A Multidimensional Lipidomics Method: HILIC Coupled with Ion Mobility Enabled Time-of-Flight Mass Spectrometry

Význam tématu

Multidimenzionální lipidomika je klíčová pro pochopení role lipidů ve fyziologii i patologii. Tradiční chromatografické techniky nedokážou dostatečně rozlišit široké spektrum lipidových druhů v komplexních biologických vzorcích. Kombinace HILIC-UPLC separace, iontové mobility a ToF MS přináší víceúrovňové rozlišení podle polarity, tvaru molekuly a přesné hmotnosti, což významně zvyšuje hloubku a přesnost lipidového profilování.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo zavést a otestovat metodiku využívající Waters Omics Research Platform (ACQUITY UPLC, SYNAPT G2-S HDMS) ve spojení s TransOmics a HDMS Compare softwarem pro multidimenzionální charakterizaci lipidů. Autoři demonstrovali schopnost rozlišit lipidové třídy i isobarické a koelutující složky v extraktech z mozku, srdce a jater buvola.

Použitá instrumentace

• ACQUITY UPLC BEH HILIC 2.1×100 mm, 1,7 µm
• ESI zdroj pro pozitivní a negativní režim
• SYNAPT G2-S HDMS (iontová mobilita s T-Wave)
• Tof hmotnostní analyzátor s režimem HDMSE
• TransOmics Informatics a HDMS Compare software

Použitá metodika

Vzorky obsahovaly standardy Avanti Polar Lipids a celkové lipidové extrakty z mozku, srdce a jater buvola. HILIC gradient používal kombinaci 10 mM acetátu amonného v 95 % a v 50 % acetonitrilu (pH 8,0). Separace probíhala při 0,5 mL/min, sloupcová teplota 30 °C. MS analýzy v režimu HDMSE střídaly nízkou (6 V) a vysokou kolizní energii (20–35 V). Iontová mobilita probíhala v dusíkové náplni se specifickými parametry T-Wave. Data zpracována v TransOmics a HDMS Compare.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda poskytla:

• Rozdělení lipidových tříd dle polarizace v HILIC, s reprodukovatelnými retenčními časy.
• Oddělení isobarických a koelutujících lipidů v iontové mobilitě na základě driftových časů (Ω).
• Čisté fragmentační spektra získaná v HDMSE, umožňující současné získání prekurzorových a produktových iontů.
• Multidimenzionální mapy kombinující retenční časy, driftové časy, m/z a intenzitu, ilustrující složitost lipidomů z mozku, srdce i jater.
• Porovnání vzorků pomocí HDMS Compare a TransOmics, zvýrazňující odlišnosti lipidových profilů a usnadňující statistickou analýzu.

Přínosy a praktické využití metody

Metodika umožňuje detailní exploraci lipidových biomarkerů v biomedicínských, farmaceutických i průmyslových aplikacích. Umožňuje odhalit nízce zastoupené nebo koelutující složky, zvyšuje citlivost a spolehlivost kvantifikace a podporuje rychlou analýzu velkého množství vzorků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s dalšími omickými platformami pro holistické pohledy na metabolomické sítě.
• Využití pokročilých iontových mobilitních technologií (FAIMS, TIMS) pro vyšší rozhodovací schopnost.
• Aplikace v klinické lipidomice pro personalizovanou medicínu a metabolické profilování pacientů.
• Rozvoj databází driftových časů a strojového učení pro automatizovanou identifikaci lipidů.

Závěr

Kombinace HILIC-UPLC, iontové mobility a HDMSE ToF MS představuje vysoce výkonnou multidimenzionální platformu pro komplexní lipidomické analýzy. Metoda přináší vyšší separační kapacitu, přesnější identifikaci a kvantifikaci lipidů a efektivní nástroje pro porovnání biologických vzorků.

Reference

1. Rainville PD, Stumpf CL, Shockcor JP, Plumb RS, Nicholson JK. Novel Application of Reversed-Phase UPLC-oaTOF-MS for Lipid Analysis in Complex Biological Mixtures: A New Tool for Lipidomics. J Proteome Res. 2007 Feb;6(2):552-8.
2. Lísa M, Cífková E, Holčapek M. Lipidomic profiling of biological tissues using off-line two-dimensional high-performance liquid chromatography-mass spectrometry. J Chromatogr A. 2011 Aug 5;1218(31):5146-56.
3. Isaac G, McDonald S, Astarita G. Lipid Separation: UPLC System for the Separation of Complex Biological Total Lipid Extracts. Waters Application Note 720004107en. 2011.
4. Netto J, Wong S, Ritchie M, Torta F, Narayanaswamy P. A Definitive Lipidomics Workflow for Human Plasma Utilizing Off-line Enrichment and Class Specific Separation of Phospholipids. Waters Application Note 720004521en. 2012.
5. Nie H, Liu R, Yang Y, Bai Y, Guan Y, Qian D, Wang T, Liu H. Lipid profiling of rat peritoneal surface layers by online normal- and reversed-phase 2D LC QToF-MS. J Lipid Res. 2010 Sep;51(9):2833-44.
6. Netto JD, Wong S, Ritchie M. High Resolution Separation of Phospholipids Using a Novel Orthogonal Two-Dimensional UPLC/QTof MS System Configuration. Waters Application Note 720004546en. 2013.
7. Shvartsburg AA, Isaac G, Leveque N, Smith RD, Metz TO. Separation and classification of lipids using differential ion mobility spectrometry. J Am Soc Mass Spectrom. 2011 Jul;22(7):1146-55.
8. Kliman M, May JC, McLean JA. Lipid analysis and lipidomics by structurally selective ion mobility-mass spectrometry. Biochim Biophys Acta. 2011 Nov;1811(11):935-45.