Comparison of High-Resolution Time-of-Flight Mass Spectrometers for Cell Culture Media Nutrient and Metabolite Analysis

Význam tématu

Analýza živin a metabolitů v médiích pro kultivaci buněk je klíčová pro kontrolu kvality a efektivity bioprocesů. Vysoké rozlišení hmotové spektrometrie umožňuje detailní kvantifikaci a identifikaci jak běžných, tak málo stabilních látek, což přispívá k optimalizaci kultivačních podmínek a zajištění konzistentní produkce biologických produktů.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo porovnání dvou systémů LC–MS s vysokým rozlišením: Xevo G3 QTof MS a BioAccord MS, při analýze standardní sady aminokyselin a skutečných vzorků opotřebovaného média z bioreaktorů. Studie sledovala přenos metody, optimalizaci ionizačního zdroje a iontových optik pro snížení in-source fragmentace a zvýšení citlivosti.

Použitá metodika a instrumentace

Pro přípravu standardů byla použita sada Waters Cell Culture Standard Kit obsahující 20 aminokyselin a 6 derivátů. Média ze 13denního cyklu 8 bioreaktorů byla naředěna 1:400 vodou s 0,1 % kyseliny mravenčí a doplněna interním standardem 5-methyltryptophanem. Analýzy probíhaly na systémech Xevo G3 QTof MS a BioAccord MS se stejnou LC metodou (9 min). Optimalizované parametry zdroje a iontových optik zahrnovaly napětí kapiláry, teplotu zdroje, průtoky plynů, voltáže v cone, StepWave XS RF a přenosové energie.

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizace vedla k významnému zvýšení signálu nejlabilnějších aminokyselin alaninu a glycinu o 7× a 11× v porovnání s výchozími podmínkami. In-source fragmentace tryptofanu se snížila z 99 % na 25 %. Xevo G3 prokázal širší lineární dynamický rozsah a vyšší citlivost pro isoleucin a alanin ve srovnání s BioAccord.

Přínosy a praktické využití metody

Optimalizovaná metoda umožňuje spolehlivější a citlivější monitoring živin a metabolitů v cell culture media, podporuje rozhodování v reálném čase během bioprocesu a přispívá k rychlejší identifikaci odchylek ve výživě kultivovaných buněk.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj může zahrnovat automatizaci přípravy vzorků, integraci vysokorozlišené MS s technikami separace pro komplexní proteomiku a metabolomiku, nasazení umělé inteligence pro prediktivní analýzu dat a rozšíření platformy o on-line monitoring bioreaktorů.

Závěr

Metoda přenesená na Xevo G3 QTof MS po optimalizaci zdroje a iontových optik nabízí zvýšenou citlivost, sníženou fragmentaci a rozšířený lineární rozsah oproti BioAccord MS. Výsledky potvrzují vhodnost high-resolution QTof MS pro kvalitativní i kvantitativní analýzu buněčných médií.

Reference

• Introducing a Rapid Throughput LC-MS Method for Cell Culture Media Nutrient and Metabolite Analysis Supporting Upstream Bioprocessing. Waters Application Note 720008170.
• Monitoring Nutrients and Metabolites in Spent Cell Culture Media for Bioprocess Development Using the BioAccord LC-MS System with ACQUITY Premier. Waters Application Note 720007359.
• Improved Transmission of Labile Species on the Xevo G3 QTof Mass Spectrometer with the StepWave XS. Waters Application Note 720007794.