Plasma proteomics: harnessing cutting-edge technologies for unprecedented depth and throughput

Význam tématu

Massová spektrometrie v kombinaci s nanotechnologickým přístupem poskytuje bezprecedentní citlivost a specifičnost pro identifikaci a kvantifikaci proteinů v lidské plazmě. Díky rozsáhlé dynamice a heterogenitě proteomu v plazmě byly dosavadní metody omezené v hloubce pokrytí a propustnosti, což brzdilo rozsáhlé kohortové studie a objev biomarkerů.

Cíle a přehled studie

V případě studie se spojily technologie Proteograph XT Assay od Seer a masové spektrometry Orbitrap Astral od Thermo Fisher Scientific. Cílem bylo vytvořit end-to-end workflow umožňující rychlou, hlubokou a škálovatelnou analýzu plasmatického proteomu, od přípravy vzorku až po pokročilou datovou analýzu.

Použitá metodika a instrumentace

• Proteograph XT Assay Kit s patentovanými nanopartikly pro tvoření proteinové korony
• SP100 Automation Instrument pro automatizovanou denaturaci, digesci, desaltaci a kvantifikaci peptidů
• LC-MS analýza s použitím Orbitrap Astral Mass Spectrometer pro vysokou rychlost, rozlišení a citlivost
• Další přístroje v rámci případových studií: Orbitrap Fusion Lumos Tribrid a Orbitrap Exploris 480 Mass Spectrometer
• Software Proteograph Analysis Suite pro identifikaci a kvantifikaci proteinů

Hlavní výsledky a diskuse

• V modelovém vzorku zdravé lidské plazmy bylo během méně než jedné hodiny LC-MS analyzováno přes 6 000 proteinových skupin a více než 70 000 unikátních peptidů s CV ≤12,1 %.
• Případové studie: NSCLC odhalila specifické isoformy proteinů nerozpoznatelné na úrovni celých proteinů; Alzheimerova choroba přinesla >5 000 proteinových skupin, klasifikační model s AUC 0,81; studie astronautů identifikovala >7 500 proteinových skupin a změny v translaci, imunitních a stresových drahách.
• V porovnání s tradičními workflows došlo k až 6,8násobnému nárůstu detekovaných proteinových skupin a významnému zrychlení analýzy.

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost zpracovat tisíce vzorků za měsíc, což podporuje velké kohortové a populační studie.
• Vysoká citlivost umožňuje kvantifikaci nízkoabundantních proteinů a detekci nových biomarkerů.
• Standardizovaný a automatizovaný workflow snižuje variabilitu a zvyšuje reprodukovatelnost výsledků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další optimalizace nanotechnologií a rozšíření škály použitelných biofluidů.
• Integrace multi-omických přístupů a umělé inteligence pro komplexní biologické modely.
• Praktická aplikace v personalizované medicíně, prediktivní diagnostice a monitoringu onemocnění.

Závěr

Synergické spojení Proteograph XT Assay a Orbitrap Astral Mass Spectrometer otevírá novou éru hluboké a rychlé plasmatické proteomiky. Výsledky potvrzují, že tato kombinace umožňuje odhalit dosud skryté proteinové signatury, podpořit objev biomarkerů a urychlit translaci výzkumu do klinické praxe.

Reference

1. Seer Inc. (2023) Large-scale plasma proteomics with the Proteograph XT workflow. media.seer.bio/uploads/2023/05/Proteograph-XT-technote.pdf
2. Schwenk J et al. (2017) The human plasma proteome draft of 2017: Building on the Human Plasma PeptideAtlas from mass spectrometry and complementary assays. J Proteome Res 16(12):4299–4310. doi:10.1021/acs.jproteome.7b00467
3. Donovan MKR et al. (2023) Functionally distinct BMP1 isoforms show an opposite pattern of abundance in plasma from non-small cell lung cancer subjects and controls. PLoS ONE 18(3):e0282821. doi:10.1371/journal.pone.0282821
4. Lacar B et al. (2024) Identification of novel biomarkers for Alzheimer’s disease and related dementias using unbiased plasma proteomics. bioRxiv 2024.01.05.57444. doi:10.1101/2024.01.05.574446