ICP-MSに結合した単一細胞焦点/毛細血管電気泳動によるHEPG2細胞におけるAS（III）の細胞変換の追跡

金属の細胞代謝は、その潜在的な細胞毒性や細胞保護機構を解明するために非常に重要です。この研究では、単一細胞集束用に、高いサンプリング効率と優れた集束性能を備えた非対称蛇行マイクロ流体デバイス (ASMD) を開発しました。ASMD と ICP-MS を組み合わせることで、単一細胞アッセイで HepG2 細胞による三価ヒ素 (As(III)) の取り込みに関する情報が得られます。これにより、細胞内ヒ素分布の不均一性が明らかになり、単一 HepG2 細胞におけるヒ素除去挙動が解明されます。さらに、HepG2 細胞における As(III) の代謝と形質転換を、ICP-MS を用いたハイフネーションキャピラリー電気泳動 (CE) 分離によって追跡しました。単一細胞分析およびヒ素除去速度論の結果は、ヒ素除去の半減期が 0.9 ± 0.04 時間、除去定数 0.77 ± 0.03 であること、つまり、HepG2 細胞に蓄積されたヒ素の 77% が 1 時間あたり除去される可能性があることを示しました。さらに、アルセノベタイン (AsB) は、HepG2 細胞における As の主要な代謝産物および生体内変換種であることが確認されました。ASMD-ICP-MS および CE-ICP-MS は、単一細胞内の金属または金属薬物の運命を追跡し、その代謝経路と変換挙動を包括的に理解するのに強力です。

The cellular metabolism of metals is highly critical to elucidate their potential cytotoxicity or cell protection mechanism. In this work, an asymmetric serpentine microfluidic device (ASMD) with high sampling efficiency and excellent focusing performance was developed for single-cell focusing. ASMD coupling with ICP-MS ensures single-cell assay to provide the information for trivalent arsenic (As(III)) uptake by HepG2 cells, which reveals the heterogeneity of cellular arsenic distribution, and elucidates the arsenic elimination behaviors in single HepG2 cells. Further, the metabolism and transformation of As(III) in HepG2 cells was tracked by hyphenating capillary electrophoresis (CE) separation with ICP-MS. The results for single-cell analysis and arsenic elimination kinetics illustrated that the half-life of arsenic elimination is 0.9 ± 0.04 h with the elimination constant of 0.77 ± 0.03, i.e., 77% of accumulated As in HepG2 cells may be eliminated per hour. Moreover, arsenobetaine (AsB) was identified to be the main metabolite and biotransformation species of As in HepG2 cells. ASMD-ICP-MS and CE-ICP-MS are powerful for tracking the fate of metals or metal drugs in single cells to comprehensively understand their metabolic pathway and transformation behaviors.