Enhanced sensitivity of the Orbitrap Astral Zoom mass spectrometer for deeper proteome coverage in single-cell proteomics applications

Význam tématu

Single-cell proteomika zkoumá proteinový obsah jednotlivých buněk a umožňuje detailní analýzu heterogenity buněčných populací. Klíčovým limitem je malý objem vzorku a nutnost dosáhnout vysoké citlivosti a průchodnosti. Orbitrap Astral Zoom MS nabízí vylepšené iontové optiky, rychlejší přenos iontů a režim Low Input, což zvyšuje pravděpodobnost detekce i velmi nízkých množství analitu.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo porovnat výkon Orbitrap Astral Zoom MS s předchozí generací Astral MS při analýze nízkonálohových vzorků (50–250 pg) a jednotlivých buněk (HEK293), optimalizovat metodiku DIA a vyhodnotit hloubku pokrytí proteomu a opakovatelnost měření.

Použitá metodika a instrumentace

• UHPLC Vanquish Neo ve spojení s kolonkami Aurora Ultimate 25 cm XT C18 a Aurora Rapid 8 cm C18 (IonOpticks).
• Orbitrap Astral Zoom MS s rozhraním FAIMS Pro Duo (CV –48, nosný plyn 3,5 L/min).
• Data independent acquisition (DIA) v režimu Low Input s rychlostí až 270 Hz.
• Správa dat: Proteome Discoverer s algoritmem Chimerys a Spectronaut v19.6 (directDIA) proti databázi UniProt Human.

Hlavní výsledky a diskuse

• Řada naředění K562 digesce: více než 5 200 proteinových skupin při 50 pg a 6 100 skupin při 250 pg (50 SPD).
• HeLa digest při 50 pg: ~3 700 proteinových skupin při průchodnosti 120 SPD a >5 600 při 50 SPD; při 250 pg >5 100 (120 SPD) a >6 800 (50 SPD).
• Single cell HEK293: průměrně >5 800 proteinových skupin identifikovaných bez knihovny (50 SPD).
• Orbitrap Astral Zoom MS identifikoval o 5–10 % více proteinových skupin než předchozí Astral MS (pro 50 a 250 pg HeLa).
• Opakovatelnost: medián CV proteinových skupin <6 % (K562) a <5 % (HeLa) pro tři technické replikáty při 50 SPD.

Přínosy a praktické využití metody

• Vyšší citlivost a hloubka proteomu pro nízko-náložní a single-cell vzorky.
• Rychlejší akvizice a zpracování dat (až 270 Hz), umožňující průchodnost až 50 vzorků za den.
• Library-free přístup directDIA zjednodušuje workflow a snižuje požadavky na vytváření spektrálních knihoven.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s mikrofluidními systémy pro automatizovanou přípravu jednotlivých buněk.
• Další optimalizace iontových optik a algoritmů pro hlubší pokrytí proteomu.
• Využití umělé inteligence v analýze dat a predikci modifikací.
• Potenciál v klinické diagnostice a personalizované medicíně pro analýzu vzácných buněčných populací.

Závěr

Orbitrap Astral Zoom MS prokázal vylepšenou citlivost, vyšší počet identifikovaných proteinových skupin a vynikající opakovatelnost měření na nízko-náložních a single-cell vzorcích. Metoda nabízí robustní platformu pro další rozvoj single-cell proteomiky.

Reference

1. Tabiwang et al. Deeper proteome coverage and faster throughput for single-cell samples on the Orbitrap Astral mass spectrometer, Technical note 002780.