EVALUATION OF SEMI-TARGETED AND NON-TARGETED (‘DISCOVERY’) SCREENING TOOLS

Význam tématu

Analýza nových psychoaktivních látek představuje pro toxikologické laboratoře výraznou výzvu vzhledem k dynamickému výskytu dosud neznámých sloučenin. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HRMS), zejména technika TOF-MSE, umožňuje sběr neomezených dat pro cílené i necílené screeningové přístupy a poskytuje možnost zpětné analýzy.

Cíle studie

Tato práce hodnotí tři přístupy k toxikologickému screeningu:

• cílenou analýzu se srovnáním s standardní knihovnou,
• semi-cílenou analýzu založenou na in silico generovaných fragmentech z Molfile,
• necílenou („Discovery“) analýzu využívající automatizovaný návrh sumárních vzorců, externí vyhledávání a in silico fragmentaci.

Použitá instrumentace

Pro screenování bylo nasazeno řešení Waters Forensic Toxicology Screening Application Solution sestávající z:

• ACQUITY UPLC I-Class,
• XEVO G2-XS QTOF s TOF-MSE režimem,
• UNIFI informatiky a toxikologické knihovny s více než 1300 záznamy (z nich 1250 doplněno o RT, diagnostické ionty a Molfile).

Metodika

Analyzováno bylo 17 pitevních krevních vzorků. Spektra se sbírala současně při nízké energii (přesná hmotnost prekurzoru) a vysoké energii (fragmentační ionty). Data se zpracovávala automatizovaně:

1. Cílená analýza: porovnání dat s knihovnou podle RT ±0,35 min, přesnosti hmotnosti ±5 ppm, minimálně jednoho diagnostického fragmentu a prahového signálu 6000 counts.
2. Semi-cílená analýza: automatická in silico fragmentace Molfile a porovnání teoretických fragmentů s vysokou energií (±2 mDa).
3. Necílená („Discovery“) analýza: návrh až pěti sumárních vzorců, externí online vyhledávání v chemspider a dalších databázích, in silico fragmentace a automatické porovnání s experimentálními daty.

Hlavní výsledky a diskuse

Cílený screening odhalil 138 látek (74 toxikologicky relevantních), z toho 93 % detekcí potvrzeno alespoň jedním fragmentem, 83 % dvěma a 54 % třemi fragmenty. Semi-cílená metoda potvrdila 122 z 138 dříve detekovaných látek (88 %) pomocí teoretických fragmentů a přidala navíc tři další látky. Necílená analýza validovala 85 % z původní sady 138 elektrolytů a prokázala svou schopnost nezávislého potvrzení.

Přínosy a praktické využití metody

Automatizované semi-cílené a necílené workflow významně zvyšují spolehlivost a rozsah toxikologického screeningu. Semi-cílená analýza umožňuje potvrzení látek bez referenčního standardu a poskytuje vyšší specifitu díky teoreticky generovaným fragmentům. Discovery nástroj šetří čas při identifikaci nových sloučenin a rozšiřuje možnosti retrospektivní analýzy.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozšíření knihoven Molfile, vylepšení algoritmů in silico fragmentace a integrace strojového učení pro robustnější výběr kandidátů. Online propojování s globálními databázemi umožní rychlejší varování před novými psychoaktivními látkami a podpoří včasné zasahování.

Závěr

Srovnání tří screeningových přístupů prokázalo, že kombinované použití cílené, semi-cílené a necílené analýzy na platformě TOF-MSE se UNIFI informatikou přináší vysokou spolehlivost, rozšířený rozsah detekce a efektivní identifikaci známých i nových psychoaktivních látek.

Reference

Wood M, Rosano TG. Evaluation of Semi-Targeted and Non-Targeted (‘Discovery’) Screening Tools. Waters Corporation; Albany Medical Center; National Toxicology Center.