Leveraging Multidimensional Separations to Enhance Traditional LC-MS Lipidomics Workflows

Význam tématu

Lipidomika představuje klíčový nástroj pro zkoumání složitého složení lipidů v biologických vzorcích. Vysoká přítomnost izomerů a blízce příbuzných lipidů komplikuje jejich analýzu, což vyžaduje pokročilé separační techniky kombinované s masovou spektrometrií. Integrace dvourozměrné chromatografie (2D-LC) a iontové mobility (IM-MS) přináší hlubší vhled do struktury lipidů, zlepšuje rozlišení a zvyšuje počet identifikací.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit přínos kombinace 2D-LC (HILIC vs. reverzní fáze) s technikou All Ions IM-MS pro lipidomické workflow. Autoři adaptovali známé HILIC a RP metody na Agilent 1290 LC systém a následně aplikovali Agilent 6560 Ion Mobility Q-TOF. Studie se zaměřila na hodnocení počtu anotací lipidů, kvality separace a možnosti následné kvantifikace a profilování lipidů.

Použitá metodika a instrumentace

Pro experimenty byla použita následující instrumentace:

• Likvidní chromatograf Agilent 1290 Infinity II s HILIC a Poroshell 120 EC-C18 kolonkami (3.0×100 mm).
• Mobilní fáze pro HILIC: acetonitril (0,1 % kyseliny octové) a směs ACN/MeOH/H2O (50:20:30 v/v) s 20 mM NH4HCO2.
• Mobilní fáze pro reverzní fázi: MeOH/H2O (10:90, 0,1 % FA, 20 mM NH4HCO2) a ACN/MeOH/IPA (20:30:50, 0,1 % FA, 20 mM NH4HCO2).
• Agilent 6560 Ion Mobility Q-TOF s All Ions IM-MS fragmentací a single field přístupem pro výpočet CCS.
• Software Lipid Annotator pro anotace driftově zarovnaných fragmentů, Agilent MassHunter Mass Profiler Professional, ID Browser a Skyline pro zpracování MS1 dat a kvantifikaci.

Hlavní výsledky a diskuse

Studie prokázala, že kombinace 2D-LC a All Ions IM-MS významně rozšiřuje počet identifikovaných lipidů. Heart-cutting a hybridní vysokorozlišující 2D-LC umožnily delší druhou chromatografii, čímž se zlepšilo rozlišení složitých lipidových směsí. Softwarové nástroje ukázaly vysokou míru důvěry v anotace díky masové přesnosti, době zadržení, CCS a kvalitě MS/MS spektrogramů. Vizualizace 2D dat pomocí m/z vs. RT vs. DT umožnila detailní průzkum lipidových tříd a odhalila nové regiony, například složité oblasti triglyceridů.

Přínosy a praktické využití metody

Výsledná workflow nabízí:

• Vyšší diferenciaci izomerů a izobarických lipidů díky multidimenzionálnímu dělení.
• Možnost vytvářet vlastní databáze (PCDL) s hmotnostmi, RT, CCS a MS/MS spektry pro cílenou i necílenou analýzu.
• Flexibilní zpracování MS1 dat v Mass Profiler Professional nebo Skyline pro kvantitativní profilování lipidů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj vizualizačních nástrojů pro 3D data (RT1 vs. RT2 vs. DT), optimalizace 2D-LC metod pro specifické lipidové třídy a zdokonalení algoritmů pro zarovnání precursor-fragment v All Ions IM-MS. Integrace s dalšími omickými platformami nabídne komplexní přístup k biologické charakterizaci.

Závěr

Prezentované multidimenzionální lipidomické workflow výrazně zvyšuje počet a kvalitu lipidových anotací. Kombinace 2D-LC a iontové mobility poskytuje robustní platformu pro hlubší charakterizaci lipidů a nabízí praktické řešení pro výzkum i průmyslovou analytiku.

Reference

• Unraveling the Complexity of Lipidomes by Multiple Heart Cutting Q-TOF LC-MS with the Agilent 1290 Infinity 2D-LC Solution, G. Vanhoenacker et al., Application Note Biotherapeutics and Biosimilars, 2015.
• Improving Coverage of the Plasma Lipidome Using Iterative MS/MS Data Acquisition Combined with Lipid Annotator Software and 6546 LC/Q-TOF, J. Koelmel et al., Application Note Lipidomics, 2019.
• An Interlaboratory Evaluation of Drift Tube Ion Mobility Collision Cross Section Measurements, S. M. Stow et al., Anal. Chem. 2017, 89(17), 9048-9055.
• Skyline: An Open Source Document Editor for Creating and Analyzing Targeted Proteomics Experiments, B. MacLean et al., Bioinformatics. 2010, 26(7), 966-968.