Metabolomics Workflow using a Xevo™ MRT Mass Spectrometer

Význam tématu

Metabolomika umožňuje komplexní profilování malých molekul v biologických matricích, které odrážejí fyziologické a patologické změny u jedinců. Vysoké hmotnostní rozlišení a přesnost detekce jsou klíčové pro důvěryhodnou identifikaci metabolitů a biomarkerů. Tento přístup nachází uplatnění v klinickém výzkumu, environmentální analýze i personalizované medicíně.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem prezentované studie bylo demonstrovat plně integrovaný workflow pro analýzu metabolomiky lidské moči pomocí Xevo™ MRT QTof hmotnostního spektrometru spojeného s ACQUITY™ Premier UPLC systémem. Data byla zpracována v softwaru MARS pro identifikaci, statistickou analýzu a profilování cest metabolismu. Studie porovnává tři skupiny dárců podle expozice nikotinu a ověřuje schopnost metody rozlišit jejich metabolické profily.

Použitá metodika a instrumentace

• Vzorky: NIST® SRM® 3671 Nicotine Metabolites in Human Urine reprezentující nekuřáky, pasivní expozici a aktivní kuřáky.
• Příprava: Vytvoření QC poolu smícháním zástupců tří skupin, 1:18 ředění LCMS QC standardem, injekce 5 replikátů každého vzorku.
• Chromatografie: ACQUITY Premier UPLC FTN s HSS T3 kolonkou (2,1×100 mm, 1,7 µm), teplota 45 °C, objem 1 µl, eluce gradientem vody/ACN s 0,1 % kyseliny mravenčí.
• Hmotnostní spektrometrie: Xevo MRT MS, ESI pozitivní, rozlišení až 100 000 FWHM, masová přesnost <1 ppm, scan rate 20 Hz, MSE continuum, rozkladná energie 20–40 eV, software waters_connect pro řízení akvizice.
• Softwarové zpracování: MARS (MassAnalytica) pro výběr píků, PCA, OPLS-DA, S-Plot, putativní identifikaci proti HMDB databázi.

Hlavní výsledky a diskuse

• PCA analýza ukázala jasné oddělení tří skupin dárců podle expozice nikotinu, QC body tvořily těsnou centrální skupinu.
• Bylo detekováno více než 1300 rysů s chybou hmotnostního měření pod 1 ppm při vyhledávání v HMDB.
• Příklad: Acetaminofen glukuronid (m/z 328,10278) s ~78 000 FWHM a 0,09 ppm přesností; fragment Acetaminofen s ~58 000 FWHM a –0,46 ppm.
• Mezi vybrané biomarkery patřily nikotinové metabolity Nicotine-1ʹ-N-oxid a Hydroxycotinin, carbamazepin a jeho metabolit 10-hydroxykarbamazepin, a pyridoxin (vitamin B6).
• Pyridoxin byl zvýšený u nekuřáků, což může indikovat odlišnou dietu a sníženou antioxidační kapacitu kuřáků.
• Trendová analýza potvrdila rozdíly v relatívních koncentracích vybraných sloučenin mezi skupinami.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a robustní akvizice dat s vysokou reprodukovatelností v rozsáhlých kohortách.
• Rozlišení izoformních sloučenin díky hmotnostnímu rozlišení až 100 000 FWHM.
• Konvergentní masová přesnost <1 ppm zvyšuje důvěru v putativní identifikace.
• Vysoká dynamika lineárnosti až 5 řádů umožňuje detekci stopových i abundatních metabolitů v jediné injekci.
• Kompatibilita s krátkými chromatografickými metodami zrychluje throughput analýzy.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další zkracování doby analýzy při zachování vysokého rozlišení a přesnosti, rozšíření workflow na multiplexní omické přístupy a implementace v klinické diagnostice a environmentálním monitoringu. Integrace umělé inteligence pro automatizované vyhodnocení dat dále zjednoduší identifikaci biomarkerů ve velkých souborech vzorků.

Závěr

Workflow založený na Xevo MRT QTof MS a ACQUITY Premier UPLC v kombinaci se softwarem MARS poskytuje efektivní nástroj pro metabolomické studie. Metoda umožňuje rozlišení tří fenotypových skupin na základě exogenních i endogenních markerů s vysokou přesností a spolehlivostí.

Reference

1. Reid L., Gethings L. A., Munjoma N., Bonciarelli S. Screening Metabolomics of Human Urine Using a Waters High Resolution QTof Mass Spectrometer and MARS Data Processing Software. Waters Application Note 720008397, 2024.
2. Xu W., Chen Y. L., et al. A Clinical Study of Toxication Caused by Carbamazepine Abuse in Adolescents. Biomed Res Int. 2018;2018:3201203.
3. Hosseini S. H., et al. Abuse Potential of Carbamazepine for Euphorigenic Effects. Drug Res (Stuttg). 2015;65(4):223–224.
4. King A., Riba I., Palmer M., Marsden-Edwards E. High Resolution Mass Spectrometry Metabolic Profiling of Human Urine Using the SELECT SERIES™ MRT. Waters Application Note 720008296, 2024.
5. Vermaak W. J., et al. Vitamin B-6 Nutrition Status and Cigarette Smoking. Am J Clin Nutr. 1990;51(6):1058–1061.
6. Skeie E., et al. Circulating B-vitamins and Smoking Habits Are Associated with Serum Polyunsaturated Fatty Acids in Patients with Suspected Coronary Heart Disease. PLoS One. 2015;10(6):e0129049.