Thermo Scientific™ Q Exactive™ Series Hybrid Quadrupole- Orbitrap™ Mass Spectrometer for Metabolomics

Význam tématu

Metabolomika využívající hmotnostní spektrometrii (MS) nabízí citlivou a komplexní analýzu malých molekul v biologických matricích. Přesný a věrohodný detekční výkon MS je klíčový pro identifikaci a kvantifikaci metabolitů, včetně izobarických a nízko abundantních složek, což podporuje pokrok ve výzkumu biomarkerů, studie patofyziologie a průmyslové aplikace.

Cíle a přehled článku

Dokument představuje rodinu hybridních kvadrupól–Orbitrap systémů Thermo Scientific Q Exactive pro metabolomické studie. Zdůrazňuje výhody této řady MS přístrojů: vysoké rozlišení a hmotnostní přesnost, široký dynamický rozsah, rychlé akviziční rychlosti a flexibilní režimy analýzy (SIM, AIF, DDA, PRM, DIA). Cílem je prokázat, proč tyto systémy představují ideální volbu pro základní i aplikovaný výzkum metabolomiky.

Použitá metodika a instrumentace

Analýzy jsou prováděny většinou technikou LC–HRAM–MS/MS na platformě Thermo Scientific Q Exactive Series (Focus MS, Q Exactive MS, Q Exactive Plus MS, Q Exactive HF MS a Q Exactive HF-X MS). Využívá se ultra-vysokopolního Orbitrap analyzátoru, segmentovaný kvadrupól a pokročilé systémy iontového vedení (AABG, C-trap), které umožňují vysokou selektivitu, sensitivitu a reprodukovatelnost měření.

Hlavní výsledky a diskuse

• Rozlišení izobarických metabolit: Při rozlišení ≥60 000 (FWHM) dochází k oddělení argininu a N-acetylornithinu (∆m = 65 ppm).
• Zvýšená detekce metabolitů: Přechod z rozlišení 30 000 na 60 000 vede k nárůstu identifikovaných metabolitů o 40 %, při 120 000 o dalších 10 %.
• Skanovací rychlost: Ultra-HF Orbitrap analyzátor nabízí stejný počet skenů za polovinu času, čímž stoupá hloubka analýzy komplexních vzorků.
• Stabilita hmotnostní přesnosti: Sub-ppm odchylky i po 55 h kontinuálního provozu (D8-valin, D4-sukcinát).
• Izotopové studie: Rozlišení ^13C/^15N izotopologů ATP vyžaduje ≥120 000 pro spolehlivou separaci.
• Cílená metabolomika: Použití kitu AbsoluteIDQ® p400 HR umožnilo kvantifikaci 408 metabolitů a lipidu v séru diabetiků a kontrol, s %RSD většinou <20 %.
• Untargeted přístupy: Q Exactive HF-X MS dosahuje o 60 % vyššího počtu lipidových identifikací než starší model, a to i při zkráceném chromatografickém gradientu.

Přínosy a praktické využití metody

Rodina Q Exactive MS nabízí jedinou platformu pro kvalitativní i kvantitativní experimenty, včetně stabilních izotopových sledování, cílené a necílené metabolomiky, lipidomiky a proteomiky malých molekul. Jednotné uživatelské rozhraní a snadná údržba zkracují dobu přípravy metod a optimalizace, což podporuje vysokou průchodnost vzorků a rutinní provoz v akademických i průmyslových laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další trend představuje prohloubení multiplexních akvizičních režimů, integrace dat z více omikových vrstev, automatizace přípravy vzorků a pokročilé algoritmy pro analýzu HRAM dat. Vyvíjejí se přístupy ke prostorové metabolomice a okamžitému monitorování metabolických změn in vivo, což rozšiřuje uplatnění ve farmakokinetice, klinické diagnostice a precizní medicíně.

Závěr

Thermo Scientific Q Exactive Series představuje vysoce výkonnou, všestrannou a spolehlivou platformu pro metabolomiku a související aplikace. Vysoké rozlišení, přesná hmotnost a rychlá akvizice zvyšují jistotu identifikace a kvantifikace metabolitů, což podporuje pokrok ve vědeckém výzkumu i rutinních aplikačních analýzách.

Použitá instrumentace

• Thermo Scientific Q Exactive Focus MS
• Thermo Scientific Q Exactive MS
• Thermo Scientific Q Exactive Plus MS
• Thermo Scientific Q Exactive HF MS
• Thermo Scientific Q Exactive HF-X MS

Reference

• 1. Ntai I, Tautenhahn R, Stratton T, Kalli A, Souza A, Huhmer A. Advantage of high resolution accurate mass spectrometry for metabolite identification in untargeted metabolomics studies. ASMS poster.
• 2. NIST SRM 1950 Metabolites in Frozen Human Plasma. nist.gov.
• 3. Chokkathukalam A, Kim D-H, Barrett MP, Breitling R, Creek DJ. Stable isotope-labeling studies in metabolomics. Bioanalysis. 2014;6(4):511–524.
• 4. Kalli A, Bennett B, Wang J, Ding C, Tautenhahn R. Metabolomic analysis of 13C/15N labeled metabolites using high resolution Orbitrap MS. ASMS poster.
• 5. Rochat B. From targeted quantification to untargeted metabolomics: why LC-HRAM-MS will become a key instrument in clinical labs. TrAC Trends Anal Chem. 2016;84(B):151–164.