Highly-Efficient Screening Approach for Toxicological Compounds in Human Blood Samples on LCMS-9030

Význam tématu

Efektivní screening toxikologických látek v lidské krvi je klíčový pro forenzní i klinickou praxi. Moderní vysokorozlišovací kapalinová chromatografie spojená s hmotnostní spektrometrií (HRMS) umožňuje simultánní cílené i necílené (untargeted) vyhledávání širokého spektra sloučenin – od nelegálních drog přes farmaka až po neznámé toxiny. Rychlé a spolehlivé metody zpracování dat významně zkracují dobu vyšetření a zvyšují důvěryhodnost výsledků.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo demonstrovat pracovní postupy pro screening toxikologických sloučenin ve vzorcích lidské krve pomocí Q-TOF systému LCMS-9030. Autoři testovali tři přístupy: (1) cílené vyhledávání pomocí režimu DDA, (2) cílené vyhledávání v režimu DIA a (3) necílené screeningové vyhledávání (GUS) v režimu DIA. Vzorky byly připraveny metodou QuEChERS a obohaceny o 61 standardů látek zneužívaných k prevenci a forenzní analýze.

Použitá metodika a instrumentace

• Chromatograf: Shimadzu LCMS-9030 Q-TOF, kolona Kinetex XB-C18 (2,1×100 mm, 2,6 μm).
• Mobilní fáze A: 10 mM formiátu amonného s 0,1 % kyseliny mravenčí ve vodě; B: 10 mM formiátu amonného s 0,1 % kyseliny mravenčí v methanolu; gradient 5–100 % B.
• Proudění 0,3 mL/min, teplota 40 °C, inokulace 4 μL.
• Ionizace: ESI Heated; teplota rozhraní 300 °C, DL 250 °C, Heat Block 400 °C; plyny N₂ a vzduch.
• Akvizice dat: režimy MS+DDA a MS+DIA (m/z 50–550), cykly 0,1–0,55 s; kolizní energie 35 V (+/–17 V).
• Software: LabSolutions Insight Explore v3.8 SP4 (moduly Analyze a Assign), HRAM knihovna pro forenzní toxikologii.

Hlavní výsledky a diskuse

Approach 1 (DDA): Z analyzovaných dat bylo softwarem Analyze extrahováno 1043 složek, z nichž Screen search odhalil 75 cílených sloučenin a 56 z nich bylo potvrzeno knihovnou MS/MS spekter. Approach 2 (DIA): De­konvoluční algoritmus vytvořil seznam 197 prekurzorů, u nichž bylo možné aplikovat Screen i HRMS library search podobným způsobem jako v DDA. Approach 3 (untargeted): Necílené vyhledávání pomocí dekonvoluce DIA dat umožnilo generovat 197 prekurzorů se spektry MS/MS. Software předpověděl až 180 vzorců pro každý analyzát, což zdůrazňuje nutnost ruční kontroly a doplňující identifikace. Příkladem byla identifikace ftalaldehydu (C8H6O2) a strukturální návrh phytosphingosinu pomocí modulu Assign.

Přínosy a praktické využití metody

• Jedna platforma podporuje cílené i necílené screeningy bez nutnosti specifického nastavení pro každý analyzát.
• Rychlé zpracování dat a vizualizace výsledků usnadňují rozhodování v forenzní toxikologii a klinické analýze.
• Moduly Analyze a Assign nabízejí integrované nástroje pro dekonvoluci, predikci vzorců a strukturové zdůvodnění.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření HRMS knihoven o nové látky a interaktivní sdílení spekter v online databázích.
• Integrace strojového učení pro automatizovanou filtraci a prioritizaci kandidátů.
• Validace workflow pro kvantitativní analýzu a akreditaci metod ve forenzních laboratořích.
• Využití hybridních instrumentů (Q-TOF + ion mobility) ke zvýšení selekce a rozlišení izomerů.

Závěr

Pracovní postupy popsané v této studii pro LCMS-9030 Q-TOF prokázaly rychlé a spolehlivé možnosti cíleného i necíleného screeningu toxikologických sloučenin ve vzorcích lidské krve. Software LabSolutions Insight Explore umožňuje komplexní analýzu dat DDA i DIA, avšak konečné hodnocení vzorců a strukturálních návrhů vyžaduje důkladnou kontrolu a případné potvrzení dalšími metodami.

Reference

1. S. Dulaurent a kol., Anal. Bioanal. Chem. 408:1467–1474 (2016).
2. N. Tansrisawad a kol., ASMS poster MP-572 (2020).
3. High Resolution Accurate Mass Library for Forensic Toxicology, Shimadzu (2022).