IMPROVED SELECTIVITY AND ACQUISITION SPEED USING DESI QUADRUPOLE BASED MASS SPECTROMETER

Význam tématu

Desorption electrospray ionization (DESI) mass spectrometry imaging je klíčová metoda pro mapování distribuce malých molekul v biologických tkáních bez nutnosti rozsáhlé přípravy vzorku. Integrace DESI s režimem Multiple Reaction Monitoring (MRM) na kvadrupólovém hmotnostním spektrometru zvyšuje selektivitu a akviziční rychlost, což má zásadní dopad v oblasti farmakokinetiky, toxikologie a průmyslové analytiky.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo demonstrovat možnosti nového DESI XS zdroje ve spojení s tandemovým kvadrupólem Xevo TQ-XS a softwarovým modulem High Definition Imaging (HDI) pro:

• kvantitativní zobrazení šesti modelových léčiv na poraninných porcích jater prasečího původu,
• lokalizaci čtyř léčiv a jejich hlavních metabolitů v mozku, játrech a ledvinách myší po perorálním podání,
• vyhodnocení citlivosti, linearity a selektivity metody.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky:

• 16 µm řezy prasečích jater s nanesenými ten-násobnými ředěními 1 pg–10 000 pg každého léčiva.
• Tkáně mozku, jater a ledvin myší po dávce Olanzapinu, Erlotinibu, Moxifloxacinu a Terfenadinu (10–25 mg/kg) v časech 2 a 6 hodin.

DESI podmínky:

• Solventní směs 98:2 methanol/voda s 0,1 % kyselinou mravenčí a standardní interní standard leucine-enkefalin (200 pg/µL), průtok 2 µL/min.
• Napětí sprayeru 0,8 kV, dusík jako nosný plyn (10 psi), velikost pixelu 50 µm.
• High-Performance DESI sprayer a HDI 1.6 plugin pro co-registraci optické a hmotnostní mapy.

MS podmínky:

• Hmotnostní spektrometr Xevo TQ-XS v pozitivním ionizačním módu DESI.
• MRM režim s nastavenými přechody, sesterskými ionty, časem akvizice 10 pixelů/s, kuželové napětí 20 V, teplota zdroje 100 °C.
• Data zpracována a zobrazena v HDI, kvantifikace pomocí kalibračních křivek.

Hlavní výsledky a diskuse

Spotové experimenty na prasečích játrech potvrdily detekovatelnost šesti léčiv při 10–100 pg na pixel s vynikající lineárností (R2 > 0,9997). Při analýze tkání myší metoda identifikovala čtyři podaná léčiva a klíčové metabolity (např. hydroxyolanzapin, desmethyl-erlotinib, karboxyterfenadin) s jasnou tkáňovou lokalizací v mozku, játrech a ledvinách. Rychlý MRM akviziční režim umožnil zpracování obrazových dat v reálném čase bez ztráty specificity.

Přínosy a praktické využití metody

Metodika přináší:

• Vysokou selektivitu díky MRM.
• Minimální přípravu vzorku a rychlou analýzu (10 pixelů/s).
• Možnost simultánního zobrazování léčiv a jejich metabolitů.
• Jednoduchou integraci do workflow prostřednictvím pluginu HDI.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozšíření této platformy pro:

• analýzu komplexních biologických matričních efektů,
• využití strojového učení pro automatizované rozpoznávání vzorců distribuce,
• kombinaci s dalšími zobrazovacími metodami (např. MALDI-MSI, iontová mobilita),
• škálovatelné nasazení v klinické farmakokinetice a toxikologii.

Závěr

Implementace DESI XS sprayeru a MRM akvizice na Xevo TQ-XS poskytuje robustní, vysoce selektivní a rychlý přístup k masovému spektrometrickému zobrazování léčiv a jejich metabolitů v tkáních. Metoda nabízí vynikající citlivost, lineárnost i reprodukovatelnost a je připravena pro širší využití ve výzkumu i průmyslu.

Reference

1. L. Lamont, D. Hadavi, B. Viehmann, B. Flinders, R. M. A. Heeren, R. Vreeken, T. P. Porta Siegel; Quantitative mass spectrometry imaging of drugs and metabolites: a multiplatform comparison; Analytical and Bioanalytical Chemistry; 413, 2779–2791 (2021)