Direct Probe Ionization Mass Spectrometer - Application Notebook

Význam tématu

Vývoj nových ionizačních postupů v hmotnostní spektrometrii umožňuje přímou, rychlou a vysoce citlivou analýzu složitých vzorků bez nutnosti rozsáhlých předúprav. Technologie PESI (Probe Electrospray Ionization) spojuje výhody ESI i MALDI, zatímco přístroj DPiMS-8060 ukazuje potenciál v potravinové bezpečnosti, forenzní chemii, klinické analytice i biologickém výzkumu.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem publikace je představit přístroj DPiMS-8060 se sondou PESI a demonstrovat jeho univerzálnost na osmi aplikacích: rychlé screeningu tetrodotoxinu, detekci pesticidů v zemědělských produktech, analýzu drog v orgánových vzorcích, tříkrokový screening 64 psychoaktivních látek v krvi, kvantifikaci léčiv bez chromatografie, proof-of-concept ex vivo metabolomiky mozku a jater a přímou lokalizaci anthokyaninového pigmentu v květech.

Použitá metodika a instrumentace

• Ionizační technologie PESI: ultratenká jehlová sonda (tip Ø ≈ 700 nm) pro mikrovzorkování slin, krve, tkání či povrchů rostlin.
• Mass spectrometer: Shimadzu DPiMS-8060 (PESI+triple quadrupole LCMS-8060), režimy MRM a produkt-ion scan.
• Přímé vzorkování: povrchové punkční odebírání bez extrakce či chromatografie, kapky mokrého nosiče (50 % EtOH s amoniakálním pufrem) pro iniciaci dropletového proudu.
• Minimální objem: analýza až v rozsahu attogramů na sondu, doba měření 0,2–3,2 min na vzorek.

Hlavní výsledky a diskuse

• Screening tetrodotoxinu (TTX): detekční limit 0,47 ng/mL, kvantifikační dolní limit 1,57 ng/mL; přímá analýza z tkání pufferfish bez předúprav.
• Detekce pesticidů: MRM metodika pro 74 látek, schopnost detekce 57 sloučenin do 1 ppb, lineární kalibrace pro 36 z nich; spike recoveries 60–120 % u 14 pesticidů z okurky.
• Forenzní analýza drog v orgánech: MT-45 potvrzen v mozku, plicích, játrech, srovnatelné výsledky s LC-MS/MS, 97,5 % zkrácení doby analýzy (0,5 min vs 20 min).
• 3krokový screening drog v krvi: panel 64 psychoaktivních látek stanoveno během 3,2 min bez komplexní předúpravy.
• Point-of-care kvantifikace: everolimus a abirateron v plazmě (lineární rozsahy 3–100 a 2–400 ng/mL, RSD do ~20 %), měření do 10 min včetně přípravy.
• Ex vivo metabolomika mozku a jater: separace model vs kontrola (CCl4-indukovaná hepatotoxicita, AM-2201 v mozku), identifikováno významné změny glutamátu, sukcinátu, taurinu apod.; lokální profilování v rámci tkáně.
• Přímá lokalizace anthokyaninu v petuniích: pigment (cyanidin-3-glucoside) v červených částech, neprůkazný ve bílých, potvrzení produkt-ion skenem během 0,2 min.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zkrácení doby analýzy (řádově minuty namísto desítek minut) a minimalizace pracovních kroků.
• Schopnost přímé měření v biologických a potravinových matricích bez chromatografie.
• Vysoká citlivost, nízké množství spotřebovaného vzorku a neutralita vůči kontaminaci systému.
• Možnost analýzy živých či ex vivo vzorků, inter- a intra-tkání distribuce látek.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozvoj point-of-care diagnostiky v klinické praxi a forenzní toxikologii.
• Použití v zemědělských a potravinářských laboratořích pro rychlý screening reziduí a přídatných látek přímo ve vzorcích.
• Sledování metabolických změn v živých tkáních, real-time biochemické studie a farmakokinetika.
• Integrace s vysokoprocesorovým zpracováním dat pro screening širokých panelů analyty.

Závěr

DPiMS-8060 s technologií PESI představuje nový přístup k rychlé a přímé analýze širokého spektra sloučenin v různých matricích. Spojení vysoké citlivosti, minimální předúpravy a krátkých dob měření otevírá cestu k aplikacím od potravinové kontroly až po klinickou a forenzní diagnostiku.

Reference

• Hiraoka K. et al. Development of probe electrospray using a solid needle. Rapid Commun. Mass Spectrom. 21(18):3139–3144, 2007.
• Murata T. et al. Rapid analysis of drugs in forensic specimens using the DPiMS-8060. Drug Test Anal. 10(7):1033–1038, 2018.
• Zaitsu K. et al. Direct electrospray ionization of tissue samples using PESI for ex vivo metabolomics. Anal. Chem. 88(7):3556–3561, 2016.
• Zaitsu K. et al. Ambient metabolome profiling of fresh liver tissue by PESI-MS/MS. Anal. Chem. 90(8):4695–4701, 2018.