Discovering hidden depths: high-throughput proteomics study for enhanced biomarker discovery on Orbitrap Astral Mass Spectrometer

Význam tématu

Analýza proteomu plazmy je klíčová pro identifikaci biomarkerů v časné fázi onemocnění, protože kombinuje neinvazivní odběr vzorku s vysokou citlivostí hmotnostní spektrometrie, což umožňuje detekci i velmi nízkých hladin proteinů.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo ověřit výkon workflow vysokoprůchodní (60 vzorků za den) a hluboké (16 vzorků za den) LC-MS analýzy plazmatických vzorků z mini kohorty pacientů s různými typy nádorů a etnicky a věkově odpovídajících kontrol. Posouzeny byly rozsah pokrytí proteomu, citlivost detekce a kvantitativní reprodukovatelnost.

Použitá metodika a instrumentace

• Příprava vzorků: EasyPep Mini MS Kit pro neat plazmu a Proteograph XT nanopartiklové obohacení proteinových frakcí.
• Chromatografie: Vanquish Neo UHPLC, 15cm kolona pro 60 SPD a 60cm IonOpticks TS UHPLC pro 16 SPD.
• Hmotnostní spektrometr: Orbitrap Astral MS v úzkopásmovém DIA režimu.
• Software: DIA-NN (v1.8.1) nebo Proteome Discoverer s CHIMERYS; následná analýza v Pythonu.

Hlavní výsledky a diskuse

• Nezatížené workflow (neat plazma) identifikovalo 1 162 proteinových skupin při 60 SPD a 2 516 při 16 SPD.
• S obohacením pomocí Proteograph XT bylo dosaženo 5 531 proteinových skupin při 60 SPD a 8 049 při 16 SPD, tj. 3–4násobného nárůstu krytí proteomu.
• Kvantitativní přesnost byla výborná (koeficient variability <10 %).
• PCA analýza jasně odlišila vzorky pacientů od kontrol a objevené změny odpovídají známým onkologickým drahám.
• Bylo detekováno 67,5 % až 72,8 % FDA schválených onkologických biomarkerů v režimu LFQ-DIA s přímým vyhledáváním.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazně rozšířený proteomický rozsah umožňuje objevovat i nízkomolekulární biomarkery.
• Průchodnost 60 SPD workflow je vhodná pro rozsáhlé populační a kohortní studie.
• Reproducibilní kvantitativní data podporují statisticky podložené rozlišení zdravých a nemocných vzorků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další nanopartiklové technologie pro selektivní obohacení specifických proteinových frakcí.
• Adaptace workflow na jiné biologické matricové typy (moč, CSF, tkáně) pro rozšíření klinické aplikace.
• Implementace strojového učení a AI pro pokročilé prediktivní modelování na základě proteomických dat.

Závěr

Workflow na Orbitrap Astral MS představuje unikátní kombinaci vysoké průchodnosti, hloubky proteomického pokrytí a kvantitativní přesnosti, čímž výrazně posunuje možnosti objevování a validace biomarkerů ve splazmě pro klinický výzkum a populační studie.