Cyclic IMS Instrumentation Enables Innovative Lipidomics Research in Australia

Význam tématu

Analytická charakterizace lipidů a dalších molekul je klíčová pro pochopení biologických procesů i výzkum materiálů. Ion mobility spektrometrie (IMS) umožňuje oddělení izomerů na základě jejich tvaru a poskytuje strukturovou informaci doplňující hmotnostní spektrometrii. Inovativní implementace techniky ozonové disociace (OzID) a cyklického IMS přináší zásadní posun v oblasti lipidomiky a supramolekulární chemie.

Cíle a přehled studie / článku

Studie dokumentuje zavedení technologie SELECT SERIES Cyclic IMS na Queensland University of Technology (QUT), rozšíření stávající techniky OzID na instrumentech Waters SYNAPT G2-Si a rozvoj infrastruktury Central Analytical Research Facility (CARF) pro sdílené využití IMS v Austrálii. Cílem bylo prokázat silnou separační schopnost pro lipidové izomery a aplikovat IMS i na koordinační komplexy a polymery.

Použitá instrumentace

Využitá instrumentace:

• Waters SYNAPT G2-Si modifikovaný pro OzID
• Waters SELECT SERIES Cyclic IMS
• DESI XS pro IMS imaging
• Waters SYNAPT G2-S (použitý, plánovaná modifikace pro fotodisociaci)

Metodika zahrnovala kombinaci Ultra-High Performance Liquid Chromatography (UPLC), OzID pro lokalizaci dvojné vazby v lipidech, vysokorozlišovací cyklickou ion mobility a běžné techniky CID, ECD a SID.

Hlavní výsledky a diskuse

Výsledky ukázaly, že SELECT SERIES Cyclic IMS významně zvyšuje rozlišení izomerů lipidů (rozlišení >60 000 FWHM v TOF), umožňuje detailně mapovat pozice dvojných vazeb a rozlišovat biologicky relevantní izomery. V supramolekulární chemii byl prokázán rozptyl diastereomerů koordinačních klecí na základě rozdílů v jejich kolizních průřezech (CCS). DESI XS v kombinaci s cyklickým IMS poskytuje rychlé a reprodukovatelné obrazové mapy distribuce izomerů v tkáňových řezech.

Přínosy a praktické využití metody

• Pokročilá lipidomika: odhalení izomerů s odlišnou biologickou aktivitou
• Rychlé IMS imaging pro farmaceutické a biomedicínské aplikace
• Analýza koordinačních komplexů a polymerů pro materiálové vědy
• Univerzitní infrastruktura s otevřeným přístupem pro široké spektrum uživatelů

Budoucí trendy a možnosti využití

Tým plánuje modifikaci druhého SYNAPT G2-S pro fotodisociaci, další optimalizaci OzID a rozšíření IMS aplikací na komplexní biologické systémy. Rozvoj kombinovaných technik IMS–MS a IMS imaging nabídne nové možnosti ve výzkumu metabolomiky, proteomiky a materiálových vědách.

Závěr

Implementace SELECT SERIES Cyclic IMS a pokročilých metod OzID na QUT představuje významný krok v analytické chemii. Rozšíření infrastruktury CARF posiluje výzkumné kapacity Austrálie a podporuje multidisciplinární projekty s potenciálem zásadních objevů v biologii i materiálových vědách.

Reference

1. Poad BLJ, Green MR, Kirk JM, Tomczyk N, Mitchell TW, Blanksby SJ. High-Pressure Ozone-Induced Dissociation for Lipid Structure Elucidation on Fast Chromatographic Timescales. Anal Chem. 2017;89(7):4223–4229.
2. Pham HT, Maccarone AT, Campbell JL, Mitchell TW, Blanksby SJ. Ozone-induced dissociation of conjugated lipids reveals significant reaction rate enhancements and characteristic odd-electron product ions. J Am Soc Mass Spectrom. 2013;24(2):286–296.
3. Menzel JP, Reuben SEJ, Benfield AH, Scott J, Butler LM, Henriques ST, Poad BLJ, Blanksby SJ. Ozone-enabled fatty acid discovery reveals unexpected diversity in the human lipidome. Nat Commun. 2023;14:3940.
4. Pfrunder MC, Marshall DL, Poad BLJ, Fulloon TM, Clegg JK, Blanksby SJ, McMurtrie JC, Mullen KM. Diastereomer Resolution of M4L6 Coordination Cages by Ultra-High-Resolution Ion-Mobility Mass Spectrometry. Angew Chem Int Ed. 2023.
5. Do PT, Poad BLJ, Frisch H. Programming Photodegradability into Vinylic Polymers via Radical Ring-Opening Polymerization. Angew Chem Int Ed. 2023;62:e202213511.