Forensic and toxicology screening in human blood using a QTOF mass spectrometer and DIA

Význam tématu

V oblasti forenzní a klinické toxikologie roste potřeba spolehlivých metod pro identifikaci širokého spektra látek v biologických matricích. Vysokorozlišující hmotnostní spektrometrie (HRMS) založená na QTOF technologii ve spojení s režimem data independent acquisition (DIA-MS/MS) nabízí přesnou detekci a strukturální informace potřebné pro screening cílených i necílených (untargeted) analýz v komplikovaných vzorcích krevních vzorků.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo převést existující triple kvadropleksní LC-MS/MS metodu pro rutinní toxikologický screening na platformu QTOF LCMS-9030 a ověřit výkonnost nově vyvinuté vysoce vykřeslené forenzní toxikologické knihovny. Metoda byla validována pro detekci přibližně 1000 cílových sloučenin při zachování vysoké specificity i citlivosti.

Použitá metodika a instrumentace

• Příprava vzorků: krevní vzorky dopované panelovým mixem drog (benzoylekgonin, kodein, fentanyl, hydrokodon, hydromorfon, methadon, metamfetamin, morfin, temazepam) v rozmezí 5–5000 ng/mL; extrakce pevnou fází.
• Chromatografie: Shim-pack Velox Biphenyl (2,1×100 mm, 2,7 µm); průtok 0,3 mL/min; binární gradient (voda/methanol s 2 mM formiátovým amonným solí a 0,002 % kyselinou mravenčí); doba analýzy 17 min.
• Spektrometrie: QTOF LCMS-9030; ESI pozitivní/záporný mód; survey scan m/z 40–900; DIA-MS/MS režimy m/z 40–500 (izolace 25 Da, CE 5–55 V) a m/z 40–900 (izolace 35 Da, CE 5–55 V).
• Datové zpracování: cílová knihovna Shimadzu Forensic Toxicology DataBase (>1000 jediných látek) + externí MS/MS repozitáře (Wiley, HighResNPS); metrika podobnosti (dot product) s váhami pro přesnost hmotnosti a intenzitu fragmentů.

Hlavní výsledky a diskuse

• Šestnáct vzorků dopovaných panelovými drogami prokázalo identifikaci 9 cílových látek s vysokou jistotou.
• Průkaz metamfetaminu a benzoylekgoninu byl potvrzen opakovaným porovnáním s několika knihovnami (Shimadzu, Wiley MMHW, Oberacher, HighResNPS), přičemž hodnoty similarity indexu (SI) výrazně překračovaly stanovený práh.
• Navzdory rozdílům v typech MS/MS instrumentů a napájecích energiích fragmentace poskytly různé repozitáře konsistentní podpůrné důkazy pro jednoznačnou identifikaci.

Přínosy a praktické využití metody

Implementace QTOF-DIA přístupu umožňuje:

• Vysokou flexibilitu pro cílené i necílené screeningy.
• Rychlou validaci nálezů díky multi-knihovnímu porovnávání.
• Široké pokrytí i nově se objevujících psychoaktivních látek (NPS).
• Možnost zpětného prohledávání datových archivů bez nutnosti opětné analýzy vzorků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozšiřování kvalitních MS/MS knihoven včetně crowdsourcingových databází, využití umělé inteligence pro automatizované párování spekter, integrace kvantitativních metod a rozvoj miniaturizovaných HRMS přístrojů pro on-site forenzní screening.

Závěr

Vyvinutý workflow QTOF s DIA-MS/MS a multi-knihovním vyhledáváním nabízí robustní, citlivý a vysoce spolehlivý postup pro rutinní forenzní a klinickou toxikologii. Kombinace in-house a externích repozitářů výrazně posiluje důvěru v identifikaci širokého spektra látek.

Reference

1. Wang E.H., Olive S.R., Loftus N.J., Davis J., Lieberman R., Chitranshi P., Olendorff S., Barnabe L., Gilles C.T. Forensic and toxicology screening in human blood using a QTOF mass spectrometer and DIA. Shimadzu Scientific Instruments; 2021.