New innovations implemented on the Q Exactive HF mass spectrometer

Význam tématu

Orbitrapové hmotnostní spektrometry jsou klíčové pro analytickou chemii díky vysokému rozlišení, přesné hmotnostní analýze a širokému spektru aplikací od proteomiky až po kvantitativní analýzy malých molekul. Zvýšení rychlosti skenování a iontového toku umožňuje hlubší průzkum komplexních biologických vzorků, zkrácení doby analýzy a zlepšení kvality dat.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem bylo navrhnout a ověřit novou generaci hybridního kvadrupól-Orbitrapu s označením Q Exactive HF-X, která poskytuje dvakrát vyšší rychlost MS/MS, lepší přenos iontů a nižší limity detekce ve srovnání se stávajícím modelem Q Exactive HF. Studie zahrnovala modifikaci zdrojové části, porovnávací experimenty a aplikace v proteomice, analýze intactních proteinů a kvantifikaci malých molekul.

Metodika

Modifikace původního přístroje zahrnovaly:

• instalaci vysokokapacitní transferové trubice (HCTT) a elektrodynamického iontového trychtýře pro zvýšení iontového toku,
• úpravu Advanced Active Beam Guide ke kontrole tlaku a snížení tvorby solventních klastrů,
• zvýšení výkonnosti předvakuu pomocí dvou výkonných pump,
• optimalizaci údržných časů skenování a rozpoznávání nábojových stavů.

Použitá instrumentace

Hmotnostní spektrometr Q Exactive HF-X (Thermo Scientific)
Kapalinová chromatografie EASY-nLC 1200 s kolonkou Acclaim PepMap 100 C18 (25 cm)
Software Proteome Discoverer 2.1 pro zpracování dat

Hlavní výsledky a diskuze

Ve srovnávacích měřeních bylo prokázáno:

• 2,8× vyšší iontový tok měřený elektrometry,
• zkrácení časů vpravení iontů MS/MS o 3–5×,
• maximální skenovací frekvence až 40 Hz (1 FS + 40 ms2) bez ztráty citlivosti,
• v proteomice HeLa digesto zvýšení počtu identifikovaných peptidů o 44 % a proteinových skupin o 11 %,
• možnost získat stejné výsledky proteomiky při poloviční délce gradientu (30 min vs. 60 min),
• analýza intactní monoklonální protilátky (trastuzumab) přinesla až 10× lepší poměr signál/šum,
• kvantitativní analýza malých molekul pomocí t-SIM prokázala čtyřřádový dynamický rozsah a limit detekce až 5× nižší než u Q Exactive HF (10 pg/ml při CV < 15 %).

Přínosy a praktické využití metody

Zvýšení rychlosti a citlivosti vede k efektivnějšímu zpracování biologických a klinických vzorků, rychlejší kvantifikaci v QA/QC laboratořích, lepšímu pokrytí post-translačních modifikací a přesnějšímu určení intactních biomolekul.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj vysokorychlostní datově nezávislé akvizice (DIA), integrace s multi-omics workflow, zdokonalení algoritmů pro rozpoznávání nábojových stavů a vyšší rozlišení při zachování rychlosti skenování.

Závěr

Q Exactive HF-X představuje významný technologický pokrok sobě rychlejším skenováním, vylepšeným přenosem iontů a vyšší citlivostí napříč aplikacemi od proteomiky až po analýzu malých molekul. Umožňuje hlubší a rychlejší analýzy s nižšími limity detekce.

Reference

1. Scheltema RA, Hauschild JP, Lange O, Hornburg D, Denisov E, Damoc E, Kuehn A, Makarov A, Mann M. Mol Cell Proteomics. 2014 Dec;13(12):3698-708.
2. Kelstrup CD, Jersie-Christensen RR, Batth TS, Arrey TN, Kuehn A, Kellmann M, Olsen JV. J Proteome Res. 2014 Dec 5;13(12):6187-95.