在药物研发过程中，临床前药代动力学（PK）中的组织分布研究揭示了药物在靶器官与非靶器官的变化情况，是评估药物靶向性、预测疗效、揭示潜在组织蓄积的关键环节[1]。为了定量测定药物及其代谢物在组织中的浓度，液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）等技术已成为行业中的金标准。
然而，一个至关重要的前置步骤——组织匀浆（tissue homogenization）却常被忽视。组织匀浆是将采集的器官或组织样本转化为可供分析使用的均质液体的过程。匀浆方法的选择、操作细节的控制，直接影响目标分析物的稳定性、提取效率及分析结果的精密度和准确度。本文将对比主流匀浆技术，剖析不同样本需求和组织特性带来的差异，详述匀浆流程中的关键质控点。
图1. 药物在体内的ADME过程[1]
通常，从分析角度而言，基于组织匀浆分析（破坏性定量/定性）的方法常使用液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）；基于放射性分析（定量/定性、空间分布）的方法常使用定量全身放射自显影（quantitative whole-body autoradiography, QWBA）；基于荧光成像/化学成像分析的方法常使用定性的活体成像（in vivo imaging）。
匀浆方式对比：原理、优缺点与应用场景
组织样品的破碎是分离和/或定量RNA、DNA、蛋白质和分析物过程中的早期步骤。化学和机械/物理方法都可用于组织破碎，对于生物组织样本，通常采用机械破碎方式。样品处理过程的主要关注点包括：选择合适的匀浆介质、温度控制、使用合适的匀浆设备、避免污染以及适当的离心处理等。不同匀浆方式的原理与适用场景具体分析如表1所示。
表1. 不同匀浆方式的优缺点及其适用场景
匀浆方式 | 优点 | 缺点 | 适用组织类型 | 温度控制 | 潜在风险 | 推荐指数 |
手工匀浆 | 简单 | 效率低、重现性差、产热、难处理坚韧组织、污染风险高 | 软组织（脑、肝等） | 差 | 高 | 不推荐 |
高速机械匀浆 | 效率高、 速度快、 适用性广 | 产热严重（需严格控温）、噪音大、可能存在飞溅与交叉污染 | 软组织（脑、肝等）与硬组织（肌肉、心、肺、肿瘤等） | 需冰浴 | 低 | *** |
球磨式 匀浆 | 效率极高、低温操作、高通量、 封闭系统 | 珠子可能吸附、剧烈过程可能释放干扰物 | 软组织（脑、肝等）与硬组织（肌肉、心、肺、肿瘤等） | 可选 （基于仪器） | 低 | ***** |
超声破碎 | 适用于细胞/柔软组织 | 产热、对大块组织效果差、可能降解化合物、重现性依赖 | 细胞悬液、 非常软的组织 | 需冰浴/间断操作 | 中 | ** |
注：推荐指数基于不同匀浆方式的优缺点对比
生物分析需求驱动的匀浆后处理
匀浆本身并非终点，而是为后续分析（如LC-MS/MS，酶联免疫吸附测定等）做准备的必要步骤。不同的分析目标和样本特性，要求差异化的匀浆后处理策略：
LC-MS/MS：该分析检测方法对样品基质效应（matrix effect）高度敏感，匀浆产生的脂质、蛋白质碎片等若去除不彻底，会抑制或增强离子化效率，导致定量不准。因此，匀浆后的离心步骤至关重要，有时还需进一步的样品净化（如蛋白沉淀、SPE）。匀浆介质的选择应尽量与后续提取溶剂兼容，以减少干扰。
ELISA：酶联免疫吸附测定（ELISA）作为一种快速、灵敏、准确的免疫学检测方法，其检测指标众多。肝脏、肾脏、脑等组织含有的蛋白质复杂多变，组织块的大小、蛋白提取效率会造成样本间蛋白含量的差异。因此，对于以收集目标蛋白为目的的样本处理，需格外关注操作过程的温和性及样本储存条件，尤其应避免反复冻融，以减少对检测准确性的影响。
匀浆介质的选择
介质的选择是匀浆策略的核心决策之一，不同介质具有不同的功能定位。
缓冲液（PBS、Tris-HCl、磷酸盐缓冲液等）：维持pH稳定，减少因pH变化导致的化合物降解或离子态改变。可添加特定成分（如EDTA螯合金属离子、氟化钠抑制酶）。
有机溶剂（乙腈、甲醇）：能迅速沉淀蛋白质、灭活酶，有效终止代谢和降解。尤其适用于肝脏等代谢活跃器官或不稳定化合物的分析。缺点：可能改变组织形态学，使后续离心后沉淀更紧密或上清液含更多颗粒，需优化离心条件，同时需注意有机溶剂挥发。
酸化溶液（如含甲酸、三氟乙酸的水或缓冲液）：有助于稳定碱性药物（减少与容器的吸附），抑制某些酶活性。
含蛋白酶抑制剂/磷酸酶抑制剂的缓冲液：当分析的目标物包含蛋白质、多肽或磷酸化蛋白时，需防止其被内源性酶降解。
稀释因子：匀浆时加入介质的体积决定了组织的稀释程度。过高的稀释度可能使药物浓度低于检测限（尤其对于分布浓度低的组织如肌肉）；过低的稀释度则可能导致匀浆液过于粘稠或离心后上清液不澄清。需根据预期浓度范围、组织量和分析方法灵敏度进行优化。
不同组织的特异性匀浆策略
生物组织并非均质材料，不同器官的结构、组成和生化特性迥异，对匀浆提出了不同的挑战（如表2所示）。由此可见，“一刀切”的匀浆策略不可取，必须针对不同组织的特性“量体裁衣”，才能保证分析物的有效释放和稳定。
表2. 不同组织的匀浆挑战与应对策略
组织分类 | 难点 | 策略 |
高脂溶性组织（脂肪、脑） | 脂肪组织难以均质化，药物（尤其是亲脂性药物）可能强烈结合于脂肪或脑组织的脂质双分子层中 | 低温操作至关重要（防止脂肪融化） 匀浆介质中加入适量有机溶剂助力结合药物的释放 |
高纤维化/致密组织（肌肉、心脏、皮肤） | 肌纤维束和结缔组织使其极难破碎 | 预先将组织碎化处理，选择更高强度的设备 |
富含酶的组织（肝脏、肾脏） | 器官代谢活性极高，药物可能在匀浆过程中被迅速降解或转化 | 严格低温（冰浴）下操作；匀浆介质应选择能立即抑制酶活性的缓冲液 |
富含血细胞的组织（肝、脾脏） | 含有大量血细胞，血红蛋白可能干扰分析 | 匀浆前可尝试用生理盐水灌洗或冲洗组织；匀浆后充分离心去除细胞碎片 |
坚硬的组织（骨骼） | 组织硬度高，难以匀浆 | 可使用特殊设备，如冷冻研磨机进行处理，在液氮低温下将骨骼粉碎 |
案例分享
以下案例展示了不同匀浆方式对分析结果的影响，进一步说明标准化操作在质量管理体系中的重要性。研究人员比较了两种自动化匀浆技术与主流使用的手持式转子匀浆方法，通过分析组织均质化程度（如颗粒细度、均匀性）与关键蛋白质的提取丰度，综合评估了这三种方法在组织匀浆质量上的表现（组织类型：肝脏和脑；匀浆液：100 mM Tris-HCI，pH为7.6）[2, 3]。
图2. 匀浆操作实验流程[3]
图3. 不同仪器均质化处理后总蛋白情况与蛋白丰度分析[3]
实验结果表明，三种方式均可获得可接受的总蛋白提取量。但从蛋白质丰度测试结果对比来看，不同方式对同一蛋白提取量存在显著差异。针对蛋白质、核酸和小分子分析的研究，通常从匀浆步骤开始，以释放目标分析物。越来越多的数据表明，实验变异性和分析灵敏度在很大程度上取决于匀浆过程中分析物萃取效率的差异。
结语
组织匀浆是连接体内药物分布现象与体外定量检测的桥梁，其质量决定了研究人员“看到”的数据是否真实反映了药物在体内的实际情况。本文系统梳理了主流匀浆技术的优劣与适用场景，强调了基于分析目标（药物/代谢物稳定性、分析技术需求）和组织特性（脂溶性、纤维化、酶含量）进行差异化处理的必要性，并详细阐述了匀浆过程中温度控制、介质选择、设备适用性、污染防控和离心条件等关键质控点。
药明康德DMPK始终将项目质量与执行效率视为核心生命线，在长期实践中，我们建立了标准化的匀浆操作流程（SOP）和严格的质量控制体系，针对不同组织类型和分析目标，优先匹配最佳的匀浆方法，并全程监控温度、介质、离心等关键参数，确保每一份组织样本都能转化为稳定、可靠的数据，为客户的药物研发决策提供坚实可信的基石。
作者：焦桴荣、汤城
编辑：富罗娜·克里木、钱卉娟
设计：张莹莹
药明康德DMPK依托中国（上海、苏州、南京和南通）和美国（新泽西）的研发中心，提供从早期筛选、临床前开发、到临床研究阶段的综合型药代动力学服务，助力您快速推进药物研发流程。拥有上千人的研发团队，服务超1600家全球客户，具有超过十五年的新药申报经验，已成功支持超过1800个新药临床研究申请（IND）。
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参考
[1] Pharmacokinetics (ADME): an overview. http://pharmacologymentor.com/?s=Pharmacokinetics+%28ADME%29%3A+an+overview.
[2] Piehowski PD, Petyuk VA, Orton DJ, Xie F, Moore RJ, Ramirez-Restrepo M, Engel A, Lieberman AP, Albin RL, Camp DG, Smith RD, Myers AJ. Sources of technical variability in quantitative LC-MS proteomics: human brain tissue sample analysis. J Proteome Res. 2013 May 3;12(5):2128-37.
[3] Evaluating the Efficacy and Reproducibility of Automated Homogenization Technologies.
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