Agilent Posters at ASMS 2017

Význam tématu

Masová spektrometrie a související spektrometricko-chromatografické platformy představují klíčové nástroje současné analytické chemie, využitelné v širokém spektru oblastí od farmaceutického vývoje přes biomarkerový výzkum až po potravinářskou a environmentální analýzu. Hlavními výzvami zůstávají zvýšení průchodnosti (throughput), spolehlivost kvantifikace v komplexních maticích a schopnost detailně charakterizovat proteiny, metabolity i posttranslační modifikace jako je fosforylace.

Cíle a přehled studie / článku

Prezentované příspěvky na konferenci ASMS 2017 představují nové metody a aplikace na platformách Agilent Technologies: od úprav RapidFire systému pro ultrarychlou přímou injekci až po nativní nízkoenergetickou elektronovou ionizaci v GC/Q-TOF, inovativní sorbenty pro odstranění lipidů, konfiguraci UHPLC/Q-TOF pro neznámou metabolomiku a vystavení iontově mobilních technik pro lokalizaci fosforylace. Cílem bylo demonstrovat:

• zvýšení vzorkové propustnosti až na 2,2 s na vzorek a integrace s Triple Quad MS
• vysoce spolehlivé kvantifikace metabolitů (bladder cancer, IEM, čajové kultivary, vitamin D, TB modely)
• nové softwarové postupy pro extrakci 4D dat (m/z, RT, drift, intenzita) a kolizi krychlování pro PTM proteomiku
• efektivní odstraňování lipidů z biologických vzorků pomocí Captiva EMR—Lipid

Použitá metodika a instrumentace

Instrumentace:

• RapidFire 365 HTMS spojený s Agilent 6470/6490 Triple Quadrupole; úpravy rozvodů a konfiguračních souborů pro direct injection módy
• Agilent 1290 Infinity II UHPLC + 6550 iFunnel Q-TOF pro nontargeted metabolomiku
• Agilent 7890B GC + 7250 GC/Q-TOF s nízkoenergetickou EI (12–17 eV) a Fiehn/L/NIST PCDL knihovnami
• Agilent 6460/6490 Triple Quad LC/TQ pro cílenou analýzu 25-hydroxyvitamínu D po přípravě Captiva EMR—Lipid
• UHPLC/Q-TOF a Agilent p180 AbsoluteIDQ Kit pro kvantifikaci 188 endogenních metabolitů
• Agilent 6560 IM-Q-TOF pro iontovou mobilitu, kolizi krychlování a výpočet kolizního povrchu (CCS)

Hlavní výsledky a diskuse

• RapidFire direct injection: dosaženo ~2,2 s/vzorek, lineární odezva R2>0,9997 přes 4 dekády, C.V. 1–2 % v 1 920 replikách; rychlá výměna módu za 5 min.
• AOX1 a xenobiotická metabolomika v rakovině močového měchýře: pokles AOX1 v pokročilých stádiích, změny metabolitů přidružených k AOX1, metylací zprostředkovaná suprese.
• SNO-proteomika Shank3-KO autism modelu: detekce více než 200 S-nitrosovaných proteinů, zvýšená fosforylace Synapsinu-1 a CREB kvůli SNO-kalkineurinu.
• Metabolomika čajových kultivarů: UHPLC-Q-TOF odhalila rozdělení 10 kultivarů na green vs. black tea podle obsahu aminokyselin a glykosidů flavonoidů vs. katechinů a fenolických kyselin.
• Metabolomika IEM (MCAD, MSUD): platforma MPP/Profinder přinesla korektní detekci alloisoleucinu a C6–C10 acylkarnitinů, odhalení nových potenciálních markerů.
• Target p180 kit v BCa: identifikovány rozdíly v lysoPC/PC profilech mezi AA a EA pacienty, zvýšená exprese PLA1A a LRAT propojena s lipidovou reprogramací.
• GC/Q-TOF při studiu TB modelu: změny profilech aminokyselin, nukleobází a pozorování kumulace itakonové kyseliny jako markéru makrofágové odpovědi.
• Vitamin D metodika: Captiva EMR—Lipid odstranění >99 % fosfolipidů umožnilo robustní kvantifikaci 25-OH D2/D3 v séru s LLOQ 10 ng/mL, interdenní C.V.<5 %.
• Eucalyptus pod stresy CO2 a teploty: RPLC a PFP LC-MS identifikovaly 70 metabolitů, změny v syntéze škrobu a dráze fenylpropanoidů závislé na podmínkách.
• Phosphopeptidové studie IM-MS: kolizní povrchy umožnily rozlišit izomerické pozice fosforylace v přípravku PhosphoMix; 4D extrakce přináší konformačně šetrnou fragmentaci.

Přínosy a praktické využití metody

• Zvýšení throughput a snížení nároků na automatizaci při primárních screens.
• Vysoká citlivost a reproducibilita kvantifikace metabolitů a vitamínů ve farmaceutickém výzkumu a klinických studiích.
• Možnost odhalení nových biomarkerů pro dědičné metabolické poruchy, rakovinu či infekční onemocnění.
• Schopnost mapovat posttranslační modifikace s poziční přesností díky IM-MS.
• Inovativní sorbenty Captiva EMR—Lipid pro univerzální vzorkovou přípravu.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace ultrarychlých injekčních modulů s HRMS pro kontinuální screening a AI-poháněnou analýzu.
• Vyšší rozlišení IM-MS pro detailní studium proteinových konformací a PTM mapování.
• Rozšíření EMR sorbentů na komplexní matrice (potraviny, biologické tekutiny, environmentální vzorky).
• Rozvoj místních metabolomických databází a on-line kolizních knihoven pro rychlejší identifikaci neznámých.
• Multiplatformní přístupy kombinující LC-MS, GC-MS a IM-MS pro holistický pohled na metabolomické i proteomické změny v biomedicíně.

Závěr

Prezentované techniky ukazují, že moderní MS platformy nabízejí synergii vysokého rozlišení, rychlosti a selektivity. Jejich uplatnění v kombinaci s pokročilou vzorkovou přípravou a výkonným SW pro 4D data mining otevírá nové možnosti v automatizovaném screeningu, studiu PTM a neznámé metabolomice v akademickém i průmyslovém prostředí.

Reference

1. Strelko CL et al. A J Am Chem Soc 2011, 133(41):16386–16389.
2. Ferlay J et al. Int J Cancer 2010, 127(12):2893–2917.
3. Marsit CJ et al. Carcinogenesis 2006, 27(6):112–116.
4. Goodacre R et al. Trends Biotechnol 2004, 22(5):245–252.
5. L Zhao, D Lucas. Agilent Application Notes 5991-7956EN, 5991-8007EN, 2017.