Targeted Liquid Chromatography Multi- Reflecting Time-of-Flight Mass Spectrometry for Comprehensive Metabolic Profiling

Aplikace | 2026 | WatersInstrumentace
LC/MS, LC/MS/MS, LC/TOF, LC/HRMS
Zaměření
Metabolomika
Výrobce
Waters

Význam tématu


Targeted metabolické profilování má zásadní význam v biomedicínském výzkumu, klinické diagnostice a v translaci objevů do praxe. Kvantitativní metody musí zajistit vysokou citlivost a selektivitu pro spolehlivou detekci a měření nízkokoncentrovaných metabolitů v komplexních matricích (např. moč). Pokrok v oblasti vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HRMS), konkrétně víceodrazových time‑of‑flight (MRT) analyzátorů, umožňuje tyto přístroje efektivně využít i pro cílené kvantifikace, čímž se překlenou rozdíly mezi untargeted a targeted přístupy a zvyšuje se analytická flexibilita jednoho pracoviště.

Cíle a přehled studie / článku


Účelem práce bylo demonstrovat pracovní postup Tof MRM (time‑of‑flight multiple reaction monitoring) na přístroji Xevo MRT P10 pro cílenou kvantifikaci přibližně 60 metabolitů v biologické matrici (moč). Studie hodnotila citlivost, selektivitu, lineární rozsah a reprodukovatelnost metody v kontextu multiplexovaného monitorování chemicky rozmanitých sloučenin a porovnala přínosy MRT‑HRMS přístupu vůči konvenčním triple‑quadrupolovým metodám.

Použitá metodika a instrumentace


Postup přípravy vzorků:
  • Interní standard: sušený U‑13C metabolitový extrakt z kvasinek byl rekonstituován ve směsi voda:methanol 1:1 (v/v) a použit pro přípravu Working Internal Standard (WIS) smícháním 1 dílu U‑13C extraktu se 4 díly acetonitril:methanol (1:1 v/v).
  • Matricová variabilita: komerční pool moči upravený pro různé hodnoty specifické hmotnosti (SG) 1.0097 až 1.0382 pomocí zředění nebo lyofilizace a rekonstituce v odlišných objemech.
  • Příprava analytických vzorků: 25 µL moči + 75 µL WIS, vortex 60 s, centrifugace 10 min při 4 °C, přenos 80 µL supernatantu do LC‑MS vialu.

Chromatografie (LC):
  • System: ACQUITY Premier UPLC System.
  • Kolona: Atlantis Premier BEH Z‑HILIC, 1.7 µm, 2.1 × 150 mm, teplota 40 °C, teplota vzorků 6 °C.
  • Objem injekce: 2 µL, průtok 0.35 mL/min.
  • Mobilní fáze obsahovala 10 mM acetátu amonného v směnách H2O/ACN; gradient optimalizovaný pro HILIC separaci polárních metabolitů (tabulka gradientu uvedena v původním dokumentu).

Hmotnostní spektrometrie (MS):
  • Přístroj: Xevo MRT P10 Mass Spectrometer, režim akvizice Tof MRM s Enhanced Duty Cycle (EDC).
  • Ionizace: ESI pozitivní a negativní (36 analyzátů v ES+, 25 v ES‑).
  • Nastavení: kapilární napětí 2 kV, desolvační teplota 500 °C, desolvační plyn 800 L/h, cone gas 50 L/h.
  • Quadrupolní izolace: jednotkové rozlišení (~1 Da); produktová iontová detekce v režimu vysokého rozlišení (±25 ppm).
  • Dwell časy optimalizovány tak, aby se sbíralo ~8–10 datových bodů na chromatografický vrchol; kolizní energie optimalizována pro každou přechodovou dvojici.
  • Lock mass: dual‑point použití leucine‑enkephalinu (ES+: m/z 556.27658 a 120.08078; ES‑: m/z 554.26202 a 130.08735).

Software a zpracování dat:
  • waters_connect platforma s aplikací MS Quan pro automatickou integraci a kvantifikaci; kalibrační křivky váženy 1/x nebo 1/x2.

Hlavní výsledky a diskuse


Klíčové body výsledků:
  • Panel zahrnoval 61 metabolitů z různých tříd (aminokyseliny, organické kyseliny, nukleotidy apod.).
  • Jako zdroj fragmentačních iontů byly použity DDA a DIA scouting experimenty; naměřená přesnost hmotnosti fragmentů byla vynikající (<2 ppm), což zvýšilo spolehlivost výběru přechodů pro Tof MRM.
  • EDC v MRT‑TOF maximálně zvýšil duty cycle a citlivost, což umožnilo krátké dwell časy při zároveň vysokém počtu přechodů na analýzu.
  • Metoda vykázala dobré chromatografické tvary a stabilní retence, umožňující úzká retenční okna (~±30 s) pro jednotlivé přechody.
  • Pro většinu sledovaných metabolit byla dosažena vysoká citlivost a lineární odezva v rámci testovaného rozsahu; 48 sloučenin splnilo kritéria pro kvantifikaci s vysokou přesností a opakovatelností (přesnost kalibračních standardů %CV ≤20 %, LLOQ ≤25 %CV).
  • Při LLOQ u několika reprezentativních analyzátů bylo dosaženo vysokého poměru signál/šum (>20), i přes nízkou absolutní intenzitu signálu — to ilustruje výhodu HRMS v potlačení matricových interferencí.

Diskuse:
Implementace Tof MRM na MRT‑TOF přístroji kombinuje selektivitu MRM přístupu s výhodami vysokého rozlišení a přesné hmotnosti. To vede ke snížení interferencí z matrice a lepšímu S/N ve srovnání s nominálním‑hmotnostním MRM na triple‑quadrupole. Díky tomu je možné multiplexované sledování širokého panelu metabolitů bez kompromisů v citlivosti, což je užitečné pro klinické a výzkumné aplikace, kde je vyžadována jak kvantifikace, tak možnost pozdějšího netargeted průzkumu na stejném přístroji.

Přínosy a praktické využití metody


Hlavní přínosy:
  • Vysoká citlivost a selektivita v komplexních matricích poskytují spolehlivou kvantifikaci nízkokoncentrovaných metabolitů.
  • Možnost simultánního provozu cílených a netargetovaných workflow na jednom HRMS zařízení zvyšuje analytickou flexibilitu laboratoře.
  • EDC a optimalizované dwell časy umožňují rozšířený multiplex bez ztráty kvality dat.
  • Streamlineované zpracování dat (waters_connect + MS Quan) usnadňuje kontrolu kvality a hromadné zpracování velkých panelů.

Praktické využití:
  • Klinická metabolomika a biomarkerové studie, kde je potřeba citlivé a specifické kvantifikace.
  • Translační výzkum sledující metabolické dráhy v biofluidech (moč, plazma).
  • Laboratoře, které chtějí konsolidovat targeted a untargeted analýzy na jedné platformě pro efektivnější workflow.

Budoucí trendy a možnosti využití


Očekávané směry vývoje a rozšíření aplikací:
  • Dále zvyšování citlivosti a duty cycle MRT‑TOF systémů pro ještě širší multiplexování a nižší LLOQ.
  • Integrace rozsáhlejších stabilně značených interních standardů pro zlepšení kvantifikace napříč matricemi a laboratořemi.
  • Pokročilé algoritmy pro automatickou selekci přechodů a postprocessing (strojové učení pro dekonvoluci matricových interferencí).
  • Rozvoj validací a standardizací metod HRMS‑Tof MRM směrem ke klinické akreditaci a regulovaným aplikacím.
  • Větší kombinace targeted panelů s netargeted daty pro komplexní fenotypizaci a objev nových biomarkerů.

Závěr


Prezentovaná aplikace ukazuje, že Tof MRM na Xevo MRT P10 poskytuje vyváženou kombinaci citlivosti, selektivity a průchodnosti pro cílené metabolické panely v komplexních matricích, jako je moč. Technologie MRT‑TOF s Enhanced Duty Cycle umožňuje multiplexované monitorování desítek metabolitů s výsledky, které konkurují tradičním triple‑quadrupolovým metodám, přičemž přidává výhodu vysokého rozlišení a přesné hmotnosti pro snížení matricových interferencí a zvýšení důvěry v identifikace. Tento přístup je vhodný pro aplikace v klinickém výzkumu a translaci, kde je požadavek na citlivou a robustní kvantifikaci spolu s možností širšího analytického průzkumu.

Reference


  1. Nagana Gowda GA, Djukovic D. Overview of Mass Spectrometry‑Based Metabolomics: Opportunities and Challenges. Methods Mol Biol. 2014;1198:3–12.
  2. Verenchikov et al. A Novel Compact Multi‑Reflecting Time‑of‑Flight Mass Spectrometer. J Am Soc Mass Spectrom. 2026 Mar 4;37(3):601–611.
  3. Tomcyzk N, Wallace A, Richardson K, Grzyb A, Wildgoose J. Targeted High Resolution Quantification with Tof‑MRM and HD‑MRM. Application Brief, 2013.
  4. Dorrani M et al. Olaris Global Panel (OGP): A Highly Accurate and Reproducible Triple Quadrupole Mass Spectrometry‑Based Metabolomics Method for Clinical Biomarker Discovery. Metabolites. 2024 May 11;14(5):280.

Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

Xevo MRT P10 Mass Spectrometer
Xevo MRT P10 Mass Spectrometer
2026|Waters|Brožury a specifikace
Integrated Single-injection Quan/Qual Characterization of Extractables and Leachables Using a Benchtop Multi- Reflecting Time-of-Flight Mass Spectrometer
Evaluation of High Resolution Mass Spectrometry (HRMS) Acquisition Strategies for the Detection and Analysis of Illicit Drug Substances
Exploring the Impact of Part Per Billion Mass Accuracy for Metabolite Identification Using Multi Reflecting Time-of-Flight MS With UPLC™ Part A