Grant application resource: Using the Orbitrap Exploris 480 mass spectrometer to accelerate fundamental research

Význam tématu

Analytická hmotnostní spektrometrie s vysokým rozlišením a přesnou hmotností (HRAM) je zásadní pro hluboké pochopení proteomu a kvantitativní proteomiku. Schopnost měřit nízké množství materiálu až na úroveň jednotlivých buněk otevírá nové možnosti ve výzkumu buněčné heterogenity, biomarkerů a vzácných buněk. Moderní přístroje, které integrují inovace v iontové separaci a řízení akvizice, přinášejí vyšší citlivost, přesnost a propustnost dat.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem dokumentu je představit klíčové inovace Orbitrap Exploris 480 MS od Thermo Scientific, zdůraznit jeho výkonnostní parametry a demonstrovat, jak nové technologie (FAIMS Pro, TurboTMT, SureQuant, BoxCar) zvyšují citlivost, selektivitu a rychlost analýz. Studie porovnává systém s předchozími platformami Q Exactive a QTOF a ukazuje přínosy pro nekonečný rozsah aplikací od neřízených analýz po cílenou kvantifikaci.

Použitá metodika a instrumentace

Instrumentace:

• Orbitrap Exploris 480 MS s ultra-vysokým rozlišením (až 480 000 FWHM) a hmotnostní přesností < 1 ppm
• FAIMS Pro rozhraní pro diferenciální iontovou mobilitu a ortogonální selektivitu
• TurboTMT se spektrem Φ-SDM pro zpracování TMT reporter iontů
• Precursor Fit filtr zvyšující selektivitu izolace prekursorů
• SureQuant metoda pro interně spouštěné cílené PRM
• BoxCar akvizice pro rozšíření dynamického rozsahu MS¹

Metodika akvizice je připravena v uživatelsky přívětivých templátech, které lze libovolně upravovat v orbitrapovém softwaru.

Hlavní výsledky a diskuse

• Single-cell proteomika: FAIMS Pro umožňuje detekci až 741 proteinových skupin z jedné buňky HeLa a 1 864 proteinů z pěti buněk, s více než 50% nárůstem oproti akvizici bez FAIMS.
• TMT multiplexing: Kombinace TurboTMT, Precursor Fit filtru a FAIMS zvyšuje počet kvantifikovaných proteinů o 11 % a kvalitu kvantifikace (Interference Free Index) o 19 % u TMT11plex. FAIMS snižuje poměrné zkreslení u TMTpro 16plex.
• Cílená kvantifikace SureQuant: Díky interním standardům a inteligentnímu spouštění MS² akvizice dosahuje 80–90 % produktivních skenů ve srovnání s 10–15 % u časově plánovaných PRM, což umožňuje rychlé měření stovek proteinových cílů s vysokou reprodukovatelností.
• BoxCar DDA: Nativní podpora BoxCar akvizice v rozhraní systému zvyšuje rozsah detekce v label-free quantifikaci až o 40 % v analýze plasmy bez předchozí frakcionace.

Přínosy a praktické využití metody

Orbitrap Exploris 480 MS poskytuje:

• Cell-to-cell proteomiku a analýzu vzácných buněk včetně cirkulujících nádorových buněk
• Vysokopropustné studie s TMT multiplexingem (11plex, 16plex) pro velké kohorty
• Cílenou kvantifikaci s nízkou detekční mezí a excelentní reprodukovatelností
• Uživatelsky přívětivé metody a přednastavené šablony pro urychlení výzkumu
• Robustní provoz a automatizovanou údržbu zajišťující provoz až 4 měsíce bez výrazného poklesu výkonu

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje:

• Integrace s automatizovanými workflow a digitální laboratoří pro vysokou propustnost
• Rozšíření single-cell omiky a multi-omických přístupů
• Využití strojového učení a AI při analýze rozsáhlých proteomických dat
• Další vylepšení iontové mobility pro lepší separaci izobarických sloučenin
• Zavedení nových izobarických štítků pro multiplexování nad 16 vzorků

Závěr

Orbitrap Exploris 480 MS představuje technologický posun v HRAM hmotnostní spektrometrii. Díky kombinaci vysokého rozlišení, diferencované iontové mobility, inteligentních akvizičních schémat a uživatelsky přívětivého softwaru nabízí řešení pro nekonečené spektrum aplikací od exploratorní proteomiky po cílenou analýzu vzácných buněk. Robustnost a výkonnost systému přináší výzkumným a aplikačním laboratořím konkurenceschopné nástroje pro moderní kvantitativní proteomiku.

Reference

1. Cong X. et al. Improved Single-Cell Proteome Coverage Using Narrow-Bore Packed NanoLC Columns and Ultrasensitive Mass Spectrometry. Anal. Chem. 92(3):2665–2671 (2020).
2. Budnik B. et al. SCoPE-MS: Mass Spectrometry of Single Mammalian Cells Quantifies Proteome Heterogeneity During Cell Differentiation. Genome Biol. 19:61 (2018).
3. Pfammatter S. et al. A Novel Differential Ion Mobility Device Expands Proteome Coverage and Sensitivity of Multiplex Proteomic Measurements. Mol. Cell. Proteomics 17:2051–2067 (2018).
4. Schweppe D.K. et al. Characterization and Optimization of Multiplexed Quantitative Analyses Using FAIMS-MS. Anal. Chem. 91(6):4010–4016 (2019).
5. Paulo J.A. et al. A Triple Knockout (TKO) Proteomics Standard for Diagnosing Ion Interference in Isobaric Labeling Experiments. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 27:162 (2016).
6. Gallien S. et al. Large-Scale Targeted Proteomics Using Internal Standard Triggered-PRM. Mol. Cell. Proteomics 14(6):1630–1644 (2015).
7. Meier F. et al. BoxCar Acquisition Method Enables Single-Shot Proteomics at a Depth of 10 000 Proteins in 100 Minutes. Nat. Methods 15:440–448 (2018).
8. Bekker-Jensen D.B. et al. A Compact Quadrupole-Orbitrap Mass Spectrometer with FAIMS Interface Improves Proteome Coverage in Short LC Gradients. Mol. Cell. Proteomics. (2020).