリン博士は、2017年に初めてMasSpecペンの発明を報告しました。彼女の研究室では、この装置を使用して、正常および癌の乳房、肺、卵巣、甲状腺サンプルを含むヒト組織生検を分析しています。[1] [3] MasSpecペンは現在、新鮮切除組織生検と腫瘍手術中の術中使用について評価されています。[4]

MasSpecペンは、MSペンテクノロジーズ社の子会社であるジェニオテクノロジーズ社にライセンス供与されています。[5]

動作原理

疾患診断のためのアンビエントイオン化質量分析

MasSpec Pen技術はアンビエントイオン化の原理に基づいており、大規模なサンプル調製やクロマトグラフィー分離を必要とせずにサンプルから直接イオンを生成します。[6] [7] MasSpec Penは、さらに固液抽出ベースのアンビエントイオン化法として分類することができ、溶媒システムを利用してサンプル表面から分子を穏やかに抽出し、その後質量分析計で分析する方法として説明されます。[8] 脱離エレクトロスプレーイオン化（DESI）は、最初の液体ベースのアンビエントイオン化MS法でした。[6] DESIは、帯電した溶媒液滴をスプレーしてサンプル表面に衝突させ、サンプル表面から分子を脱離させてイオン化し、その後、質量分析計に誘導して分析します。 DESI-MSおよびその他の溶媒ベースのアンビエントイオン化MS法は、主に代謝物や脂質などの小分子を生物組織標本から直接分析してその分子組成を決定し、取得した質量スペクトルデータを診断目的で活用するために広く採用されています。[9] [10] [11] [12]これらの方法は、乳がん、[13] [14 ]脳、 [15] [16 ] [17]前立腺、[18 ] [19] 卵巣、[ 20] [ 21] 結腸直腸[22]など多くの固形腫瘍の適応症において、組織サンプルの正常領域と癌領域の識別に利用されている。[23] [24] [ 25 ]多変量統計解析法は、組織サンプルの直接分析から得られた質量スペクトルデータから統計モデルを生成し、健康な組織と病変組織を区別するためによく利用される。

MasSpecペン分析メカニズム

2017年に初めて発表されたMasSpecペンは、溶媒ベースのアンビエントイオン化技術ですが、従来の装置とは異なり、ハンドヘルド型であるため、質量分析計から離れた場所にあるサンプルを形状に依存しない方法で分析できます。[1] MasSpecペンは、手動で操作できるプローブを用いて分析を指示します。このシステムを使用するには、「ペン」の先端をサンプリングする表面に接触させ、ユーザーは内蔵のフットペダルを踏んでサンプリング手順を開始します。これにより、シリンジポンプがポリマーチューブを通して少量の溶媒を「ペン」の先端にあるリザーバーに送り込み、サンプルと接触した状態を維持します。その後、分析対象物質は固液抽出機構によってサンプルから溶媒液滴に抽出されます。3秒間の抽出期間の後、質量分析計からの真空を真空源として、液滴は質量分析計に吸引されます。質量分析計内に入ると、溶媒液滴内の分析対象物質は入口イオン化機構によって脱溶媒和され、イオン化されます。イオン化された分子は質量分析計のアナライザーによって分析され、その結果として質量スペクトルが生成されます。

マススペックペンによるがん診断

MasSpecペンは、がん手術の完全切除を支援するための固形腫瘍減量手術中に陽性手術マージンの検出を支援するために設計された。この装置は当初、正常およびがん性の乳房、肺、卵巣、甲状腺組織を含む253のヒト組織生検を分析するために使用された。[1]各サンプルで得られた質量スペクトルには、分析した組織の分子組成を代表する代謝物、脂質、およびいくつかのタンパク質が含まれていた。収集された各組織タイプのデータは、各組織タイプの正常サンプルとがんサンプルを区別できる統計モデルの開発に使用された。1患者を除外する交差検証を使用して、分子プロファイルに基づいて正常組織とがん組織を区別するモデルの精度を評価した。この方法により、乳房組織で95.6%、肺で96.8%、卵巣で94.7%の精度で診断が可能になった。統計モデルを用いた解析により、正常甲状腺と乳頭癌、濾胞腺腫をそれぞれ97.8%、94.7%の精度で識別することが可能となりました。また、MasSpecペン技術を用いて、卵巣癌検体中の正常細胞と癌細胞が混在する混合組織領域において癌を検出できることも実証されました。最後に、著者らは麻酔マウスモデルを用いて、この手法を腫瘍組織のin vivo解析に応用できることを実証しました。

卵巣がんの診断におけるMasSpec Penの性能は、2019年に発表された報告書でさらに評価されました。[3]著者らは、78の正常卵巣と82の漿液性癌を含む160のヒト卵巣組織サンプルをMasSpec Penで分析し、正常サンプルと癌サンプルを区別する分類モデルを開発しました。モデルは、トレーニング、検証、テストサンプルセットで、正常卵巣サンプルと癌性卵巣サンプルをそれぞれ98.3%、100.0%、92.3%の全体精度で区別することができました。さらに、この報告書では、卵巣がんの転移が最もよくみられる部位の2つである卵管や腹膜組織と卵巣がんを区別するMasSpec Penシステムの能力を評価しました。癌と卵管および腹膜組織の識別で、それぞれ87.9%と92.6%の精度が達成されました。

MasSpecペンは、膵臓癌の切除手術中の検出にも使用されています。 [26] MasSpecペンは、体外および体内の組織サンプルの両方に使用され、健常膵臓と膵臓腫瘍組織を区別しました。また、胆管などの膵臓の隣接構造付近における癌の境界領域の検出にも使用されました。このシステムは18件の膵臓癌手術に使用され、収集されたデータから癌組織を高精度に検出することができました。

参考文献

  1. ^ abcde Zhang J, Rector J, Lin JQ, Young JH, Sans M, Katta N, et al. (2017年9月). 「携帯型質量分析システムを用いたex vivoおよびin vivo癌診断のための非破壊組織分析」. Science Translational Medicine . 9 (406) eaan3968. doi : 10.1126/scitranslmed.aan3968 . PMC  5830136. PMID  28878011 .
  2. ^ Keating MF, Zhang J, Feider CL, Retailleau S, Reid R, Antaris A, et al. (2020年9月). 「ロボット支援豚手術中の生体内組織分析のためのda Vinci手術システムへのMasSpecペンの統合」.分析化学. 92 (17): 11535– 11542. doi :10.1021/acs.analchem.0c02037. PMID  32786489. S2CID  221126047.
  3. ^ abc Zhang, Jialing; Sans, Marta; DeHoog, Rachel J.; Garza, Kyana Y.; King, Mary E.; Feider, Clara L.; Bensussan, Alena; Keating, Michael F.; Lin, John Q.; Povilaitis, Sydney; Katta, Nitesh; Milner, Thomas E.; Yu, Wendong; Nagi, Chandandeep; Dhingra, Sadhna; Pirko, Christopher; Brahmbhatt, Kirtan A.; Van Buren, George; Carter, Stacey; Fisher, William E.; Thompson, Alastair; Grogan, Raymon H.; Suliburk, James; Eberlin, Livia S. (2020年12月16日). 「MasSpecペン技術を用いたヒト手術における生体内および切除直後の組織の直接分子分析」medRxiv 10.1101/2020.12.14.20248101v1。 
  4. ^ Zhang J, Sans M, DeHoog RJ, Garza KY, King ME, Feider CL, et al. (2020年12月16日). 「MasSpecペン技術を用いたヒト手術における生体内および新鮮切除組織の直接分子分析」medRxiv 10.1101/2020.12.14.20248101v1 . 
  5. ^ Seagraves S (2020年1月23日). 「i2E Management Co., Inc.がタルサに拠点を置くMS Pen Technologies, Inc.への125万ドルの投資を主導」i2E .
  6. ^ Cooks RG, Ouyang Z, Takats Z, Wiseman JM (2006年3月). 「検出技術. アンビエント質量分析法」. Science . 311 (5767): 1566–70 . doi :10.1126/science.11​​19426. PMID  16543450. S2CID  98131681.
  7. ^ Domin M, Cody R編 (2014). アンビエントイオン化質量分析法. 質量分析法の新展開. ケンブリッジ: 王立化学協会. doi :10.1039/9781782628026. ISBN 978-1-84973-926-9。
  8. ^ Laskin J , Lanekoff I (2016年1月). 「直接液体抽出法を用いたアンビエント質量分析イメージング」.分析化学. 88 (1): 52– 73. doi :10.1021/acs.analchem.5b04188. PMC 5767520. PMID 26566087  . 
  9. ^ Eberlin LS, Ferreira CR, Dill AL, Ifa DR, Cooks RG (2011年11月). 「脂質特性評価と生体組織イメージングのための脱離エレクトロスプレーイオン化質量分析法」. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular and Cell Biology of Lipids . 1811 (11): 946–60 . doi :10.1016/j.bbalip.2011.05.006. PMC 3205348. PMID 21645635  . 
  10. ^ Cabral EC, Ifa DR (2015). 「生体組織中の小分子のDESIイメージング」.質量分析による小分子のイメージング. Methods in Molecular Biology. Vol. 1203. Clifton, NJ. pp.  63– 77. doi :10.1007/978-1-4939-1357-2_7. ISBN 978-1-4939-1356-5. PMID  25361667。{{cite book}}: CS1 メンテナンス: 場所の発行元が見つかりません (リンク)
  11. ^ Ifa DR, Eberlin LS (2016年1月). 「癌診断および手術マージン評価のためのアンビエントイオン化質量分析法」. Clinical Chemistry . 62 (1): 111–23 . doi :10.1373/clinchem.2014.237172. PMC 5315420. PMID 26555455  . 
  12. ^ Li N, Nie H, Jiang L, Ruan G, Du F, Liu H (2020年8月). 「臨床研究におけるアンビエントイオン化質量分析イメージングの最近の進歩」. Journal of Separation Science . 43 (15): 3146– 3163. doi :10.1002/jssc.202000273. PMID  32573988. S2CID  219986812.
  13. ^ Porcari AM, Zhang J, Garza KY, Rodrigues-Peres RM, Lin JQ, Young JH, 他 (2018年10月). 「乳がん診断のための脱離-エレクトロスプレー-イオン化-質量分析イメージングを用いた多施設共同研究」.分析化学. 90 (19): 11324– 11332. doi :10.1021/acs.analchem.8b01961. PMC 7433752. PMID 30170496  . 
  14. ^ Calligaris D, Caragacianu D, Liu X, Norton I, Thompson CJ, Richardson AL, 他 (2014年10月). 「乳癌マージン分析における脱離エレクトロスプレーイオン化質量分析イメージングの応用」.米国科学アカデミー紀要. 111 (42): 15184–9 . Bibcode :2014PNAS..11115184C. doi : 10.1073/pnas.1408129111 . PMC 4210338. PMID  25246570 . 
  15. ^ Eberlin LS, Norton I, Orringer D, Dunn IF, Liu X, Ide JL, 他 (2013年1月). 「ヒト脳腫瘍の術中分子診断のためのアンビエント質量分析法」. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 110 (5): 1611–6 . Bibcode :2013PNAS..110.1611E. doi : 10.1073/pnas.1215687110 . PMC 3562800. PMID  23300285 . 
  16. ^ Pirro V, Jarmusch AK, Ferreira CR, Cooks RG (2017). 「脱離エレクトロスプレーイオン化（DESI）質量分析法を用いた脳組織のアンビエントリピドミクス分析」 Wood P (編).リピドミクス. Neuromethods. 第125巻. ニューヨーク: Springer New York. pp.  187– 210. doi :10.1007/978-1-4939-6946-3_14. ISBN 978-1-4939-6944-9。
  17. ^ Agar NY, Golby AJ, Ligon KL, Norton I, Mohan V, Wiseman JM, et al. (2011年2月). 「脳腫瘍手術のための定位質量分析法の開発」. Neurosurgery . 68 (2): 280–89 , discussion 290. doi :10.1227/neu.0b013e3181ff9cbb. PMC 3678259. PMID  21135749 . 
  18. ^ Kerian KS, Jarmusch AK, Pirro V, Koch MO, Masterson TA, Cheng L, Cooks RG (2015年2月). 「脱離エレクトロスプレーイオン化法およびタッチスプレーイオン化質量分析法による前立腺摘除術標本における前立腺癌と正常組織の鑑別」. The Analyst . 140 (4): 1090–8 . Bibcode :2015Ana...140.1090K. doi :10.1039/C4AN02039A. PMC 4314440. PMID 25521825  . 
  19. ^ Banerjee S, Zare RN, Tibshirani RJ, Kunder CA, Nolley R, Fan R, 他 (2017年3月). 「低分子代謝物および脂質の脱離エレクトロスプレーイオン化質量分析イメージングによる前立腺癌の診断」. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 114 (13): 3334– 3339. Bibcode :2017PNAS..114.3334B. doi : 10.1073/pnas.1700677114 . PMC 5380053. PMID  28292895 . 
  20. ^ Sans M, Gharpure K, Tibshirani R, Zhang J, Liang L, Liu J, 他 (2017年6月). 「代謝マーカーとアンビエントイオン化質量分析イメージングによる漿液性卵巣癌の悪性度の統計的予測」. Cancer Research . 77 (11): 2903– 2913. doi :10.1158/0008-5472.CAN-16-3044. PMC 5750373. PMID  28416487 . 
  21. ^ Dória ML, McKenzie JS, Mroz A, Phelps DL, Speller A, Rosini F, et al. (2016年12月). 「脱離エレクトロスプレーイオン化質量分析イメージングによる上皮性卵巣癌の診断」. Scientific Reports . 6 (1) 39219. Bibcode :2016NatSR...639219D. doi :10.1038/srep39219. PMC 5156945. PMID  27976698 . 
  22. ^ Gerbig S, Golf O, Balog J, Denes J, Baranyai Z, Zarand A, et al. (2012年6月). 「脱離エレクトロスプレーイオン化質量分析イメージングによる大腸腺癌組織の分析」.分析・生化学分析化学. 403 (8): 2315–25 . doi :10.1007/s00216-012-5841-x. PMID  22447214. S2CID  25423493.
  23. ^ DeHoog RJ, Zhang J, Alore E, Lin JQ, Yu W, Woody S, 他 (2019年10月). 「質量分析イメージングを用いた細針吸引生検による甲状腺結節の術前代謝分類」. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 116 (43): 21401– 21408. Bibcode :2019PNAS..11621401D. doi : 10.1073/pnas.1911333116 . PMC 6815148. PMID  31591199 . 
  24. ^ Eberlin LS, Margulis K, Planell-Mendez I, Zare RN, Tibshirani R, Longacre TA, et al. (2016年8月). 「膵臓癌の外科的切除マージン：質量分析イメージングによる分子評価」. PLOS Medicine . 13 (8) e1002108. doi : 10.1371/journal.pmed.1002108 . PMC 5019340. PMID 27575375  . 
  25. ^ Eberlin LS, Tibshirani RJ, Zhang J, Longacre TA, Berry GJ, Bingham DB, 他 (2014年2月). 「質量分析イメージングによる胃癌の外科的切除マージンの分子生物学的評価」. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America . 111 (7): 2436–41 . Bibcode :2014PNAS..111.2436E. doi : 10.1073/pnas.1400274111 . PMC 3932851. PMID  24550265 . 
  26. ^ King, Mary E.; Zhang, Jialing; Lin, John Q.; Garza, Kyana Y.; DeHoog, Rachel J.; Feider, Clara L.; Bensussan, Alena; Sans, Marta; Krieger, Anna; Badal, Sunil; Keating, Michael F.; Woody, Spencer; Dhingra, Sadhna J.; Yu, Wendong; Pirko, Christopher; Brahmbhatt, Kirtan A.; Van Buren, George; Fisher, William E.; Suliburk, James; Eberlin, Livia S. (2021年7月13日). 「MasSpec Pen技術を用いた膵臓癌手術中の迅速診断および腫瘍マージン評価」米国科学アカデミー紀要. 118 (28) e2104411118. Bibcode :2021PNAS..11804411K. doi : 10.1073/pnas.2104411118 . PMC 8285949. PMID  34260388 . 
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