An In-depth Plasma Proteomics Workflow Powered by Orbitrap Astral Mass Spectrometer

Význam tématu

Plazma je bohatým zdrojem proteinů s vysokým dynamickým rozsahem koncentrací, což představuje výzvu při jejich analýze metodami hmotové spektrometrie.
Vysoce výkonná a šetrná workflow pro hloubkovou i rychlou analýzu proteomu plazmy je klíčová pro objevování biomarkerů, diagnostiku a monitorování terapie.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout label-free DIA workflow na novém Orbitrap Astral hmotovém spektrometru, které umožní vysokou propustnost (throughput) a zároveň zachová hloubku proteomické analýzy.
Testovány byly různé délky LC gradientů od ultrarychlých po hluboké metody, v kombinaci se třemi přípravami vzorků plazmy:

• Nezpracovaná (neat) plazma
• Depletovaná plazma pomocí High Select™ Depletion Columns
• Obohacená plazma za pomoci Proteograph™ multi-nanoparticle assay

Použitá metodika a instrumentace

• MS: Thermo Scientific® Orbitrap™ Astral™ hmotový spektrometr
• LC: nanoLC s C18 column (EASY-Spray Pepmap a uPAC Neo)
• Ionizace: ESI v pozitivním režimu, rozsah m/z 380–980, rozlišení 240 000, DIA s ~299 okny
• Softwarové zpracování: Proteome Discoverer 3.1 s CHIMERYS a Inferys predikčním modelem
• Příprava vzorků: EasyPep™ MS Sample Prep, depletion spin columns, Proteograph SP100 automatizace

Hlavní výsledky a diskuse

• Ultrakrátké gradienty (4–14 vzorků/den) umožnily rychlou analýzu „neat“ plazmy s omezenou hloubkou. Delší metody (24–180 vzorků/den) zvýšily počet identifikovaných proteinů až 2× u depletované vs. neat plazma.
• Obohacení pomocí Proteograph nanopartikule generovalo nejvyšší pokrytí proteomu při zachování slušné propustnosti.
• Pokrývání dynamického rozsahu přes 7 řádů, detekce 24 klinicky nejčastějších biomarkerů se ≥2 unikátními peptidy.
• Identifikováno 5–255 proteinů z FDA seznamu lékových cílů dle použité metody.

Přínosy a praktické využití metody

• Vyvážená kombinace rychlosti a hloubky analýzy vhodná pro velké kohortní studie a klinickou proteomiku.
• Automatizace přípravy i datové analýzy zvyšuje reprodukovatelnost, redukuje chyby a náklady na práci.
• Snadná integrace do existujících QA/QC procesů ve farmaceutickém a biotechnologickém průmyslu.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Využití strojového učení a AI pro pokročilou predikci posttranslačních modifikací a potlačení šumu.
• Další zrychlení nanoLC metod a rozvoj autonomních platform pro vysokopropustnou multi-omics analýzu.
• Rozšíření workflow o integraci metabolomiky a lipidomiky pro komplexní pohled na biochemické změny v plazmě.

Závěr

Orbitrap Astral hmotový spektrometr prokazuje vynikající kombinaci vysoké propustnosti a hloubky analýzy proteomu plazmy.
Navržené workflow poskytuje flexibilitu od ultrarychlých po hloubkové metody a je připraveno pro aplikaci v biomedicínském výzkumu i klinické praxi.