北京同步輻射裝置X射線熒光站助力基于人工智能技術(shù)的金屬組學(xué)研究取得系列進(jìn)展

金屬組學(xué)（metallomics）是系統(tǒng)研究生命體內(nèi)所有金屬/類金屬元素含量、形態(tài)、分布、結(jié)構(gòu)與功能的一門新興學(xué)科。X射線熒光光譜技術(shù)（XRF）是一種優(yōu)異的多元素、微損測(cè)定技術(shù)，無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行前處理即可開展多元素定性和定量分析，是金屬組學(xué)研究最有力的工具之一。傳統(tǒng)的XRF譜圖采樣通常需要幾秒甚者十幾秒，北京同步輻射裝置（BSRF）X射線熒光微分析實(shí)驗(yàn)站（4W1B）基于高通量粉光50微米聚焦模式發(fā)展的XRF快速采譜技術(shù)（飛掃技術(shù)），不僅將采樣時(shí)間縮短至毫秒級(jí)，有力提升了樣品測(cè)量效率，而且降低了元素檢出限，大大提高了元素測(cè)量的靈敏度。

此前，多學(xué)科研究中心李玉鋒研究員等人利用上述飛掃技術(shù)，建立了基于同步輻射X射線熒光光譜（SRXRF）的空間金屬組學(xué)（spatial metallomics）方法，為解析恩施碎米薺的富硒機(jī)制提供了有力支持，相關(guān)成果發(fā)表于Journal of Agricultural and Food Chemistry雜志（2023, 71, 2568）。最近，他們與相關(guān)團(tuán)隊(duì)合作，利用SRXRF及人工智能技術(shù)，建立了非靶金屬組學(xué)（Non-targeted metallomics，NTM）方法，成功用于疾病及新污染物毒性篩查。

肺結(jié)節(jié)是指肺部影像上各種大小、邊緣清楚或模糊、直徑小于等于3cm的局灶性圓形致密影，包括良性和惡性兩種，其中未經(jīng)治療的惡性肺結(jié)節(jié)可發(fā)展為肺癌。因此，有必要發(fā)展快速鑒別良、惡性肺結(jié)節(jié)的方法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)肺癌的早期篩查和治療。目前組織病理學(xué)檢查是診斷良、惡性肺結(jié)節(jié)的金標(biāo)準(zhǔn)，但該法具有侵入性、且耗時(shí)費(fèi)力。發(fā)展更有效、破壞性更小的良、惡性肺結(jié)節(jié)診斷方法仍然是一個(gè)迫切的臨床需求。中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所李玉鋒研究員、陳棟梁研究員與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)王偉教授、安徽醫(yī)科大學(xué)王欣教授以及安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院李超副主任醫(yī)師合作，利用上述基于SRXRF和人工智能技術(shù)的NTM方法，通過血液快速區(qū)分良、惡性肺結(jié)節(jié)，預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)96.7%，相關(guān)工作發(fā)表于Environment & Health雜志（2024，DOI：10.1021/envhealth.4c00124）。與前人發(fā)展的利用血液代謝組或蛋白質(zhì)組差異區(qū)分良、惡肺結(jié)節(jié)等方法相比，本法具有操作簡(jiǎn)單、分析速度快等優(yōu)勢(shì)。該法也已用于癌癥、急性心肌梗死等疾病以及微納米塑料毒性篩查。

上述相關(guān)成果已編入最近出版的《Applied Metallomics》（Wiley, 2024）一書，該書是多學(xué)科研究中心金屬組學(xué)研究團(tuán)隊(duì)繼《Nuclear Analytical Techniques for Metallomics and Metalloproteomics》（RSC, 2010）、《金屬組學(xué)》（科學(xué)出版社，2016）后第三本金屬組學(xué)專著，為金屬組學(xué)的發(fā)展貢獻(xiàn)了中國(guó)力量。