在过去的三十年里，质谱成像技术作为一种融合质谱特性与空间信息的研究方法，获得了众多领域内专家和学者的广泛认可。除了在病理学、毒理学、植物研究以及微生物学等多个领域的应用外，该技术在药物有效成分的研究、治疗靶点的发现以及作用机制的阐明方面同样发挥了重要作用。赛默飞推出的MALDI-Orbitrap基质辅助激光解吸电离质谱成像方案在生物医药研究领域深入探索，逐渐成为新药研发和药物评估过程中不可或缺的工具。

2025年1月18日，拜罗伊特大学Andreas Römpp团队在《Nature Communications》上发表了题为“The clinical-stage drug BTZ-043 accumulates in murine tuberculosis lesions and efficiently acts against Mycobacterium tuberculosis”的文章，报道了新型抗生素BTZ-043在IL-13（白细胞介素-13）过表达小鼠（IL-13tg）模型中的显著局部疗效。高分辨率APSMALDI-Orbitrap成像进一步揭示了BTZ-043在细胞区室中的扩散与积累情况，并能够完全穿透坏死中心。这项研究首次可视化了临床阶段结核病药物在类人中心坏死性肉芽肿中的有效渗透、积聚，并对结核分枝杆菌产生了显著抑制作用。

结核病由结核分枝杆菌（Mtb）引起，是一种常见的传染病，全球每年约有1000万人受到影响，2022年造成了130万人的死亡。中心坏死性肉芽肿是人类结核病的组织病理学标志，其结构由富含脂质的非血管化坏死核心组成，周围则为富含泡沫状巨噬细胞的区域，并被纤维囊所包围。在这些坏死病变中，细胞外的Mtb可能处于代谢休眠状态，受免疫系统的保护。由于其复杂结构，药物在这些病变中的扩散可能受到限制。药物穿透坏死性肉芽肿的能力显著影响治疗效果，因此，对抗分枝杆菌候选药物的高效临床前筛选和测试至关重要。

MALDI质谱成像非常适合用于研究组织样本中化合物的定位，并可以同时分析组织切片中内源性和外源性化合物的分布。然而，组织内药物化合物的可靠鉴定需要高分辨率和高质量精度，同时高空间分辨能力能够确保生物组织的准确划分。因此，本研究采用兼具高空间分辨率、高质量分辨率、高质量精度和高灵敏度等多项优点的APSMALDI-Orbitrap系统，以10μm的空间分辨率分析来自IL-13tg小鼠模型中的中心坏死性肉芽肿中的BTZ-043，确定其在病灶中的动态分布。

为明确病变病理与药物分布之间的相关性，研究者从结核分枝杆菌感染的IL-13tg小鼠中（给药后2小时处死）获得肺组织相邻冷冻切片，并进行了H&E染色和高分辨率APSMALDI-Orbitrap成像分析。H&E染色显示出两个明显分层的肉芽肿，其中心为嗜酸性粒细胞坏死。两个肉芽肿都被突出的纤维包膜所包围，在纤维包膜旁发现泡沫状巨噬细胞边缘，其表明低伊红染色强度，但CD68阳性，且富含脂滴，特别与人肉芽肿中的泡沫状巨噬细胞非常相似。MALDI成像结果显示，全组织切片中均可检测到BTZ-043，其在肉芽肿区域的丰度更高。

结合H&E染色结果的分析发现，这种药物主要分布在肉芽肿的纤维囊内，与由泡沫巨噬细胞组成的细胞区室相重合。研究者进一步绘制了药物在肉芽肿区域的渗透曲线，其中肉芽肿边缘位于纤维囊和泡沫状巨噬细胞区域之间。渗透曲线显示，在两个肉芽肿中，该药物在边缘（即巨噬细胞层）强度显著增加，随后向肉芽肿的中心逐渐降低。

为了详细研究药物的时空分布，研究者通过MALDI成像分析了最后一次给药后不同时间点（0.5h、2h、4h、8h）的小鼠肺切片。H&E染色结果显示，坏死中心呈现深紫色，其周围为浅紫色区域，代表由泡沫状巨噬细胞组成的细胞区室。MALDI成像结果显示，最后一次给药后0.5h和2h的BTZ-043分布与先前结果类似，在泡沫巨噬细胞层中强度高于周围组织，坏死中心的强度较低；4h后，药物在肉芽肿中的分布趋于均匀，并完全穿透坏死中心；而在给药后8h，药物仍在细胞隔室和坏死中心中被检测到，且周围组织中的药物强度有所下降，表明BTZ-043在中心坏死性肉芽肿中的滞留时间较长。

总结而言，成功治疗结核病依赖于药物能够完全穿透含有大部分分枝杆菌的中心坏死性肉芽肿，并在其中发挥抗分枝杆菌活性。本研究团队在确定药物最佳治疗剂量和药代动力学参数的基础上，采用了能够形成类人中心坏死性肉芽肿的先进IL-13tg小鼠模型，并结合高分辨MALDI成像技术精确评估药物在组织中的分布和时空变化。本研究创新性地可视化了临床阶段抗结核药物在中心坏死性肉芽肿中的有效渗透与积累，并验证了其病变抑制作用，为BTZ-043补充现有抗生素的能力提供了重要指示。因此，BTZ-043未来将有助于缩短治疗周期，预防结核病复发，并抑制耐药性的发展。APSMALDI-Orbitrap技术在药物研发、临床前药物筛选和疾病研究等领域的应用前景广阔，敬请期待尊龙凯时(中国区)人生就是搏在这一领域的最新进展。