New standards for plasma proteomics—Balancing throughput for large sample cohorts and depth of analysis for biomarker discovery

Význam tématu

Plazmatická proteomika hraje zásadní roli při identifikaci proteinových biomarkerů pro diagnostiku, prognózu onemocnění a sledování odpovědi na terapie. Vzhledem k jednoduchému odběru a dostupnosti rozsáhlých biobank může tato metoda zkoumat velké soubory vzorků. Klíčovou výzvou je široký dynamický rozsah koncentrací proteinů, kdy převážná část signálu pochází z několika vysoce abundantních proteinů a maskuje nízkoodhadné proteiny s potenciálním klinickým významem.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem této studie bylo navrhnout vysoce propustný LC-MS/DIA workflow pro analýzu plazmatické proteomiky, které neztrácí hloubku pokrytí proteomu. Autoři porovnali čtyři základní přístupy k přípravě vzorku v kombinaci s novým Orbitrap Astral hmotnostním spektrometrem a využili label-free data-independent acquisition (DIA) metodiku.

Použitá metodika a instrumentace

V přípravě vzorků byly vyhodnoceny tyto postupy:

• Nezpracovaná plazma bez deplece – maximální propustnost, ale omezená citlivost na nízkoodhadné proteiny
• Imunodeplece 14 nejhojnějších proteinů – snížení dynamického rozsahu, nutnost automatizace a vyšší náklady
• Frakcionace – off-line dělení vzorku pro hlubší pokrytí, na úkor času přípravy a analýzy
• Nanopartiklové obohacení (Seer Proteograph Product Suite) – pět inženýrských nanopartikelů s odlišnými vlastnostmi pro široké spekt­rum proteinů, vyžaduje automatizaci

Instrumentální nastavení zahrnovalo:

• UHPLC Thermo Scientific Vanquish Neo
• LC kolony: PepMap, PepMap Neo a µPAC Neo pro různé průměry a délky
• MS: Thermo Scientific Orbitrap Astral s ESI zdrojem a Astral detektorem
• Data processing: Proteome Discoverer 3.1 se algoritmem CHIMERYS

Hlavní výsledky a diskuse

Nezpracovaná plazma s krátkým gradientem (180 vzorků/den) identifikovala 643 skupin proteinů, dlouhý gradient (24 SPD) 1 137 skupin proteinů. Imunodeplečně upravená plazma dosáhla až 2 702 skupin proteinů při 18 SPD, což je zhruba dvojnásobek oproti nezpracované plazmě. Nanopartiklové obohacení Seer Proteograph přineslo nejvyšší hloubku pokrytí: analýza pěti frakcí umožnila identifikovat přes 6 300 proteinových skupin při 4 vzorcích/den nebo 3 104 skupin při 36 vzorcích/den; sloučení frakcí a nanoflow režim dosáhlo až 3 285 skupin při 60 SPD. Ve všech režimech Orbitrap Astral překonává dosud publikované výsledky v hloubce pokrytí a propustnosti.

Přínosy a praktické využití metody

Vyhodnocené workflow nabízí uživatelům možnost volby mezi extrémní průchodností pro rozsáhlé kohorty a hlubokým proteomickým pokrytím pro objev biomarkerů. Vysoká citlivost, rychlost skenování a přesná kvantifikace zvyšují statistickou sílu studií. Automatizovaná příprava vzorků minimalizuje variabilitu a umožňuje standardizaci procesů v klinických a výzkumných laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další integrace automatizovaných platforem pro přípravu vzorků a rozvoj nanoflow technologických řešení pro zvýšení citlivosti. Kombinace s multi-omics přístupy a umělou inteligencí podpoří hlubší porozumění biologii onemocnění. Rozšíření analýz na velké biobanky umožní validaci nových biomarkerů a personalizovanou medicínu.

Závěr

Orbitrap Astral ve spojení s optimalizovanými workflowmi pro různé režimy přípravy plazmatických vzorků dosahuje špičkové hloubky proteomického pokrytí a vysoké průchodnosti. Uživatelská flexibilita mezi rychlostí a hloubkou analýzy podporuje efektivní biomarkerové studie a robustní kvantitativní výsledky.

Reference

• Mc Ardle A. et al. Clinical Chemistry 2022;68(3):450–460.
• Geyer E.P. et al. EMBO Mol Med 2021;13:e14167.
• Viode A. et al. Sci Adv 2023;9(13):eadf9717.
• Cao X. et al. J Proteome Res 2021;20(9):4610–4620.
• Ferdosi S. et al. PNAS 2022;119(11).