DATA INDEPENDENT ANALYSIS EVOLUTION: EXPLORING THE USE OF HIGH RESOLVING POWER MULTI- REFLECTING TIME-of-FLIGHT MASS SPECTROMETRY FOR METABOLITE IDENTIFICATION

Význam tématu

Analýza malých molekul metodou Data Independent Acquisition (DIA) za použití vysokého rozlišení (>200 000 FWHM) kombinované s rutinní částicovou přesností hmotnostní accuracy v řádu ppb umožňuje spolehlivou identifikaci terapeutických látek a jejich metabolitů v komplexních biochemických matricích. Tato metoda zvyšuje selektivitu měření, snižuje falešné pozitivní nálezy a poskytuje detailní izotopové informace (FIS), které jsou klíčové pro strukturální potvrzení neznámých analytů.

Cíle a přehled studie

Studie hodnotila schopnost high resolution Multi-Reflecting Time-of-Flight (MRT) MS s vysokou rychlostí snímání (10 Hz) a přesností v řádu ppb pro neiontové neselektivní metabolitické screeningy lidské moči po podání běžných léků (karbamazepin, acetaminofen, naproxen). Cílem bylo ukázat přínos vysoké hmotnostní přesnosti pro identifikaci metabolitů, optimalizaci informatického výstupu a snížení falešných detekcí.

Použitá metodika

• Vzorky lidské moči z 0, 2, 4 a 6 hodin po podání léků (karbamazepin 2×200 mg, acetaminofen 2×500 mg, naproxen 1×500 mg), ředění 1:10 vodou.
• LC separace na C18 kolonce (100×2,1 mm, 1,8 µm) při 40 °C, 12min gradient 0,1 % kyseliny mravenčí ve vodě vs. 0,1 % kyseliny mravenčí v acetonitrilu, průtok 0,5 mL/min, injekce 5 µL.
• DIA získávání dat pomocí LC-MRT-MSE ES+ při 10 Hz, systémové rozlišení >200 000 FWHM.
• Postprocessing: aplikace ppb tolerance pro prekurzorové a fragmentační ionty, snížení falešných nálezů, využití REM (>300 000 FWHM) pro detailní FIS analýzu.

Použitá instrumentace

• Hybridní kvadrupól Multi-Reflecting Time-of-Flight hmotnostní spektrometr SELECT SERIES™ MRT (Waters Corporation) s rozlišením >200 000 FWHM.
• UHPLC systém s C18 kolonkou (100×2,1 mm, 1,8 µm).
• Software MassLynx™, waters_connect™, Tibco Spotfire® pro analýzu a vizualizaci dat.
• REM režim pro zvýšené rozlišení (>300 000 FWHM).

Hlavní výsledky a diskuse

• Průměrná hmotnostní chyba 549 ppb (RMS) za 24 hodin, 75 % měření <500 ppb a 95 % <1 ppm.
• Snížení falešných detekcí pro karbamazepin při 4 h díky ppb tolerancím, potvrzeno postprocessingovými filtry.
• Zachování chromatografické věrnosti díky 10 Hz snímání bez kompromisů rozlišení.
• FIS poskytuje dodatečné izotopové vzorce pro potvrzení známých i neznámých metabolitů.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlé a spolehlivé nevybíravé monitorování terapie a metabolitických drah.
• Zvýšená selektivita a specifita analýzy díky vysokému rozlišení a ppb přesnosti.
• Efektivnější workflow díky přísným postprocessingovým filtrům a snížení falešných nálezů.
• Retrospektivní analýza s vysokou důvěrou v identifikaci díky plným DIA datům.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření REM režimu pro ještě vyšší izotopové rozlišení v rámci LCMS časy.
• Integrace AI/ML nástrojů pro automatickou interpretaci komplexních DIA a FIS dat.
• Adaptace v metabolomických a farmakovigilančních programech ve farmaceutickém vývoji a klinické praxi.
• Aplikace na další třídy sloučenin: lipidomiku, proteomiku a environmentální analytiku.

Závěr

High resolution DIA na MRT MS s ppb hmotnostní přesností a REM režimem představuje špičku v identifikaci malých molekul a metabolitů. Kombinace vysokého rozlišení, rychlosti snímání a pokročilých postprocessingových strategií vede k významnému snížení falešných detekcí, zlepšení selektivity a detailní izotopové analýze, otevírající nové perspektivy ve farmaceutickém výzkumu, klinické diagnostice a dalších oblastech analytické chemie.

Reference

1. Cooper-Shepherd D a kol. Novel Hybrid Quadrupole-Multireflecting Time-of-Flight Mass Spectrometry System. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 2023;34(2):264-272.
2. McCullagh M a kol. Exploring the Impact of Part Per Billion Mass Accuracy for Metabolite Identification using Multi Reflecting Time-Of-Flight MS with UPLC Part A. Waters App. Note. 720007896; April 2023.