Identification of Potential Metabolites of Pharmaceutical Residues Detected in an Environmental Water Sample

Význam tématu

V posledních letech roste obava z výskytu pesticidů, léčiv a osobních hygienických produktů (PPCP) ve vodách po celém světě. Sleduje se nejen přítomnost těchto sloučenin, ale i jejich metabolitů, které mohou mít odlišnou toxicitu a trvanlivost. Kombinace vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HRMS) a informačního systému UNIFI umožňuje velmi citlivé a selektivní neadresné screeningové metody.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem bylo z datového souboru zkoumat potenciální metabolity farmaceutických reziduí detekovaných ve vzorku studniční vody. Autoři znovu vyhodnotili předchozí dataset pomocí modulu pro identifikaci metabolit v UNIFI, aby rozšířili know-how o transformačních mechanismech a obohatili knihovnu o nové sloučeniny.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorek studniční vody byl před analytickým měřením tisícinásobně obohacen. Analýza proběhla na systému ACQUITY UPLC I-Class s kolonkou HSS C18 a na hmotnostním spektrometru Xevo G2-S QTof v režimu MS E. Data se střídavě sbírala při nízké a vysoké kolizní energii, což poskytlo přesné hmotnosti prekurzorových i fragmentačních iontů. Softwarový balík UNIFI řídil akvizici, vyhodnocení i generování transformačních cest pro identifikaci metabolitů.

Hlavní výsledky a diskuse

Ze čtyř původně screeningem potvrzených sloučenin se u tří neprojevily žádné metabolity. U karbamazepinu byla identifikována tři potenciální metabolity s přesnými hmotnostmi a retencemi. Transformační algoritmus UNIFI prováděl systémové říznutí molekuly a testoval oxidace, hydroxylace a další biotransformační cesty. Fragmentační spektra z vysoké kolizní energie potvrdila souvislost mezi prekurzorem a navrženými metabolity. Společné fragmenty a neutrální ztráty zvýšily věrohodnost identifikace.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlý a široký neadresný screening stovek až tisíců sloučenin a jejich aduktů.
• Minimalizace falešně pozitivních detekcí díky kombinaci retence a fragmentačních dat.
• Možnost přidávání nově potvrzených metabolit do vědecké katalogové knihovny UNIFI pro budoucí rutinní analýzy.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozvoj in silico predikce metabolit a automatizace transformačních algoritmů.
• Integrace dat z různých matic (povrchové, podzemní, odpadní vody) pro komplexní environmentální monitoring.
• Využití strojového učení pro zlepšení identifikace a kvantifikace neznámých kontaminantů.

Závěr

Kombinace UPLC/MS E a UNIFI umožnila efektivně detekovat a potvrdit tři nové metabolity karbamazepinu ve vodním vzorku. Zachycení jak prekurzorových, tak fragmentačních dat a možnost exportu nově identifikovaných sloučenin do centrální knihovny výrazně zvyšují schopnost laboratoří provádět rychlý a spolehlivý screening environmentálních vzorků.

Reference

1. S. Richardson. Environmental Mass Spectrometry: Emerging Contaminants and Current Issues. Anal Chem. (2012) 84: 747–778.
2. C. Mallet, G. Cleland, J. Burgess. Screening Environmental Samples For a Diverse Range of Compounds With Accurate Mass LC-MS and an Integrated Scientific Information System. Waters Application Note no. 720004810en (2013).
3. C. Mallet, G. Cleland, J. Burgess. Multi-residue analysis of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) in water using the ACQUITY UPLC H-Class and the Xevo TQD tandem mass spectrometer. Waters Application Note no. 720004813en (2013).
4. R.J. Mortishire-Smith et al. Generic dealkylation: a tool for increasing the hit-rate of metabolite rationalization, and automatic customization of mass defect filters. Rapid Commun Mass Spectrom. (2009) 23(7): 939–948. DOI: 10.1002/rcm.3951.