GC/MSD, GC/MS/MS, GC/HRMS, GC/Q-TOF, GC/API/MS, LC/TOF, LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS
ZaměřeníPotraviny a zemědělství
VýrobceWaters
Význam tématu
Komplexní chemické mapování odrůd konopí je klíčové pro zabezpečení konzistentní kvality a účinnosti produktů využívaných v medicíně i průmyslu. Analytické rozlišení kanabinoidů a terpenů umožňuje nejen ověřit obsah hlavních účinných látek, ale i odhalit vedlejší či méně známé složky, které mohou ovlivnit farmakologický účinek či senzorické vlastnosti. Současné trendy ve farmaceutické a potravinářské praxi vyžadují rychlé, citlivé a spolehlivé metody schopné zpracovat velké množství vzorků s minimálními zásahy operátora.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem studie bylo demonstrovat workflow pro cílené i necílené (targeted i non-targeted) screenování a odlišení 18 konopných kultivarů (včetně průmyslového konopí) pomocí kombinace UPLC-TOF-MS a APGC-TOF-MS. Studie sledovala:
- vyvinutí a validaci extrakčních protokolů pro kanabinoidy a terpeny,
- vytvoření vlastní databáze přesných hmotností, fragmentů a retenčních časů,
- využití multivariační analýzy (PCA) k diferenciaci odrůd,
- identifikaci známých i neznámých markerů a jejich relativní kvantifikaci.
Použitá metodika a instrumentace
Pro extrakci kanabinoidů: 0,1 g homogenizovaného květu konopí ve 5 mL acetonitrilu, následuje homogenizace, odstřeďování a ředění 1:10.
Pro extrakci terpenů: 0,1 g materiálu ve 5 mL ethylacetátu, sonikace, odstřeďování a přenos do autosampler lahviček.
Separace a detekce:
- UPLC: ACQUITY UPLC I-Class s kolonnou CSH Phenyl-Hexyl 2,1×100 mm, gradient 45–1 % vody s 0,1 % FA/ACN s 0,1 % FA, průtok 0,6 mL/min, teplota 30 °C.
- APGC-GC: Agilent 7890B + 7693A, kolona Restek Rxi-5MS 20 m×0,18 mm×0,18 µm, helium 0,4 mL/min, injekce 1 µL split 20:1, program 40 °C→325 °C.
- Mass spektrometrie: Xevo G2-XS QToF MS, ESI+ (100–1200 Da) a APGC+ (40–500 Da) v režimu MSE, sběr přesných hmotností prekurzorů i fragmentů.
Software: MassLynx 4.2 pro akvizici, Progenesis QI pro zpracování dat a tvorbu databáze, EZinfo pro rozšířené multivariační analýzy.
Hlavní výsledky a diskuse
PCA UPLC-MS dat odlišila průmyslové konopí (vysoké CBD, nízký D9-THC) od D9-THC bohatých odrůd. Bez průmyslového konopí dále jednotlivé odrůdy segregovaly podle obsahu THCA, THCV, CBG, CBGA a dalších kanabinoidů. Vrámci necílené analýzy byl objeven neznámý marker 9,20 min/374,2463 Da s významnou expresí v odrůdě Josh D OG, navržené složení C23H34O4.
PCA APGC-MS dat ukázala skupiny odrůd s příznaky monoterpenů (β-pinene, terpinoleny, ocimeny) a seskviterpenů (caryophyllene oxide, humulene). Korelační analýza prokázala shody profilů β-pinenu, myrcenu a α-pinenu v odrůdách HumP, HeadB, LOGH, SourH.
Přínosy a praktické využití metody
Workflow nabízí:
- vysokou selektivitu a jistotu identifikace díky souběžnému sběru prekurzorových i fragmentačních dat,
- široké pokrytí roztodivných kanabinoidů a terpenů,
- možnost cíleného i necíleného screenování s jednoduchou tvorbou knihoven,
- různorodé nástroje pro vizualizaci a multivariační interpretaci trendů a markerů,
- potenciál pro rutinní QA/QC, výzkumné studie i vývoj nových kultivarů.
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se další rozšíření databází o nové kanabinoidy a terpeny, implementace kontrolovaného pěstebního prostředí pro omezení biologické variability a integrace chemotypování s genotypovými daty. Automatizace extrakce a zpracování dat a propojení s pokročilými LIMS systémy umožní zpracování větších souborů vzorků s vyšší efektivitou.
Závěr
Popsané workflow pro UPLC-TOF-MS a APGC-TOF-MS s podpůrnou softwarovou sadou Progenesis QI a EZinfo prokázalo schopnost cíleně i necíleně profilovat a odlišovat konopné kultivary na základě kanabinoidních a terpenových fingerprintů. Metoda přináší vysokou analytickou jistotu, flexibilitu v rozšiřování databází a detailní multivariační přístup pro objev nových markerů.
Reference
- Bhat SV, Nagasampagi BA, Sivakumar M. Chemistry of Natural Products. 2005.
- Koltai H, Poulin P, Namdar D. Promoting Cannabis Products to Pharmaceutical Drugs. Eur J Pharm Sci. 2019;132:118–120.
- Izzo AA, Borrelli F, Capasso R, Di Marzo V, Mechoulam R. Non-Psychotropic Plant Cannabinoids: Trends Pharmacol Sci. 2009;30(10):515–527.
- Andre CM, Hausman JF, Guerriero G. Cannabis Sativa: The Plant of the thousand and one molecules. Front Plant Sci. 2016;7:19.
- ElSohly MA, Slade D. Chemical Constituents of Marijuana. Life Sci. 2005;78:539–548.
- Brenneisen R. Chemistry and Analysis of Phytocannabinoids and Other Cannabis Constituents. Marijuana and the Cannabinoids. 2007:17–49.
- Citti C, Linciano P, Russo F, et al. A Novel Phytocannabinoid Isolated from Cannabis Sativa L. Sci Rep. 2019;9:20335.
- Radwan MM, ElSohly MA, Slade D, et al. Biologically Active Cannabinoids from High Potency Cannabis Sativa. J Nat Prod. 2009;72:906–911.
- Citti C, Braghiroli D, Vandelli MA, Cannazza G. Pharmaceutical and Biomedical Analysis of Cannabinoids: A Critical Review. J Pharm Biomed Anal. 2018;147:565–579.
- Lewis MM, Yang Y, Wasilewski E, et al. Chemical Profiling of Medical Cannabis Extracts. ACS Omega. 2017;2:6091–6103.
- Fischedick JT, Hazekamp A, Erkelens T, Choi YH, Verpoorte R. Metabolic Fingerprinting of Cannabis sativa L. Phytochemistry. 2010;71:2058–2073.
- Hazekamp A, Fischedick JT. Cannabis – From Cultivar to Chemovar. Drug Test Anal. 2012;4:660–667.
- Hazekamp A, Tejkalova K, Papadimitriou S. Cannabis: From Cultivar to Chemovar II. Cannabis Cannabinoid Res. 2016;1(1):202–215.
- Berman P, Futoran K, Lewitus GM, et al. A New ESI-LC/MS Approach for Comprehensive Metabolic Profiling of Phytocannabinoids. Sci Rep. 2018;8:14280.
- Russo EB. Taming THC: Potential Cannabis Synergy and Phytocannabinoid-Terpenoid Entourage Effects. Br J Pharmacol. 2011;163:1344–1364.
- Delgado-Povedano MM, Sanchez-Carnerero C, Priego-Capote F. Untargeted Characterisation of Extracts from Cannabis Sativa L. Talanta. 2020;208:120384.
- Elzinga S, Fischedick J, Podkolinski R, Raber JC. Cannabinoids and Terpenes as Chemotaxonomic Markers in Cannabis. Nat Prod Chem Res. 2015;3:4.
- Elzinga S, Raber JC. Standardized analytical methods for cannabinoids and terpenes in cannabis. Nat Prod Chem Res. 2018;6:304.
- Hillig KW. A Chemotaxonomic Analysis of Terpenoid Variation in Cannabis. Biochem Syst Ecol. 2004;32:875–891.
- Fischedick JT. Identification of Terpenoid Chemotypes Among High-THC Producing Cannabis Sativa L. Cannabis Cannabinoid Res. 2017;2:34–47.
- Orser C, Johnson S, Speck MD, Afia I. Terpenoid Chemoprofiles Distinguish Drug-Type Cannabis Sativa L. cultivars in Nevada. Nat Prod Chem Res. 2018;6:304.
- Booth J, Bohlman J. Terpenes in Cannabis Sativa – From Plant Genome to Humans. Plant Sci. 2019;284:67–72.
- Berman P, Futoran K, Lewitus GM, et al. Future of cannabis metabolomics. Sci Rep. 2018;8:14280.
- Navarro G, Varani K, Reyes-Resina I, et al. Cannabigerol Action at Cannabinoid CB1 and CB2 Receptors. Front Pharmacol. 2018;9:632.
- Hao DC, Gu XJ, Xiao PG. Medicinal Plants: Chemistry, Biology and Omics. Phytochem Biol Res Cannabis Pharm Res. 2015;431–464.
- Storey JD, Tibshirani R. Statistical Significance for Genomewide Studies. Proc Natl Acad Sci U S A. 2003;100(16):9440–9445.
- Ibrahim EA, Wang M, Radwan MM, et al. Analysis of Terpenes in Cannabis Sativa L. Using GC/MS. Planta Med. 2019;85:431–438.
- Magagnini G, Grassi G, Kotiranta S. The Effect of Light Spectrum on Morphology and Cannabinoid Content of Cannabis Sativa L. Med Cannabis Cannabinoids. 2018;1:19–27.
- Stevens D, Hudalla CJ, Twohig M, Organtini K. Terpenes in Hemp and Cannabis Determined Using EI GC-MS/MS. Waters Application Note. 2020.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.