Orbitrap-based metabolomics workflows: Discover. Innovate. Exceed.

Význam tématu

Metabolomika nabízí komplexní pohled na malé molekuly v biologických systémech a podporuje výzkum biomarkerů, farmakokinetiky i environmentální analýzy. Přesná identifikace a kvantifikace metabolitů vyžaduje vysokou citlivost, široký dynamický rozsah a minimalizaci artefaktů způsobených neúmyslnou fragmentací.

Cíle a přehled studie / článku

Tento článek představuje nový hybridní Orbitrap Excedion Pro hmotnostní spektrometr, který slučuje osvědčené vlastnosti řady Exploris 480 s technickými inovacemi. Cílem je zvýšit pokrytí metabolomu, zlepšit citlivost měření a rozšířit dynamický rozsah pro detekci vysoce i nízce obsažených sloučenin.

Použitá metodika a instrumentace

Popisovaný systém kombinuje kvadrupólový analyzátor s Orbitrap detektorem a novou iontovou hlavou s elektrodynamickým trychtýřem. Klíčovou funkcí je eDR (extended dynamic range), která rozděluje rozsah m/z do dvou subscanů a umožňuje paralelní izolaci oken pro zlepšení citlivosti i rozsahu. Data jsou zpracována pomocí AcquireX inteligentního záznamu a Compound Discoverer 3.4.

Hlavní výsledky a diskuse

• Omezení neúmyslné in-source fragmentace díky měkčímu zdroji pro lepší detekci MS1 signálu ve složitých vzorcích
• Zvýšení signálu a poměru signál/šum fenylalaninu až trojnásobně ve srovnání s Exploris 480
• eDR rozšířilo dynamický rozsah detekce ze 4 na 6 řádů velikosti koncentrace
• Zlepšená limit detekce (LOD) izotopově značených aminokyselin v matrici SRM 1950 a vyšší reprodukovatelnost díky omezeným saturacím
• Prokázané zvýšení počtu detekovaných a anotovaných metabolitů až o 3,5× respektive 34 %

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost simultánního sledování vysoce a nízce obsažených metabolitů ve stejném běhu
• Vyšší citlivost pro studií biomarkerů a farmakokinetických analýz
• Zjednodušená analýza komplexních biologických vzorků díky lepšímu rozlišení a expanzi detekčních schopností
• Výhody v QA/QC procesech díky robustnímu chování a reprodukovatelnosti

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace umělé inteligence pro inteligentní výběr iontů v reálném čase Rozšíření eDR konceptu do dalších omických platforem, například lipidomiky a proteomiky Vývoj pokročilých molekulových knihoven pro automati zovanou identifikaci Nízkoodběrové a jednovzorkové analýzy pro klinické a environmentální aplikace

Závěr

Orbitrap Excedion Pro představuje významný krok vpřed v oblasti LC-MS metabolomiky díky kombinaci šetrného zdroje, elektrodynamického trychtýře a eDR. Tento systém nabízí výrazné zlepšení citlivosti, dynamického rozsahu a kvality dat, což umožňuje hlubší a spolehlivější profilace metabolitů ve složitých vzorcích.

Reference

1. Kaufmann A, Maden K, Walker S Partially overlapping sequential window acquisition of all theoretical mass spectra A methodology to improve the spectra quality of veterinary drugs present at low concentrations in highly complex biological matrices Rapid Commun Mass Spectrom 34 e8638 2020
2. Ranninger C, Schmidt LE, Rurik M, Limonciel A, Jennings P, Kohlbacher O, Huber CG Improving global feature detectabilities through scan range splitting for untargeted metabolomics by high-performance liquid chromatography-Orbitrap mass spectrometry Anal Chim Acta 930 13-22 2016
3. Meier F, Geyer PE, Virreira Winter S, Cox J, Mann M BoxCar acquisition method enables single-shot proteomics at a depth of 10,000 proteins in 100 minutes Nat Methods 15 440–448 2018
4. Southam AD, Weber RJM, Engel J, Jones MR, Viant MR A complete workflow for high-resolution spectral-stitching nanoelectrospray direct-infusion mass-spectrometry-based metabolomics and lipidomics Nat Protoc 12 310–328 2017
5. Sarvin B, Lagziel S, Sarvin N, Mukha D, Kumar P, Aizenshtein E, Shlomi T Fast and sensitive flow-injection mass spectrometry metabolomics by analyzing sample-specific ion distributions Nat Commun 11 3186 2020