Ion Chromatography Coupled with Mass Spectrometry for Metabolomics

Význam tématu

Ion chromatografie v kombinaci s hmotnostní spektrometrií (IC-MS) představuje klíčový nástroj pro analýzu polárních a iontových metabolitů, jako jsou organické kyseliny, nukleotidy či cukry. Tradiční reverzní fází kapalinová chromatografie často nedokáže účinně separovat tyto sloučeniny. IC-MS umožňuje vysokou selektivitu a citlivost detekce těchto analytů, což je zásadní pro metabolomické a metabonomické studie.

Cíle a přehled studie

Studie demonstruje on-line desalting eluentu z iontové výměnné kolony za použití suprese a jeho přímé spojení s vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrií. Tento přístup řeší problematiku vysoké koncentrace solí v eluentech a rozšiřuje možnosti identifikace a kvantifikace iontových metabolitů, včetně izomerů a isobarických látek.

Použitá metodika a instrumentace

• Anionická iontově výměnná chromatografie s KOH gradientem generovaným elektrolýzou.
• Elektrolytický supresor pro kontinuální konverzi KOH eluentu na vodu (vodíkový modul, platinový elektrodový systém).
• PEEK pumpa zajišťující konstantní přívod ultračisté vody do eluentního generátoru.
• Kolona Thermo Scientific Dionex IonPac AS11 (Ø 2 mm, vysoká účinnost).
• Dodatečný postup: přídavný organický modifikátor pro zlepšení desolvatace v ESI.
• Hmotnostní spektrometrie s elektrospray ionizací a vysokým rozlišením (HRMS).

Hlavní výsledky a diskuse

• Úspěšná separace široké škály metabolitů: organické kyseliny, aminokyseliny, sacharidy, nukleotidy, puriny a glukuronidy.
• On-line suprese redukuje vodivost elučního média na hodnotu pod 1 μS·cm−1, což zajišťuje kompatibilitu s MS.
• Porovnání třech chromatografických režimů (RP, HILIC, IC) pro analýzu močových vzorků prokázalo unikátní pokrytí iontových látek při použití IC.
• V experimentu na Trypanosoma brucei IC-MS identifikovala 24 z 80 složek tryptofanové dráhy a celkem 379 z 652 intermediárů klíčových metabolických cest.

Přínosy a praktické využití metody

• Zvýšená selektivita a citlivost pro polární a iontové metabolity, které nelze snadno analyzovat na RP kolónách.
• Rychlé a automatizované on-line odsolení eluentu bez nutnosti offline přípravy vzorku.
• Aplikace v biochemickém výzkumu, QA/QC v potravinářství, farmaceutickém průmyslu a environmentální analýze.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace kationtových systémů pro analýzu biogenních aminů a dalších kladně nabitých sloučenin.
• Vývoj kapilárních IC kolón s menším vnitřním průměrem pro práci s malými objemy a zvýšení citlivosti.
• Prohloubení systémové biologie kombinací IC-MS s proteomikou a genomikou pro komplexní fenotypizaci.
• Využití v cílené metabolomice a objevování biomarkerů onemocnění.

Závěr

IC-MS poskytuje robustní platformu pro separaci a detekci iontových metabolitů v biologických vzorcích. Kombinace eluentní suprese, eluentního generátoru a vysokorozlišovací hmotové spektrometrie umožňuje rozšířit analytické možnosti metabolomických studií a vést k hlubšímu porozumění buněčných drah a jejich regulace.

Reference

• Small H., Stevens T.S., Bauman W.C. Anal. Chem. 1975, 47, 1801.
• DeBorba B., Rohrer J.S. J. Chromatogr. A 2007, 1155, 22–30.
• Lyubarskaya Y., Houde D., Woodard J., Murphy D., Mhatre R. Anal. Biochem. 2006, 348, 24–39.
• Thayer J.R., Rao S., Puri N., Burnett C.A., Young M. Anal. Biochem. 2007, 361, 132–139.
• Weiss J. Ion Chromatography; VCH Weinheim, 1995.
• Wang L.J., Schunte W.A. LC–GC, September 2, 2009.
• Mohsin S.B. J. Chromatogr. A 2000, 884, 23–30.
• Bauer K.H. et al. J. Chromatogr. A 1999, 837, 117–128.
• Bruggink C., Maurer R., Herrmann H. et al. J. Chromatogr. A 2005, 1085, 104–109.
• Saccani G. et al. J. Chromatogr. A 2005, 1082, 43–50.
• Gika H.G., Theodoridis G.A., Wilson I.D. J. Sep. Sci. 2008, 31, 1598–1608.
• Daviss B. Growing Pains for Metabolomics. The Scientist, 2005, 19(8), 25–28.
• Lindon J.C., Holmes E., Bollard M.E., Stanley E.G., Nicholson J.K. Biomarkers 2004, 9(1), 1–31.
• Bruggink C., Wuhrer M., Koeleman C.A.M. et al. J. Chromatogr. B 2005, 829, 136–143.