Comprehensive Accurate Mass Metabolomics EI Library and Validation of the Data Processing Workflows Using Human Plasma Samples

Význam tématu

Metabolomika založená na plynové chromatografii s hmotnostní detekcí (GC/MS) vyžaduje spolehlivé hmotnostní knihovny pro rychlou a přesnou identifikaci metabolitů.
Využití knihoven s přesnou hmotností a retenčním indexem výrazně zlepšuje selektivitu a citlivost, zejména v náročných biochemických matricích, jako je lidská plazma.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo vytvořit rozsáhlou knihovnu přesných hmotností EI spektremetrie vhodnou pro metabolomické analýzy a validovat výkonnost zpracovatelských postupů na vzorcích lidské plazmy.
Knihovna obsahuje přes 800 záznamů GC-amenabilních metabolitů s retenčními časy a indexy, ověřených pomocí vysokorozlišovacího GC/Q-TOF (Agilent 7250).

Použitá metodika a instrumentace

Syntetické standardy a extrakty lidské plazmy byly derivatizovány methoximací a silylací (MSTFA + 1 % TMCS).
Analytické podmínky GC/Q-TOF 7250:

• Kolona DB-5MS UI (30 m × 0,25 mm, film 0,25 µm)
• Injektor splitless při 280 °C
• Oven: 50 °C (0,5 min), nárůst 10 °C/min do 325 °C, 10 min izotermie
• Helium, 1 mL/min
• Elektronová ionizace při 70 eV
• Spektrometrie ve spektrálním rozsahu 50–1200 m/z, akviziční rychlost 5 Hz

Data zpracována v MassHunter Qualitative Analysis a importována do Metabolomics PCDL.

Hlavní výsledky a diskuse

Knihovna obsahuje přes 800 EI spekter a více než 500 unikátních metabolitů z hlavních tříd:

• Aminokyseliny a jejich deriváty (~19 %)
• Benzenoidy (~19,5 %)
• Organické kyseliny (~15,5 %)
• Sugary a polyoly (~12,5 %)
• Tuky, steroly a další lipidy

Validace na vzorcích lidské plazmy ukázala:

• Více než 140–170 identifikovaných složek na vzorek při použití cíleného (Screener) a necíleného (UA) přístupu s PCDL.
• PCDL vynechal 30 % falešně pozitivních nálezů, které by při práci s jednotkovou hmotností zůstaly neodfiltrovány.
• Metabolomics PCDL překonal univerzální NIST knihovnu v počtu specifických detekcí a selektivitě.

Přínosy a praktické využití metody

Implementace knihovny s přesnou hmotností:

• Zrychluje identifikaci metabolitů ve vysoce komplexních vzorcích.
• Snižuje manuální revizi falešných nálezů díky automatické kontrole přesné hmotnosti.
• Podporuje jak cílené, tak necílené workflow pro farmakometabolomiku, toxikologii a biologický výzkum.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry:

• Rozšiřování obsažených metabolitů a jejich izomerů v knihovně.
• Integrace s LC-MS/MS knihovnami pro širší analytický profil.
• Využití strojového učení pro automatickou anotaci fragmentů.
• Personalizovaná medicína a biomarkerové studie skrze rychlé necílené screeningové metody.

Závěr

Vyvinutá přesná hmotnostní EI knihovna Metabolomics PCDL pro GC/Q-TOF výrazně zlepšuje selektivitu, citlivost a produktivitu metabolomických analýz v lidské plazmě ve srovnání s jednotkovými hmotnostmi. Validace na reálných vzorcích prokázala schopnost automatické eliminace falešných pozitiv a celkové zvýšení počtu detekovaných metabolitů.

Reference

• Sofia Nieto, Paul Contreras, Anastasia Andrianova, Shunyang Wang, Luis Valdiviez, Wasim Sandhu, Honglian Ye, Oliver Fiehn. Comprehensive Accurate Mass Metabolomics EI Library and Validation of the Data Processing Workflows Using Human Plasma Samples. Poster WP365, ASMS 2022.