Characterizing “nature’s Ozempic ”: Non-targeted screening of berberine supplements using ion mobility high-resolution mass spectrometry

Význam tématu

Berberin je isoquinolinový alkaloid získávaný z rostlin rodu Berberis, který v posledních letech vzbudil zvýšený zájem pro své farmakologické účinky, zejména regulaci glykemie a potenciální využití v léčbě metabolických poruch. Z čistě analytického i regulačního hlediska je důležité přesně charakterizovat složení volně prodejných doplňků stravy označených jako berberin nebo extrakty z berberisu, protože kvalita, spektrum přítomných alkaloidů a přítomnost izobarických či izomerických sloučenin ovlivňují účinnost, bezpečnost a biologickou dostupnost produktu. Ion mobility ve spojení s vysokorozlišujícím hmotnostním spektrometrem nabízí další separační dimenzi, která zlepšuje rozlišení složitých přírodních směsí a umožňuje spolehlivější netargetované profilování.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo aplikovat netargetovanou analýzu pomocí vysokorozlišujícího hmotnostního spektrometru kombinovaného s ion mobility spektrometrií (IMS) k kvalitativnímu charakterizování složení komerčních práškových doplňků označených jako berberin nebo extrakty z berberisu. Analyzováno bylo sedm komerčně dostupných produktů různých deklarací (celé kořeny/kůra vs. „purifikované“ extrakty), včetně analýzy ověřovacích standardů berberinu a palmatinu.

Použitá metodika a instrumentace

• Vstupní materiál: sedm práškových doplňků (komerční produkty) a směsný pool; ~100 g z každého vzorku extrahováno.
• Příprava vzorku: sonikace v 50:50 voda:methanol, centrifugace, filtrace a 100× ředění před analýzou.
• Chromatografie: ACQUITY Premier UPLC se sloupcem ACQUITY Premier CSH Phenyl-Hexyl (1.7 µm, 2.1 × 100 mm); mobilní fáze A: voda + 2 mM octanu amonného a 0,1 % octové kyseliny; B: acetonitril; tok 0,3 mL/min; teplota 30 °C; injekce 1 µL; gradient dle protokolu.
• Hmotnostní spektrometrie a IMS: SELECT SERIES Cyclic IMS (Waters), režim HDMSE (DIA), pozitivní ionizace; kapilární napětí 2 kV; rozsah m/z 50–1200; transferní buňka CE 40–60 V; režim analyzátoru V-mode, MS rozlišení ~60 000 FWHM.
• Software: MassLynx pro akvizici, UNIFI a waters_connect pro zpracování dat a vyhledávání v knihovnách.

Hlavní výsledky a diskuse

• Idenfikace sloučenin: Berberin a palmatin byly pozitivně identifikovány za použití standardů; množství dalších isoquinolinových alkaloidů (např. jatrorrhizine, berberrubine a další) bylo tentativně přiřazeno pomocí charakteristických fragmentačních vzorců a vyhledávání na základě neutrálních ztrát.
• Fragmentační vzorce: U berberinu a palmatinu byly pozorovány opakující se neutrální ztráty (např. CH4, C2H4O a ztráty odpovídající cukerným či alkoxylovým fragmentům), což umožnilo vyhledávání příbuzných struktur v datech.
• Variabilita mezi produkty: Měřená komplexita se výrazně lišila; u některých produktů tvořil berberin 57–98 % součtu plochy píků identifikovaných a předběžně identifikovaných alkaloidů. Druhou nejčetnější složkou byly obvykle palmatin nebo jatrorrhizine.
• Ion mobility jako kritický prvek: IMS poskytla dodatečné rozlišení izobarických a koelujících složek; konkrétně byla demonstrována separace dvou isobarů při m/z ~352, kde minoritní složka (C20H18NO5+) byla oddělena od palmatinu (C21H22NO4+) podle driftového času. Toto rozlišení by bez IMS zůstalo skryto nebo špatně přiřaditelné.
• Štítkování versus skutečné složení: Neshoda mezi informací na etiketě (whole-herb vs. berberine HCl/extract) a analyticky zjištěnou složitostí vzorků ukázala, že deklarace produktu neposkytuje spolehlivou představu o chemické speciací obsahu.
• Bezpečnostní a farmakologické implikace: Přítomnost palmatinu a jatrorrhizinu má farmakologický význam — mohou mít podobné glukoregulační účinky jako berberin, ale u palmatinu byly hlášeny i potenciální toxické účinky (např. oxidační stres). Kombinace alkaloidů může rovněž vést k synergickým interakcím, které ovlivňují účinnost a rizika produktu.

Přínosy a praktické využití metody

• Netargetované IMS–HRMS umožňuje komplexní profilování doplňků: kombinace vysokého m/z rozlišení a ion mobility zvyšuje schopnost detekovat a odlišit isobarické/izomerické přírodní produkty.
• Pro kontrolu kvality a regulaci: metoda je vhodná pro screening komerčních produktů, identifikaci taktických nečistot nebo nesouladů s deklarací a pro předběžné posouzení rizik spojených s vedlejšími alkaloidy.
• Pro výzkum farmakologie: podrobné spektrální a separační informace podporují další studie o bioaktivitě, farmakokinetice a možných interakcích mezi alkaloidy.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Standardizace netargetovaných workflow pro rutinní QC doplňků v průmyslu a regulaci: tvorba robustních knihoven IMS+MS/MS spekter a harmonizovaných protokolů.
• Kvantifikace a metody cíleného měření: doplnit netargetovaný screening o kvantitativně validované metody (LC–MS/MS) pro klíčové alkaloidy v produktech.
• Integrace s chemoinformatikou a databázemi: lepší automatizace přiřazení struktur a predikce biologické aktivity přes křížové odkazy na toxikologická a farmakologická data.
• Zvýšení throughputu: optimalizace extrakčních a chromatografických postupů pro rychlejší screening většího počtu vzorků a monitorování trhu.
• Studie biologické dostupnosti: kombinace IMS–HRMS analýz produktů s in vitro/in vivo studiemi k lepšímu odhadu, jak speciation ovlivňuje absorpci a účinek.

Závěr

Studie demonstruje, že použití ion mobility v kombinaci s vysokorozlišujícím MS poskytuje výrazně hlubší vhled do chemického složení berberinových doplňků než běžná LC–MS bez IMS. Mezi testovanými komerčními produkty existuje velká variabilita v zastoupení berberinu a doprovodných alkaloidů, přičemž není zřejmá korelace mezi deklarací na obalu a skutečnou chemickou komplexitou. Pro praktické aplikace v oblasti kontroly kvality, bezpečnosti a farmakologického hodnocení doplňků je doporučeno zavést kombinaci netargetovaného IMS–HRMS screeningu a následných kvantitativních metod.

Reference

1. Fan K-Q, et al. Pharmacological properties and therapeutic potential of berberine: a comprehensive review. Frontiers in Pharmacology. 2025. DOI: 10.3389/fphar.2025.1604071.
2. Asghari P, et al. Berberine’s impact on health: Comprehensive biological, pharmacological, and nutritional perspectives. Metabolism Open. 2025;28:100399.
3. UCLA Health. What to know about berberine, the so-called ‘nature’s Ozempic’. Accessed April 2026.
4. Schymanski E, et al. Empowering large chemical knowledge bases for exposomics: PubChemLite meets MetFrag. Journal of Cheminformatics. 2021;13.
5. Wu W, et al. Structural analyses of protoberberine alkaloids in medicinal herbs by ESI-FT-ICR-MS and HPLC-ESI-MS. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 2005;37:437–446.
6. Basera IA, et al. Development of a validated UHPLC-PDA with ESI-MS/MS method for concurrent estimation of magnoflorine, berbamine, columbamine, jatrorrhizine, palmatine and berberine in Berberis aristata. Acta Chromatographica. 2022;34:412–421.
7. Long J, et al. Palmatine: A review of its pharmacology, toxicity, and pharmacokinetics. Biochimie. 2019;162:176–184.
8. Rolle J, et al. Jatrorrhizine: a review of its pharmacological effects. Journal of Pharmacy & Pharmacology. 2021;73:709–719.