Metabolite profiling applied to biomarker discovery in pancreatic cancer using high resolution LC-MS/MS

Význam tématu

Pancreatický duktální adenokarcinom se vyznačuje rychlým šířením a nízkou pětiletou přežití. Včasná diagnostika je klíčová pro zlepšení klinického výsledku, avšak dosud chybí citlivé a specifické biomarkery. Profilování metabolitů pomocí vysoce rozlišené LC-MS/MS nabízí hluboký vhled do biochemických změn spojených s onemocněním a slibuje objevení nových ukazatelů pro časné odhalení nádoru.

Cíle a přehled studie

Cílem prezentované práce bylo porovnat metabolické profily séra pacientů s PDAC a zdravých subjektů pomocí:

• reverzní fáze LC-MS/MS s vysokým rozlišením (HR LC-MS/MS)
• metody přímé ionizace (DPiMS) bez chromatografické separace

Autoři se zaměřili na identifikaci lipidů, žlučových kyselin a dalších polárních metabolitů, které vykazují signifikantní rozdíly mezi skupinami.

Použitá metodika a instrumentace

Pro LC-MS/MS byla použita kolona Acquity C18 BEH (2,1×100 mm, 1,7 μm) při 50 °C s binárním gradientem vody a acetonitrilu obsahujících 0,1 % kyseliny mravenčí, průtok 0,4 mL/min, doba běhu 35 min. Mass spektrometrie probíhala na přístroji LCMS-9030 (Shimadzu) v režimu TOF MS (m/z 60–1000, 100 ms) a DIA-MS/MS (izolační šířka 35 Da, kolizní energie 5–55 V). DPiMS se prováděla na systému DPiMS QT (Shimadzu) v režimu TOF MS/MS (m/z 100–1500, kolizní energie 5–55 V). Datovou analýzu zajišťovaly MS-DIAL pro detekci a zarovnání signálů, MetaboAnalyst pro statistické vyhodnocení a LabSolutions Insight pro identifikaci na úrovni MSI 1 a 2.

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza HR LC-MS/MS odhalila zvýšené hladiny žlučových kyselin a karnitinů u pacientů s PDAC, zatímco lyso-fosfolipidy (LPE, LPC) a některé fosfolipidy (PC) byly sníženy. Statistická analýza prokázala, že tyto rozdíly jsou signifikantní (fold change >1,5; p < 0,1). Výsledky DPiMS potvrdily směr změny pro vybrané lipidy, avšak neposkytly separaci izomerů sn-pozice. Kombinace obou metod zvyšuje důvěryhodnost identifikace biomarkerů.

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoká selektivita a citlivost HR LC-MS/MS umožňuje rozlišení a kvantifikaci širokého spektra metabolitů.
• DPiMS slouží jako rychlý screening s nízkou spotřebou vzorku.
• Integrovaný přístup může vést k sestavení panelu biomarkerů pro včasnou diagnózu PDAC.

Budoucí trendy a možnosti využití

Přesnější stanovení pacientských izomerů lipidů a rozšíření metabolomických knihoven slibuje ještě lepší identifikaci. Aplikace strojového učení na data z LC-MS/MS a DPiMS by mohla zvýšit výkon diagnostických modelů. Kombinace s dalšími „omics“ technologiemi (proteomika, lipidomika) povede k holistickému pohledu na onemocnění.

Závěr

Vysoce rozlišená LC-MS/MS metoda spolu s přímou ionizací odhalily soubor kandidátních biomarkerů PDAC v séru. Identifikované změny lipidového profilu a žlučových kyselin poskytují nový základ pro vývoj diagnostických testů. Další validace ve větších kohortách je nutná pro klinickou aplikaci.

Reference

1. Mandel et al. Application of Probe Electrospray Ionization Mass Spectrometry (PESI-MS) to Clinical Diagnosis: Solvent Effect on Lipid Analysis. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2012;23(11):2043–2047.
2. Chung et al. Using probe electrospray ionization mass spectrometry and machine learning for detecting pancreatic cancer with high performance. Am J Transl Res. 2020;12(1):171–179.