A robust triple-stage quadrupole mass spectrometer for high-throughput clinical LC–MS/MS

Robustní trojnásobný kvadrupólový hmotnostní spektrometr pro high-throughput klinické LC–MS/MS (TSQ Certis)

Význam tématu

Spolehlivá a přesná kvantifikace klinických biomarkerů (malé molekuly, steroidy, léky, peptidy) je klíčová pro rozhodování ve zdravotnictví, monitorování terapie a management nemocí. LC–MS/MS se stabilně značenými interními standardy je považována za zlatý standard díky své citlivosti, selektivitě a možnostem multiplexace v komplexních biologických matricích. Pro rutinní klinické a výzkumné laboratoře však kromě analytické výkonnosti rozhoduje také dlouhodobá robustnost, provozní stabilita a snadná obsluha přístrojů, zvláště při vysokém průtoku vzorků.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo ověřit robustnost a reprodukovatelnost platformy Thermo Scientific TSQ Certis triple quadrupole MS v typických klinických pracovních postupech LC–MS/MS. Testovacími třídami byly imunosupresiva, drogy zneužívané k rekreačním účelům, steroidy a klinicky relevantní peptidy. Hodnocení se zaměřilo na stabilitu MS signálu (plocha píku), relativní plochy vůči interním standardům, stabilitu retenčních časů a poměry iontů (quantifier/qualifier) v dlouhých sekvencích injekcí.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika:

• Vstupní matrice: plná krev (whole blood) pro imunosupresiva a drogy, plazma/serum pro steroidy a digested plasma pro peptidy.
• Příprava vzorků: proteinová precipitace (automatizovaná pomocí Hamilton Microlab STAR), u drog navíc INTip filtrace s Tip-on-Tip (DPX Technologies).
• Interní standardy: stabilně izotopově značené (SIL) standardy pro každou analyzovanou látku; u imunosupresiv např. ascomycin a cyclosporin D.
• Peptidový panel: 35 SIL peptidů reprezentujících 24 FDA-uznaných proteinových markerů ve směsi digested control plasma + retenční kalibrační směs.
• Analytické časy: krátké 3–9 min metody pro malé molekuly s rychlým přepínáním polarity; 13 min multiplexní kapilární metoda pro peptidy.

Instrumentace:

• Hmotnostní spektrometr: Thermo Scientific TSQ Certis triple quadrupole.
• UHPLC: Thermo Scientific Vanquish Horizon (malé molekuly) a Vanquish Neo (kapilární režim pro peptidy).
• Ionizační zdroje: OptaMax Plus HESI pro malé molekuly a OptiSpray pro peptidy.
• Software pro zpracování dat: TraceFinder v5.2 (ISD, DoA, steroidy), Xcalibur v4.8 a Skyline-daily v25.1.1.271 (peptidy).

Hlavní výsledky a diskuse

Robustnost byla sledována na několika úrovních: plocha píku (a její %RSD), poměry mezi kvantifikačními a kvalifikačními přechody, a stabilita retenčních časů.

Imunosupresiva:

• Velmi dlouhodobý běh: 10 209 injekcí během pěti týdnů. Například ascomycin vykázal %RSD plochy 13,8 % bez nutnosti čištění ion transfer tube nebo sweep cone, což indikuje stabilní přenos iontů a zdroj během dlouhodobé provozní doby.

Drogy zneužívané k rekreačním účelům:

• Testováno v 455 kontinuálních injekcích. Látky jako buprenorfin a lorazepam měly %RSD plochy < 6,1 % a variace iontového poměru v rozsahu ±20 %, splňující běžná kritéria pro konfirmatorní toxikologii.

Steroidy:

• Kalibrátory steroidů (311 injekcí) ukázaly u interních standardů %RSD < 17 %; konkrétně sledované [2H8]-21‑DOC a [2H5]-estradiol měly nízkou variabilitu signálu napříč sekvencí.

Peptidy:

• U multiplexního panelu 35 peptidů přes 71 injekcí byly retenční časy velmi stabilní (RT rozmezí 3,09–10,42 min, %RSD RT mezi 0,084 % a 0,56 %; 33 peptidů s RT %RSD < 0,5 %).
• Co se týče intenzit, 88 % peptidů mělo %RSD plochy pod 10 %, 31 peptidů < 10 % a 33 peptidů < 20 % RSD, což ukazuje dobrou opakovatelnost i u kapilárních toků a multiplexních sad.

Diskuse:

• Celkové výsledky potvrzují schopnost platformy poskytovat stabilní kvantitativní data v rozsáhlých analytických sekvencích s minimální údržbou.
• Některé anality vykázaly vyšší variabilitu než jiné (př. ascomycin 13,8 % RSD), což zdůrazňuje nutnost použití vhodných interních standardů a robustní kontroly kvality v rutinním provozu.
• Rychlé přepínání polarity a optimalizovaný zdroj zajišťují efektivní práci napříč třídami molekul bez kompromisů ve výkonu.

Přínosy a praktické využití metody

Hlavní přínosy:

• Vysoká odezva na potřeby high-throughput klinických laboratoří: stabilita během tisíců injekcí minimalizuje prostoje a náročnost údržby.
• Univerzálnost: stejná platforma dokáže kvantifikovat malé molekuly, steroidy i multiplexní peptidové sady.
• Dodržení kritérií pro klinickou toxikologii a terapeutické monitorování díky nízké variabilitě ploch, stabilním retenčním časům a konzistentním iontovým poměrům.

Praktické aplikace:

• Therapeutické monitorování imunosupresiv při transplantacích.
• Konfirmatorní toxikologie a screening drog zneužívaných v krvi.
• Endokrinní panel steroidů pro diagnostiku a sledování chorob.
• Multiplexní proteinové biomarkery (peptidové assay) pro screening a monitorování chorobných stavů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje a adopce v klinické praxi:

• Dále rozšířené automatizované přípravy vzorků a integrace robotických pracovních stanic pro zvýšení průtoku a konzistence.
• Rozvoj robustních multiplexních peptide‑based assayů pro širší klinické panely a personalizovanou medicínu.
• Implementace pokročilých algoritmů pro monitorování kvality dat v reálném čase a prediktivní údržbu přístrojů založenou na datech.
• Regulační validace přístrojových a procesních workflow pro rutinní diagnostické nasazení v souladu s požadavky CLIA/ISO/EMA/FDA.
• Možná kombinace s vyšším rozlišením nebo alternativními ionizačními zdroji pro specifické náročné analyty.

Závěr

Studie demonstruje, že TSQ Certis triple quadrupole MS v kombinaci s rychlými UHPLC metodami a vhodnou přípravou vzorků poskytuje konzistentní, reprodukovatelná a robustní kvantitativní data pro široké spektrum klinických biomarkerů. Výsledky potvrzují vhodnost platformy pro high-throughput klinické aplikace s minimální nutností údržby a stabilní kvalitou dat napříč tisíci injekcemi.

Reference

1. Patterson C., et al. Thermo Fisher Scientific, 2026, TN004362.
2. Guo J., et al. Thermo Fisher Scientific, 2026, TN004400.
3. Qin F., et al. Thermo Fisher Scientific, 2026, TN004401.
4. Qin F., et al. Angewandte Chemie International Edition, 2025.