Exploring the Impact of Part Per Billion Mass Accuracy for Metabolite Identification Using Multi Reflecting Time-of-Flight MS With UPLC™ Part A

Význam tématu

Analýza malých molekul a identifikace metabolitů v komplexních biologických matricích je klíčová v klinické a farmaceutické praxi. Vysoká přesnost měření hmotnosti na úrovni part-per-billion (ppb) zvyšuje selektivitu a snižuje riziko falešně pozitivních detekcí.

Cíle a přehled studie / článku

Studie hodnotí vliv ppb hmotnostní přesnosti dosažené pomocí hybridního kvadrupólu Multi Reflecting Time-of-Flight (MRT) hmotnostního analyzátoru spojeného s UPLC na identifikaci xenobiotik a jejich metabolitů v lidské moči v režimu Data Independent Acquisition (DIA) MSE.

Použitá instrumentace

• Waters SELECT SERIES™ MRT (hybridní Q-MRT-TOF)
• Waters ACQUITY UPLC I-Class Premier
• Kolona ACQUITY UPLC HSS T3 C18 (100×2,1 mm, 1,8 μm)
• Software MassLynx v4.2 a waters_connect 3.1

Použitá metodika

Zdravému dobrovolníkovi byly podány tablety karbamazepinu (2×200 mg), acetaminofenu (2×500 mg) a naproxenu (1×500 mg). Vzorky moči zředěné 1:10 byly odebírány v časech 0, 2, 4 a 6 h. Chromatografie proběhla gradientem vody a acetonitrilu (0,1 % kyseliny mravenčí) při průtoku 0,5 mL/min, teplotě kolony 40 °C a objemu injekce 5 μL. MS v režimu ES+ pokrývalo m/z 50–2400 při 10 Hz, kolizní energie 15–45 eV a rozlišení >200 000 FWHM.

Hlavní výsledky a diskuse

Bylo dosaženo RMS chyby ~500 ppb pro 2651 detekcí v průběhu 24 h, což potvrzuje vysokou robustnost metody. Identifikovány byly konjugáty acetaminofenu (sulfát, glukuronid), naproxenu (acyl glukuronidy) a karbamazepinu (10,11-epoxid, hydroxylace, sulfonované formy). Jemná izotopová struktura sloužila jako doplňující kritérium. Vysoké rozlišení umožnilo oddělit izobarické interference v komplexní matrici a zajistit jednoznačné přiřazení analyzátů.

Přínosy a praktické využití metody

• Snížení falešně pozitivních detekcí
• Rychlá nefiltrovaná (non-targeted) analýza celého vzorku
• Zvýšená důvěra v identifikaci malých molekul
• Využití v klinické toxikologii, farmaceutickém výzkumu a metabolomice

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj výpočetních nástrojů a integrace umělé inteligence k automatizaci zpracování DIA dat. Rozšíření aplikace do lipidomiky, analýzy přírodních produktů a biomarkerů. Zrychlení datových toků a pokročilých filtrů pro vyšší průchodnost laboratoří.

Závěr

UPLC-MRT-MS v režimu MSE s pravidelnou ppb přesností a rozlišením >200 000 FWHM umožňuje spolehlivé neřízené sledování metabolitů i xenobiotik s vysokou selektivitou a nízkou chybovostí, čímž zvyšuje efektivitu a jistotu analýz.

Reference

1. Schymanski EL, Jeon J, Gulde R, Fenner K, Ruff M, Singer HP, Hollender J. Identifying Small Molecules via High Resolution Mass Spectrometry: Communicating Confidence. Environ Sci Technol. 2014;48(4):2097–2098.
2. FDA. Guidance for Industry: Safety Testing of Drug Metabolites. Center for Drug Evaluation and Research; 2008.
3. Bradshaw PR, Athersuch TJ, Stachulski AV, Wilson ID. Acyl Glucuronide Reactivity in Perspective. Drug Discovery Today. 2020;25(9):1639–1650.
4. Cooper-Shepherd DA, Wildgoose J, Kozlov B, et al. Novel Hybrid Quadrupole-Multireflecting Time-of-Flight Mass Spectrometry System. J Am Soc Mass Spectrom. 2023;34(2):264–272.
5. Vree TB, van den Biggelaar-Martea M, Verwey-van Wissen CP, Vree JB, Guelen PJ. Pharmacokinetics of Naproxen, Its Metabolite O-Desmethylnaproxen, and Their Acyl Glucuronides in Humans. Biopharm Drug Dispos. 1993;14(6):491–502.
6. Mortensen RW, Corcoran O, Cornett C, et al. LC-1H NMR Used for Determination of the Elution Order of S-Naproxen Glucuronide Isomers in Two Isocratic Reversed-Phase LC Systems. J Pharm Biomed Anal. 2001;24(3):477–485.
7. Higton D, Wilson ID, Vissers JPC, Plumb RS. Cyclic Ion Mobility Spectrometry for Acyl Glucuronides. Waters Corporation Poster; 2021.
8. Lertratanangkoon K, Horning MG. Metabolism of Carbamazepine. Drug Metab Dispos. 1982;10(1):1–10.
9. Bahlmann A, Brack W, Schneider RJ, Krauss M. Carbamazepine and Its Metabolites in Wastewater: Analytical Pitfalls and Occurrence in Germany and Portugal. Water Res. 2014;57:104–114.
10. Richter WJ, Kriemler P, Faigle JW. Structural Characterization of Highly Polar Metabolites of Carbamazepine. In: Recent Developments in Mass Spectrometry in Biochemistry and Medicine. Boston: Springer; 1978.
11. Russell JL, Spiller HA, Baker DD. Elevated Carbamazepine-10,11-Epoxide/Carbamazepine Ratio in a Fatal Ingestion. Case Rep Med. 2015;2015:369707.
12. Kerr BM, Thummel KE, Wurden CJ, et al. Human Liver Carbamazepine Metabolism: Role of CYP3A4 and CYP2C8 in 10,11-Epoxide Formation. Biochem Pharmacol. 1994;47(11):1969–1979.
13. Nagao T, Yukihira D, Fujimura Y, et al. Power of Isotopic Fine Structure for Unambiguous Determination of Metabolite Elemental Compositions. Anal Chim Acta. 2014;813:70–76.
14. Ipsen A. Efficient Calculation of Exact Fine Structure Isotope Patterns via the Multidimensional Fourier Transform. Anal Chem. 2014;86(11):5316–5322.
15. Géhin C, Holman SW. Advances in High-Resolution Mass Spectrometry Applied to Pharmaceuticals in 2020: A New Age of Information. Anal Sci Adv. 2021;2:142–156.