24. Škola MS 2023 - den 5

Letošní Škola hmotnostní spektrometrie je po 5ti intenzivních dnech za námi. Poslední dopoledne obsahovalo 7 odborných přednášek ve 2 sekcích, závěrečné předávání ceny za nejlepší plakátová sdělení a oficiální zakončení.

V pořadí 13. odborná sekce byla zaměřena na zpracování dat a validace metod se zaměřením na metabolomiku nebo hmotnostně-spektrometrické metody. Následovala přednáška o selektivitě Phenylových kolon a nových možností orbitálních pastí.

Závěrečná sekce již patřila aplikacím. Jak používat "Acustic droplet ejection" ve spojení s ESI-MS, jak vyžívat UHPLC-HRMS ve farmaceutické QC a jakou roli hraje MS v toxikologických aplikacích jsme se dozvěděli v posledních 3 přednáškách.

A nastal tak konec 24. ročníku Školy hmotnostní spektrometrie, kterého se účastnilo 272 odborníků s průměrným věkem 38 let. Z toho bylo 101 účastníků z univerzitního prostředí, 53 z prostředí akademického a 61 z komerční podnikové sféry.

SSJMM: Předání ocenění za nejlepší plakátové sdělení 24. Školy MS (Sponzorem soutěže je společnost Pragolab)

Viděli jsme:

• 12 klasických přednáškových sekcí a 37 odborných přednášek
• slavnostní sekci předání Ceny V. Hanuše a přednášku jejího laureáta
• sekci mladých - Mládí vpřed, 6 přednášek
• 9 firemních přednášek - ke stažení v knihovně
• sekci plakátových sdělní, 40 posterů + prezentaci historie Školy MS

PÁTEK

SEKCE XIII. STATISTICKÉ ZPRACOVÁNÍ DAT A VALIDACE METOD

• Předsedající: Vladimír Vrkoslav

8:30 - 9:15 Statistické zpracování dat v metabolomických studiích

• Eva Cífková

9:15 - 10:00 Validace hmotnostně-spektrometrických metod

• David Friedecký

10:00 - 10:15 Phenylová selektivita

• Jan Vlasák - Phenomenex
• pdf přednáška ke stažení

10:15 - 10:30 Nové možnosti orbitálních pastí

• Lukáš Plaček - Pragolab
• pdf přednáška ke stažení

Společnost Thermo Fisher Scientific uvedla letos na trh nový hmotnostní spektrometr Orbitrap Astral jako jeden z nejvýznamnějších pokroků v oblasti hmotnostní spektrometrie za poslední desetiletí. Díky značné poptávce v proteomických, metabolomických a lipidomických kruzích po instrumentu, který by s maximální rychlostí a velmi vysokým rozlišením identifikoval látky s extrémně odlišným koncentračním zastoupením (> 12 řádů), se poprvé zrodil nástroj s více vysoce rozlišujícími hmotnostními analyzátory fungujícími synchronně a paralelně.

Hmotnostní spektrometr Orbitrap Astral kombinuje tři hmotnostní analyzátory: kvadrupólový hmotnostní analyzátor pro vysokou selektivitu a vysoký přenos iontů, hmotnostní analyzátor Orbitrap pro měření s vysokým dynamickým rozsahem a vysokým rozlišením a nový analyzátor Astral pro rychlá a citlivá měření. Kombinací těchto tří hmotnostních analyzátorů a souběžnou koordinací pěti samostatných iontových paketů v rámci přístroje je dosaženo nového standardu pro výkonnost hmotnostní spektrometrie, který pomůže posunout hranici poznatků v přírodních vědách.

SSJMM: Nové možnosti orbitálních pastí (Lukáš Plaček)

10:30 - 11:00 PŘESTÁVKA NA KÁVU

SEKCE XIV. APLIKACE

• Předsedající: David Friedecký

11:00 - 11:30 "Acustic droplet ejection" ve spojeni s ESI-MS

• Anna Janovská

SSJMM: Acustic droplet ejection ve spojeni s ESI-MS (Anna Janovská)

11:30 - 12:00 Potřebujeme UHPLC-HRMS ve farmaceutické kontrole kvality?

• Lucie Nováková

12:00 - 12:30 MS v toxikologii

• Martin Kuchař

SSJMM: MS v toxikologii (Martin Kuchař)

12:30 - 12:50 Zakončení 24. Školy MS

• Josef Cvačka

SSJMM: Zakončení 24. Školy MS (Josef Cvačka)

12:50 - 14:00 OBĚD

Nejlepší přednáška v sekci Mládí vpřed 24. ročníku Školy MS

Přímá analýza pylových zrn s využitím modifikované ASAP-MS techniky

• PETRA KREJČÍ

Mikroskopická analýza je běžně využívaným nástrojem pro identifikaci pylových zrn, kde jsou jednotlivé druhy pylových zrn identifikovány na základě jejich morfologie bez znalosti chemického složení pylového zrna. Za účelem studia chemického složení pylových zrn je nejčastěji využíváno spojení plynové chromatografie s hmotnostní spektrometrií (GC/MS).

Doposud však nebyla realizována studie, která by se zabývala analýzou taxonomicky odlišných druhů pylových zrn se zaměřením na jejich chemickou odlišnost. Navíc využívané GC/MS přístupy vyžadují extrakci analytů z pylových zrn do kapalné fáze, což může vést k diskriminaci některých analytů na základě použitých extrakčních rozpouštědel.

Tento příspěvek se zabývá studiem chemického složení vybraných druhů pylových zrn zvolených na základě taxonomické odlišnosti/příbuznosti, zbarvení a vzhledu povrchu. Pro účely rychlé a přímé analýzy pylových zrn byla modifikována kapilára pro hmotnostní spektrometrii s přímou sondou (analýzu pevných vzorků za atmosférického tlaku, ASAP-MS). S využitím elektronicky řízeného mikromanipulátoru byly vyizolovány klastry o definovaném počtu pylových zrn, které byly následně umístěny do modifikované kapiláry a přímo analyzovány technikou ASAP-MS. ASAP-MS analýza poskytla informace o chemickém složení studovaných druhů pylových zrn a s využitím PCA analýzy experimentálně získaných dat bylo dosaženo dělení jednotlivých druhů na základě jejich chemické odlišnosti. Byly identifikovány biomarkery, které byly pro daný druh buď specifické nebo byly ve spektrech pozorovány se značně vyšší intenzitou oproti ostatním druhům. Na základě PCA plotu se nejvíce odlišoval borovicový pyl, jediný zástupce jehličnanů a nahosemenných rostlin. Jeho výrazná odlišnost je způsobena malou chemickou variabilitou, která souvisí jak se způsobem šíření pylu, tak i s evoluční zastaralostí a vývojovou izolací studovaného druhu. Ostatní studované druhy, zástupci krytosemenných rostlin, byly děleny na základě chemických odlišností souvisejících s jejich taxonomickou klasifikací, přičemž značnou chemickou odlišnost vykazoval slunečnicový pyl, který je bohatý na charakteristické látky lipidické povahy. Modifikovaná ASAP-MS technika se ukázala jako vhodný nástroj ke studiu chemické variability a charakterizace různých druhů pylu.

Současně byly s využitím mikromanipulátoru izolovány definované počty pylových zrn slunečnice (1 - 10 pylových zrn), které byly vždy vloženy do modifikované kapiláry a následně přímo analyzovány technikou ASAP-MS. Přičemž pozornost byla zaměřena na přítomnost signálu odpovídající helianyl oktanoátu jakožto specifické složky pylového zrna slunečnice. Signál zmíněné látky byl pozorován ve všech spektrech s klesající intenzitou v závislosti na snižujícím se počtu analyzovaných pylových zrn, avšak vždy dostatečně odlišený od pozadí ve spektru. Dosažené výsledky potvrdily využitelnost zavedeného postupu k analýze jednoho pylového zrna umožňující jeho identifikaci a klasifikaci.

Modifikovanou ASAP-MS techniku je možno využít k rychlé a přímé mikroanalýze rozmanitých pevných materiálů rostlinného původu bez předchozí úpravy studovaného vzorku a současně nabízí další možnosti pro analýzu struktur na úrovni jedné buňky nebo buněčné struktury.

Nejlepší plakátová sdělení 24. ročníku Školy MS

1. Mass spectrometry methods and instrumentation for the space dust generation

• ANATOLII SPESYVYVI

Nanometer to micrometer size ice particles as constitute of cosmic dust can originate from comets, plumes on icy satellites, hypervelocity meteoroid impacts on different icy surfaces. Mass spectrometric measurements of the molecular composition of such ice grains from Enceladus with the Cosmic Dust Analyzer on the Cassini spacecraft revealed the presence of organic molecules with masses over 200 amu. For future missions thus it is essential to have laboratory source of hypervelocity ice particles, which facilitates testing of new generation of the space high resolution mass spectrometric detectors. This requirement can be divided into two conceptual parts: the ice particle generation and the ice particle acceleration. We have developed instrument SELINA (Selected Ice Nanoparticle Accelerator) which resolves the ice particle generation part of the task. On the basis of our mass spectrometry experience we have applied and combined existing techniques to produce well defined beam of size selected icy nanoparticles on the output of the apparatus.

The highly charged water droplets are generated via electrospray ionization source with subsequent transfer from atmosphere pressure into the vacuum accompanied by the evaporative cooling and transition of water droplets from liquid phase to ice. The combination of two frequency controlled quadrupoles with differential pumping allows to produce charged particle beams of specified narrow size distributions within a range of 50-1000 nm diameter with 0.1-1 Hz repetition rates. The individual particle charge and velocity is measured by the non-destructive single pass charge detector. Special efforts were made to design SELINA as a compact transportable apparatus. As a result, all parts of instrument can be fitted on the two 19’’ cart (except for mechanical pumps) including control electronics. This allows to combine SELINA particle source with different stationary accelerators.

Komplexní metabolomická studie vzorků močí a sér pacientů trpících deficitem ATP syntasy

• DANA DOBEŠOVÁ

Dědičné metabolické poruchy (DMP) tvoří velkou skupinu závažných onemocnění způsobených defekty enzymů nebo jiných proteinů. Řadí se k nim například také poruchy oxidativní fosforylace v mitochondriích. TMEM je velmi vzácné autosomálně recesivní onemocnění projevující se poruchou ATP syntasy, pátého komplexu dýchacího řetězce zodpovědného za tvorbu ATP. Příčinou tohoto onemocnění je mutace v genu TMEM70, který se podílí na stavbě struktury tohoto enzymu. Předmětem zájmu této studie bylo popsat patobiochemické procesy u pacientů trpících touto poruchou.

Pro komplexní popis změn v metabolickém profilu TMEM pacientů bylo použito 21 vzorků sér a 25 močí, které byly porovnávány s profily 38 sér a 37 močí získaných od zdravých jedinců. U pacientů se v několika případech jednalo o opakované odběry. Vzorky sér byly podrobeny cílenému metabolomickému přístupu. Pro analýzu močí byla zvolena kombinace metabolomiky a metody organických kyselin. Oba typy přístupů byly provedeny pomocí ultraúčinné kapalinové chromatografie spojené s tandemovou hmotnostní spektrometrií. Získaná data byla následně podrobena processingu a statistickému zpracování, zahrnující jednorozměrné a vícerozměrné (ne)supervizované metody.

Cílená metabolomická analýza detekovala v sérových vzorcích 124 metabolitů. Analýza močových vzorků odhalila 214 metabolitů. Jednalo se o aminokyseliny a jejich deriváty, aminy, acylkarnitiny, acylglyciny, peptidy, koenzymy, organické kyseliny, puriny a pyrimidiny a sacharidy. U obou materiálů byly zjištěny významné rozdíly v metabolickém profilu pacientů v porovnání se zdravými kontrolami, především v hladinách organických kyselin a aminokyselin. Sérový a močový profil TMEM pacientů byl výrazně ovlivněn zvýšenými hladinami meziproduktů metabolismu pyruvátu a citrátového cyklu. To mohlo souviset přímo s deficitem ATP syntasy, která je závislá v rámci dýchacího řetězce na dodávce elektronů ze zmíněného cyklu. Buňka je následně nucena k podpoře anaerobního dýchání, a tedy k aktivaci glykolýzy a zvýšené produkci pyruvátu a laktátu. Po objasnění všech významných změn mohou výsledky naší studie přispět k pochopení patobiochemie související s tímto onemocněním a zlepšit tak i diagnostické přístupy.

Reversed-phase UHPLC/MS Approach for the Analysis of Lipids in Human Plasma from Pancreatic Cancer Patients and Long Survivors

• ZUZANA VAŇKOVÁ

Lipids are diverse endogenous biomolecules that play an important role in human metabolism. Their dysregulation is related to many serious diseases, e.g., various types of cancer. Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is one of the most common causes of cancer-related deaths worldwide, with an average 5-year survival rate of less than 10%. Comprehensive lipid profiling currently appears to be a possible way of early detection of this type of cancer. Mass spectrometry is the primary technique for lipidomic analysis, and the connection to separation methods enables the identification and quantification of a large number of lipids from various lipid categories.

The main objective of this study was to apply our robust and high-throughput quantitative reversed-phase ultrahigh-performance liquid chromatography (RP-UHPLC) method to the lipidomic profiling of PDAC patients . The main advantage of separation in RP mode is the possibility of distinguishing isobaric molecules due to the predictable retention behavior of logical lipid series. This approach allows the quantitation of more lipid species than in case of other lipid class separation methods. The UHPLC is coupled to a low-resolution mass spectrometer, where the characteristic transitions of each lipid species were measured by multiple reaction monitoring (MRM) scanning.

This fully validated method enables the quantitation of more than 450 lipid species in PDAC samples, healthy volunteers, and long-term survivors of PDAC (more than 5-year survival without recurrence). The unsupervised PCA without sample classification and supervised OPLS-DA with known sample classification were performed to visualize dysregulated lipids in PDAC samples. The most downregulated lipid classes include sphingolipids with very long fatty acyl chains (e.g., SM 41:1;O2 and Cer 41:1;O2), which is in agreement with previously published data. These results provide clear evidence that long-term survivors retain characteristics of the cancer group, which indicates that the changes in sphingolipid metabolism are permanent even after recovery from PDAC.