杭州質(zhì)譜大會(huì)系列專(zhuān)訪——再帕爾·阿不力孜教授
再帕爾·阿不力孜教授：40年質(zhì)譜飛躍發(fā)展 源頭創(chuàng)新正當(dāng)其時(shí)
導(dǎo)讀：2020-2023年中國(guó)質(zhì)譜學(xué)術(shù)大會(huì)將于2023年6月9-13日在杭州舉辦，本次大會(huì)是中國(guó)質(zhì)譜界的一次盛會(huì)，旨在促進(jìn)學(xué)界團(tuán)結(jié)進(jìn)步、和諧發(fā)展、共贏未來(lái)，提高學(xué)術(shù)交流水平，推動(dòng)質(zhì)譜技術(shù)在各大科技領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。大會(huì)由中國(guó)物理學(xué)會(huì)質(zhì)譜分會(huì)聯(lián)合中國(guó)化學(xué)會(huì)質(zhì)譜分析專(zhuān)業(yè)委員會(huì)和中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)分析儀器分會(huì)主辦，浙江大學(xué)承辦。大會(huì)將邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外質(zhì)譜領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者齊聚一堂，共同探討交流質(zhì)譜領(lǐng)域最新的科研進(jìn)展和前沿技術(shù)。本此大會(huì)的主題為砥礪奮進(jìn)四十年，共筑中國(guó)質(zhì)譜夢(mèng)。會(huì)議主頁(yè)鏈接如下：http://www.cmss.org.cn/index.php?r=site%2Fcae-home&mid=19，歡迎大家報(bào)名參會(huì)。
回溯屠呦呦獲得的Nobel獎(jiǎng)，質(zhì)譜在青蒿素的結(jié)構(gòu)鑒定中發(fā)揮了重大作用。今日，在藥物研發(fā)到質(zhì)控的全周期中，質(zhì)譜技術(shù)都是最重要的一種分析工具。從離子化機(jī)理的基礎(chǔ)研究，到發(fā)展藥物分析新方法，再到研發(fā)新型敞開(kāi)式離子化裝置及其質(zhì)譜成像技術(shù)，并應(yīng)用到代謝組學(xué)的前沿，再帕爾·阿不力孜教授用自己38年結(jié)緣質(zhì)譜的經(jīng)歷，詮釋了科研工作的魅力和本質(zhì)：現(xiàn)代科研大多數(shù)杰出的成果，均來(lái)源于對(duì)儀器裝置的大膽改進(jìn)，并應(yīng)用到前沿探索和發(fā)現(xiàn)中。近日，分析測(cè)試百科網(wǎng)采訪了中國(guó)分析測(cè)試協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)、中國(guó)質(zhì)譜學(xué)會(huì)原副理事長(zhǎng)、中央民族大學(xué)原副校長(zhǎng)和北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院特聘教授再帕爾·阿不力孜教授，他分享了自己的科研經(jīng)歷，并對(duì)中國(guó)質(zhì)譜分會(huì)成立40年間的中國(guó)質(zhì)譜發(fā)展之路提出了許多真知灼見(jiàn)，希望激勵(lì)更多質(zhì)譜同仁，一同運(yùn)用質(zhì)譜的強(qiáng)大工具來(lái)不斷探索發(fā)現(xiàn)，為人類(lèi)的健康和發(fā)展共同努力。
中國(guó)分析測(cè)試協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)、中國(guó)質(zhì)譜學(xué)會(huì)原副理事長(zhǎng)、中央民族大學(xué)教授、中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所研究員 再帕爾·阿不力孜
1985年，24歲的再帕爾被選派為新疆維吾爾自治區(qū)第一批赴日留學(xué)生。當(dāng)時(shí)，再帕爾第一次接觸了質(zhì)譜技術(shù)，并從事質(zhì)譜離子化機(jī)理的基礎(chǔ)研究。從那時(shí)起，他一直以質(zhì)譜技術(shù)和質(zhì)譜解析為自己的研究核心，迄今已經(jīng)有38年的時(shí)間?！翱梢哉f(shuō)，質(zhì)譜是我唯一或者最重要的研究手段。”回國(guó)后，再帕爾在中國(guó)醫(yī)科院藥物研究所主要從事基于質(zhì)譜技術(shù)的藥物及中草藥復(fù)雜成分分析方法研究。大約十年后，結(jié)合自己早期的離子化機(jī)理研究，再帕爾開(kāi)始研發(fā)和改造離子化裝置，開(kāi)展敞開(kāi)式離子化技術(shù)與質(zhì)譜成像研究，并利用這些新手段、新方法去拓展應(yīng)用，從化學(xué)結(jié)構(gòu)分析，到代謝組學(xué)、疾病標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)、空間分辨代謝組學(xué)等。
2004年美國(guó)普渡大學(xué)Cooks教授等人在《science》上首次發(fā)表DESI技術(shù)，從而常壓敞開(kāi)式離子化技術(shù)成為近年來(lái)質(zhì)譜極其活躍的創(chuàng)新領(lǐng)域。DESI需要被測(cè)樣品與采樣錐孔間距離非常近，才能保證足夠高的靈敏度；而對(duì)于遠(yuǎn)距離或較大組織樣品，難以將離子高效傳輸?shù)劫|(zhì)譜分析器進(jìn)行高靈敏分析。再帕爾課題組于2011年自主研發(fā)出新型敞開(kāi)式空氣動(dòng)力輔助離子化技術(shù)（Air Flow Assisted Ionization，AFAI，后改稱(chēng)為AFADESI），其基本原理及其早期應(yīng)用工作最早發(fā)表于2011年的RCM上；該技術(shù)借助0.5米或更長(zhǎng)的空氣動(dòng)力輔助傳輸管，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離離子傳輸，提高了離子化效率，并且放置樣品的空間充裕，可輕松調(diào)整位置。在此基礎(chǔ)上，利用該離子化技術(shù)優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，發(fā)展了新型敞開(kāi)式質(zhì)譜成像技術(shù)（AFADESI-MSI），并應(yīng)用于整體大鼠體內(nèi)藥物成像分析和腫瘤生物標(biāo)志物的原位篩查及免標(biāo)記分子病理診斷的研究，積極推動(dòng)了空間分辨代謝組學(xué)方法等。相關(guān)成果相繼發(fā)表在Analytical Chemistry、Acta Pharmaceutica Sinica B、Advanced Science、PNAS上。
整體大鼠體內(nèi)藥物成像分析的AFADESI-MSI質(zhì)譜成像技術(shù)示意圖
在2019年《PNAS》“Spatially resolved metabolomics to discover tumor-associated metabolic alterations”的研究論文中，再帕爾課題組采用AFADESI-MSI技術(shù)，建立了高靈敏的空間分辨代謝組學(xué)方法，提出一種“下游代謝物與上游代謝酶關(guān)聯(lián)”的研究策略來(lái)表征腫瘤代謝改變；通過(guò)對(duì)食管癌潛在原位標(biāo)志物進(jìn)行代謝通路分析，并對(duì)通路上相關(guān)聯(lián)代謝物的分布特征進(jìn)行原位可視化表征，分析其空間變化趨勢(shì)，結(jié)合免疫組化分析驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證6個(gè)在食管癌中異常表達(dá)的代謝酶。該研究從代謝物和代謝酶兩個(gè)層次深入探究食管癌的原位代謝改變，發(fā)現(xiàn)并可視化表征食管癌異常的代謝通路及其代謝酶。
原位可視化表征谷氨酰胺代謝通路中關(guān)鍵代謝物及代謝酶的結(jié)果
質(zhì)譜發(fā)展40年 變化翻天覆地
回顧中國(guó)質(zhì)譜的發(fā)展，再帕爾教授感嘆：中國(guó)質(zhì)譜學(xué)會(huì)成立40多年以來(lái)，中國(guó)質(zhì)譜發(fā)生了翻天覆地的變化。50-60年代，我國(guó)建立分析儀器廠開(kāi)始研制質(zhì)譜儀，但是由于種種原因中斷；中國(guó)質(zhì)譜學(xué)會(huì)成立的1980年剛開(kāi)始改革開(kāi)放，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)單位從國(guó)外引進(jìn)質(zhì)譜儀主要從事分析檢測(cè)和一些應(yīng)用研究。90年代，在國(guó)內(nèi)質(zhì)譜技術(shù)已作為一種常用的檢測(cè)手段，當(dāng)時(shí)再帕爾剛從日本留學(xué)歸來(lái)，開(kāi)始采用磁質(zhì)譜儀開(kāi)展分析檢測(cè)與相關(guān)研究。90年代末開(kāi)始，質(zhì)譜研究隊(duì)伍逐漸壯大，質(zhì)譜開(kāi)始成為重要的研究手段，再帕爾那時(shí)參加并參與舉辦過(guò)多次質(zhì)譜學(xué)術(shù)研討會(huì)。2000年后，質(zhì)譜在國(guó)際和國(guó)內(nèi)都開(kāi)始普遍推廣和應(yīng)用，尤其是電噴霧電離（ESI）技術(shù)和基質(zhì)輔助激光解吸電離（MALDI）技術(shù)獲得2002年諾貝爾獎(jiǎng)之后，質(zhì)譜技術(shù)在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用迅速拓展。今天，質(zhì)譜已經(jīng)成為最重要的分析手段之一。
再帕爾感概道：“這十多年來(lái)，在我國(guó)不管是質(zhì)譜學(xué)會(huì)，還是國(guó)產(chǎn)的質(zhì)譜儀器，都發(fā)生了天翻地覆的變化?！睂①|(zhì)譜技術(shù)作為關(guān)鍵研究手段的學(xué)科領(lǐng)域和科學(xué)家越來(lái)越多、越來(lái)越備受關(guān)注，質(zhì)譜的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。很多科研與應(yīng)用領(lǐng)域都在使用質(zhì)譜技術(shù)，從把質(zhì)譜作為常用的檢測(cè)手段到今天已經(jīng)把質(zhì)譜作為重要的研究手段；從化學(xué)化工、醫(yī)學(xué)醫(yī)藥領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)展到臨床、航天等許多新的領(lǐng)域?？梢赃@么說(shuō)，質(zhì)譜現(xiàn)在發(fā)揮“頂天立地”的作用。因此，中國(guó)質(zhì)譜經(jīng)歷了從開(kāi)始認(rèn)識(shí)、個(gè)別單位引進(jìn)、到成為常用的檢測(cè)手段、再到普遍使用、最后發(fā)揮重要作用的飛躍變化。
從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，十五年以前，中國(guó)的科研人員都是用進(jìn)口的儀器來(lái)開(kāi)展研究。近年來(lái)，大家非常關(guān)注新技術(shù)新方法的研發(fā)，在積極推動(dòng)質(zhì)譜儀器與裝置的自主研發(fā)。在應(yīng)用方面，最初是用質(zhì)譜檢測(cè)后做一些圖譜解析，現(xiàn)在通過(guò)發(fā)展質(zhì)譜新技術(shù)與方法，積極推廣到單細(xì)胞組學(xué)、代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、臨床等很多領(lǐng)域，并不斷拓展質(zhì)譜的應(yīng)用。
期待源頭創(chuàng)新
再帕爾談到對(duì)國(guó)產(chǎn)質(zhì)譜的期待時(shí)說(shuō)：過(guò)去我們主要以引進(jìn)進(jìn)口質(zhì)譜儀為主，近十多年來(lái)，國(guó)家高度重視科學(xué)儀器的自主研制工作，科技部和國(guó)家自然基金委設(shè)置了儀器研發(fā)的項(xiàng)目，國(guó)內(nèi)很多老質(zhì)譜人和青年歸國(guó)的人才都開(kāi)始注重發(fā)展新技術(shù)新裝置，近年來(lái)取得非常大的進(jìn)步?，F(xiàn)在，對(duì)于科學(xué)儀器的研制，科技部設(shè)有儀器開(kāi)發(fā)專(zhuān)項(xiàng)，自然基金委有1000萬(wàn)以上的重大研制專(zhuān)項(xiàng)，也有1000萬(wàn)以下自由申報(bào)的項(xiàng)目。這些項(xiàng)目的設(shè)立，激發(fā)了許多原來(lái)側(cè)重于做應(yīng)用的科技人員，開(kāi)始關(guān)注儀器研制和創(chuàng)新，其中質(zhì)譜儀器和裝置的研制是一大重點(diǎn)。質(zhì)譜研發(fā)企業(yè)也從原來(lái)的寥寥幾家發(fā)展到現(xiàn)在百花齊放，都在推動(dòng)我國(guó)質(zhì)譜儀器的進(jìn)步。
在國(guó)產(chǎn)質(zhì)譜取得可喜進(jìn)步的同時(shí)，再帕爾也對(duì)國(guó)產(chǎn)質(zhì)譜提出了一些期待。目前在質(zhì)譜儀研制的關(guān)鍵核心技術(shù)和許多方向上，國(guó)產(chǎn)質(zhì)譜還是以跟蹤、仿制為主，這在發(fā)展初期是必要的。但是今后，國(guó)產(chǎn)質(zhì)譜應(yīng)該邁向源頭的原理創(chuàng)新，要認(rèn)真思考如何實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)。
如何源頭創(chuàng)新
國(guó)外質(zhì)譜企業(yè)已有數(shù)十年甚至上百年的技術(shù)積累和基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)，我們只是跟隨將很難超越，因此需要思考與謀劃源頭原理的創(chuàng)新和面向未來(lái)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)，再帕爾提出了幾點(diǎn)思路。
首先，除了需要滿足現(xiàn)有市場(chǎng)需要的廣譜型質(zhì)譜外，近期人工智能備受關(guān)注，可考慮結(jié)合人工智能等學(xué)科，發(fā)展一些功能專(zhuān)用型或者小型化的儀器。因?yàn)樵诤芏鄳?yīng)用領(lǐng)域，都期待更快、更高效、更靈敏、更高分辨的質(zhì)譜。有時(shí)候上述特點(diǎn)會(huì)集成于一臺(tái)儀器上，也有時(shí)候只需發(fā)揮個(gè)別特點(diǎn)。通過(guò)上述思路，有可能進(jìn)行源頭創(chuàng)新。
其次，離子化技術(shù)可能是一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。目前質(zhì)譜仍然有很多問(wèn)題沒(méi)有解決，比如質(zhì)譜離子化技術(shù)，現(xiàn)在沒(méi)有一種離子化技術(shù)或離子源可以對(duì)所有化合物同時(shí)實(shí)現(xiàn)離子化，而需要根據(jù)化合物的不同性質(zhì)采用不同的離子源，這就限制了質(zhì)譜技術(shù)的高效全面分析。假如有一種離子源能夠使所有樣品及不同性質(zhì)的化合物同時(shí)離子化，將是重大的源頭創(chuàng)新。
第三，多學(xué)科交叉聯(lián)合攻關(guān)。研制先進(jìn)且面向未來(lái)的質(zhì)譜儀器，實(shí)現(xiàn)更快、更高效、更靈敏、更高分辨的質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展，單靠分析化學(xué)家是不夠的，還需要數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家甚至生物信息學(xué)、人工智能等領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者，與分析化學(xué)家一起組成多學(xué)科交叉聯(lián)合攻關(guān)的研發(fā)隊(duì)伍，更有利于發(fā)展出新原理的質(zhì)譜儀。
美好希冀 永遠(yuǎn)發(fā)光
2020-2023年中國(guó)質(zhì)譜學(xué)術(shù)大會(huì)由中國(guó)物理學(xué)會(huì)質(zhì)譜分會(huì)聯(lián)合中國(guó)化學(xué)會(huì)質(zhì)譜分析專(zhuān)業(yè)委員會(huì)和中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)分析儀器分會(huì)主辦。在此，再帕爾教授對(duì)大會(huì)召開(kāi)和學(xué)會(huì)發(fā)展提出了美好期望。
質(zhì)譜大會(huì)從原來(lái)二三百人參會(huì)發(fā)展到現(xiàn)在的兩三千人，它的未來(lái)發(fā)展非常寬廣、非常具有生命力。首先，質(zhì)譜具有市場(chǎng)大、前景好、應(yīng)用寬的特點(diǎn)，期望能借此機(jī)會(huì)和未來(lái)發(fā)展前景，加快整合相關(guān)學(xué)會(huì)、協(xié)會(huì)力量和不同領(lǐng)域的科技人員，盡快實(shí)現(xiàn)一級(jí)質(zhì)譜學(xué)會(huì)的成立。其次，年輕人是未來(lái)的希望，現(xiàn)在有很多優(yōu)秀的青年人才，期望他們能再接再厲，早日實(shí)現(xiàn)質(zhì)譜創(chuàng)新和領(lǐng)先。
再帕爾曾擔(dān)任過(guò)三屆中國(guó)物理學(xué)會(huì)質(zhì)譜分會(huì)的副理事長(zhǎng)，并曾任中國(guó)化學(xué)會(huì)質(zhì)譜分會(huì)的二屆副主任委員，作為質(zhì)譜學(xué)會(huì)長(zhǎng)期的組織者之一，再帕爾深情說(shuō)道：“我作為一名老質(zhì)譜人，是在前輩們的扶持指導(dǎo)下成長(zhǎng)起來(lái)的，未來(lái)期望能發(fā)揮我的微薄之力和余熱，為質(zhì)譜發(fā)展繼續(xù)貢獻(xiàn)力量?！?/p>
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