Direct Probe Ionisation Mass Spectrometry applied to biomarker discovery in pancreatic cancer

Význam tématu

Metabolická charakterizace pacientů s pankreatickým duktálním adenokarcinomem je klíčová pro časnou diagnostiku a cílenou léčbu. Objevení cirkulujících biomarkerů umožňuje neinvazivní screening a podporuje personalizovanou medicínu.

Cíle a přehled studie

Studie si kladla za cíl rozlišit metabolický profil séra pacientů s PDAC a zdravých jedinců. Pro tento účel byla využita metoda přímé sondové ionizace DPiMS v kombinaci s vysoce citlivou Q-TOF hmotnostní spektrometrií. Výsledky byly porovnány s tradiční LC-MS/MS.

Použitá metodika

Ultrarychlá analýza vzorků
Ultrarychlá přímá analýza probíhala bez chromatografické separace. Protein vysrážený v roztoku ethanol voda byl centrifugován a do hmotového spektrometru bylo přímo aplikováno několik mikrolitrů supernatantu pomocí pegy s frekvencí vzorkování 3 Hz. Cyklus analýzy trval pouhé 2 minuty při střídání polarity pro MS1 sken m z 100 1500.

Statistická filtrace a identifikace
Z RAW dat byly extrahovány iontové funkce filtrováním na šířku binu 5 mDa a přítomnost ve 80 procent vzorků s intenzitou nad 1000 counts. Klíčové hmotnostně-nábojové poměry byly vybrány pomocí volcano plotu (p<0,05 FDR, fold change >2), lasso regresí a náhodného lesa.

Použitá instrumentace

• Shimadzu LCMS-9030 Q-TOF s přímou sondovou ionizací DPiMS
• Pilotní jednotka s jehlovým hrotem o průměru pod 1 μm
• Software pro lasso regresi, náhodný les a statistickou správu dat

Hlavní výsledky a diskuse

• Bylo detekováno 263 funkcí v negativním módu a 468 v pozitivním módu, z toho 21 a 30 významných iontových rysů.
• Mezi putativní biomarkery patří lysofosfolipidy LPC 18:2, LPC 20:5 a LPE 18:2, aminokyseliny histidin a glutamin a hydroxybutyrát.
• Spectra iDIA MS/MS byla vynikajícím způsobem srovnatelná s tradičním LC-DDA-MS/MS, což umožnilo vysokou jistotu anotací.

Přínosy a praktické využití metody

• Analýza trvá 2 minuty oproti 20–30 minutám LC-MS/MS, což umožňuje vysokopropustné screenování.
• Minimalizované připravení vzorku a vysoká tolerance k vysokým koncentracím solí šetří čas a snižuje potlačení signálu.
• Možnost detekce malých vzorkových objemů s citlivou odezvou v obou polárních režimech.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s pokročilými strojově učenými algoritmy a automatizace pro klinickou rutinu.
• Rozšíření aplikace do jiných biologických matric, například moči či tkáňových extraktů.
• Vývoj miniaturizovaných spotřebních sond pro terénní a bodové testování.
• Prohloubení lipidomických a metabolomických profilů pro identifikaci dalších nádorových biomarkerů.

Závěr

DPiMS v kombinaci s vysoce rozlišenou Q-TOF spektrometrií nabízí rychlou a robustní platformu pro objevování biomarkerů pankreatického adenokarcinomu. Metoda se vyznačuje vysokou citlivostí, minimem přípravných kroků a dobrým souladem s tradičními LC-MS/MS postupy, čímž představuje perspektivní přístup pro klinický screening a personalizovanou medicínu.

Reference

• 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
• 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