Exploring the Impact of Part Per Billion Mass Accuracy for Metabolite Identification using Multi Reflecting Time of Flight MS with UPLC Part B

Význam tématu

Zajištění extrémně přesné hmotnostní analýzy v řádu ppb hraje klíčovou roli při identifikaci metabolitů v komplexních biologických vzorcích.
Vyšší hmotnostní rozlišení (>200 000 FWHM) a rutinní přesnost pod 1 ppm výrazně snižují počet možných elementárních složení a zvyšují spolehlivost detekce.

Cíle a přehled studie

Studie hodnotila výkonnost vysoce rozlišovacího kvadrupól-MRT TOF spektrometru v kombinaci s UPLC v negativním iontovém režimu během 24 hodin.
Cílem bylo demonstrovat rutinní dosahování RMS chyby masové přesnosti kolem 761 ppb pro více než 1800 detekcí metabolitů a fragmentů.

Použitá instrumentace

• UPLC: ACQUITY UPLC I-Class Premier
• Kolona: ACQUITY UPLC HSS T3 C18, 100 mm × 2.1 mm, 1.8 µm
• MRT TOF: SELECT SERIES MRT (>200 000 FWHM)
• Software: MassLynx v4.2, waters_connect 3.1.0.243

Použitá metodika

• Příprava vzorku: lidský močí naředěný 1:10
• LC podmínky: teplota kolony 40 °C, objem injekce 5 µL, gradient H2O/ACN s 0.1 % HCOOH, průtok 0.5 mL/min
• MS podmínky: režim ES-, rozsah m/z 50–2400, rychlost akvizice 10 Hz, MSE kolizní energie 15–45 eV

Hlavní výsledky a diskuse

Studie prokázala:

• RMS hmotnostní chyba ~761 ppb pro 1813 detekcí metabolitů
• Pod 1 ppm přesnost pro MSE fragmenty i prekurzory
• Identifikace hlavních i minoritních metabolitů acetaminofenu, karbamazepinu a naproxenu v časových bodech 2, 4 a 6 h
• Detekce vzácných biotransformačních produktů (sulfáty, acyl-glukuronidy, hydroxylované deriváty)
• Využití jemné izotopové struktury pro potvrzení složení
• Zachování chromatografické věrnosti při 10 Hz a vysokém rozlišení

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoká spolehlivost identifikace malých molekul v komplexních matricích
• Snížení falešně pozitivních nálezů díky restriktivním tolerancím masové přesnosti
• Efektivní nestranná akvizice (DIA MSE) pro úplnou charakterizaci vzorku
• Možnost odhalit neznámé či vzácné metabolity bez referenčních standardů

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření využití v metabolomice, toxikologii a environmentální analýze
• Integrace s pokročilými informatikými nástroji pro automatizovanou interpretaci dat
• Monitorování biomarkerů v klinických studiích a QA/QC procesech
• Další optimalizace rychlosti a rozlišení pro multimodální analýzy

Závěr

Dosažení ppb hmotnostní přesnosti při zachování vysoké rychlosti akvizice a rozlišení umožňuje robustní a důvěryhodnou identifikaci metabolitů.
Tento přístup podporuje vysoce specifické nestandardizované workflow pro malé molekuly ve farmaceutickém i environmentálním výzkumu.

Reference

• Schymanski et al. Environ. Sci. Technol. 2014,48,2097–2098
• Cooper-Shepherd et al. J Am Soc Mass Spectrom. 2023,34(2):264–272
• McCullagh et al. Waters App Note 720007896, 2023
• FDA Guidance, 2008
• Bradshaw et al. Drug Discov Today 2020,25(9):1639–1650
• Mortensen et al. J Pharm Biomed Anal. 2001,24(3):477–485
• Higton et al. Cyclic IMS Poster, 2021
• Falany et al. Br J Clin Pharmacol. 2005,60(6):632–640
• Kiang et al. Drug Metab Dispos. 1989,17:43–48
• Nagao et al. Anal Chim Acta. 2014,813:70–76
• Ipsen. Anal Chem. 2014,86(11):5316–5322
• Lertratanangkoon & Horning. DMD. 1982,10:1–10
• Bahlmann et al. Water Res. 2014,57:104–114
• Richter et al. In Frigerio, 1978
• Russell et al. Case Rep Med. 2015
• Kerr et al. Biochem Pharmacol. 1994,47(11):1969–1979
• Batucan et al. Environ Adv. 2022,7:100164
• Gago-Ferrero et al. J Hazard Mater. 2020,387:121712
• Carere et al. In Emerging Contaminants, 2015