Data Quality Enhancement using Software-controlled Acquisition Strategies in MALDI-TOF MS

Význam tématu

Matrix-assisted laser desorption/ionisation time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) je klíčová technika pro rychlou a citlivou analýzu biomolekul, peptidů, oligonukleotidů i mikrobních profilů. Heterogenita krystalizace MALDI matricového roztoku však často vede k nestabilní ionizační účinnosti a kolísání kvality spekter. Softwarově řízené akviziční strategie pro hodnocení kvality dat představují efektivní přístup, jak vybrat pouze spektra splňující předem definovaná kritéria, a tím maximalizovat reprodukovatelnost a informativnost výsledků.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem textu je demonstrovat možnosti vestavěné funkce „data quality“ v rámci Shimadzu MALDI softwaru. Jsou představeny dvě hlavní strategie: „find sweet spots“ zaměřená na rychlé nalezení optimálních krystalových oblastí a „exhaust raster points“ využívající opakované snímání pro maximální výtěžnost ze zpracovávaného místa. Studie ilustruje přínos obou přístupů na různých typech vzorků, včetně offsetovaných peptidových míst, oligonukleotidů, frag­mentů peptidů, nízkokoncentrovaných proteinových digestů a mikrobních preparátů.

Použitá metodika a instrumentace

Pro akvizici dat byla využita softwareová řešení Shimadzu: Data Acquisition, AuraSolution a QC Reporter v kombinaci s MALDI-8000 bench­top sérií a Axima přístroji. Klíčové kroky metodiky:

• Příprava vzorků se standardními matricemi (CHCA, 3-HPA)
• Definice kritérií kvality spekter: hmotnostní rozsahy, minimální rozlišení, minimální intenzita signálu, maximální počet po sobě nevyhovujících profilů.
• Automatické vyhledávání a opakování laserových pulsů podle zvolené strategie („find sweet spots“ nebo „exhaust raster points“).

Hlavní výsledky a diskuse

1. Offsetované peptidové skvrny

• Strategie „find sweet spots“ snížila dobu analýzy z ~1,5 min (exhaust) na ~30 s a zvýšila součet signálu (SUM mV) u Glu­Fib peptidu z 1542 na 1731.
• Získaná spektra splňovala požadavek minimálního rozlišení (2000) a intenzity (10 mV).

2. Zvýšení rozlišení

• 12mer oligonukleotid: použitím „find sweet spots“ se dosáhlo rozlišení 943 vs. 492 bez kontroly kvality.
• ACTH 7-38 peptid: po nasazení datové kvality bylo možné plně isotopicky rozlišit fragment s rozlišením nad 6000, zatímco bez této strategie zůstala izotopická řada nerozlišená.

3. Citlivost na nízké koncentrace

• BSA tryptický digest při 2 fmol/µl: spektrum akumulované s kvalitou dat vedlo k úspěšné identifikaci v MASCOT PMF, zatímco bez této parametric se identifikace nezdařila.

4. Mikrobní aplikace

• E. coli smears v CHCA: strategie „exhaust raster points“ systematicky zvyšuje detekci vysokohmotnostních proteinů (m/z 10–13 kDa) simulací opakovaného ablačního čištění matrice a solných krystalů.

Přínosy a praktické využití metody

Implementace softwarově řízené kontroly kvality dat v akvizici MALDI-TOF MS přináší:

• Reprodukovatelnost a konzistentní signál pro peptidy, proteiny i oligonukleotidy.
• Zrychlení analýzy při zachování vysoké kvality spekter.
• Zlepšení rozlišení a citlivosti, zvláště u vzorků s nerovnoměrnou krystalizací.
• Efektivní aplikaci v proteomice, mikrobiální diagnostice i kvalitativních kontrolách v průmyslu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Budoucí rozvoj může směřovat k:

• Pokročilé umělé inteligenci pro adaptivní volbu akvizičních parametrů v reálném čase.
• Integraci s automatizovanými přípravnými moduly pro vysokoproduktivní workflow.
• Rozšíření na další ionizační režimy a kombinované techniky pro komplexní charakterizaci biologických vzorků.
• Využití v klinických laboratořích pro rychlou a spolehlivou identifikaci patogenů a biomarkerů.

Závěr

Softwareovou kontrolou kvality dat v akvizici MALDI-TOF MS lze výrazně zlepšit kvalitu spekter, zvýšit rozlišení, citlivost a výtěžnost signálu napříč širokou škálou analytických aplikací. Obě strategie („find sweet spots“ i „exhaust raster points“) přinášejí konkrétní výhody při spotřebě času a efektivitě měření, což umožňuje robustnější a reprodukovatelnější analytická řešení.

Reference

Salivo S. Data Quality Enhancement using Software-controlled Acquisition Strategies in MALDI-TOF MS. Shimadzu Technical Report 012-MO549-EN, 2016.