Comprehensive Polar Metabolite Analysis in Two Minutes: Rapid CE-MS Separations Combined with Ultrafast, High Resolution Time-of-Flight Mass Spectrometry

Význam tématu

Polar metabolity v komplexních biologických vzorcích, jako je moč nebo pivo, představují cenné indikátory biochemického stavu organismu. Rychlá a vysoce účinná separace spojená s citlivou detekcí pomocí hmotnostní spektrometrie dokáže významně rozšířit možnosti metabolomických a klinických aplikací v průmyslu i výzkumu.

Cíle a přehled studie / článku

• Ověřit použitelnost ultra-rychlých kapilární elektroforézy (CE) spojené s hmotnostní spektrometrií (MS) pro komplexní analýzu polar metabolitů.
• Testovat metodu na minimálně upravených vzorcích moči a piva.
• Porovnat výkonnost v rychlosti, citlivosti a účinnosti identifikace ve vzorcích s vysokou složitostí.

Použitá metodika a instrumentace

Analýza probíhala na ultra-rychlém CE systému s krátkými 22–24 cm nekrytými kapilárami (20 µm i.d., 90 µm o.d.), provozovanými při 30 kV separačním napětí a 2 kV elektrospreji. Pro přenos iontů byl použit nanospray sheath flow interface s elektrokinetickým čerpadlem. Detekce se realizovala na vysoce rozlišeném TOF MS přístroji LECO Citius LC-HRT s rychlostí až 200 spekter/s a rozlišením až 100 000. Data byla dekonvolvována a vyhodnocována pomocí softwaru ChromaTOF.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda umožnila detekci šestnácti standardních aminokyselin spikovaných do vzorku moče při 100 fmolech každý, s přesností m/z lepší než 1 ppm. V úzkých časových oknech (2 min) byly rozlišené a dekonvolvované i neutralní sacharidy a vyšší molekulární váhy sloučeniny díky kombinaci CE účinnosti a vysokého rozlišení MS a CID. Studie odhalila významné rozdíly v množství karnitinových derivátů mezi diabetickými a zdravými jedinci před a po jídle. Analýza různých druhů piva (stout, amber ale) prokázala schopnost metody rozlišit komplexní směs metabolitů v mikrobrewed pivu.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá (< 2 min) a vysoce účinná separace polar metabolitů v komplexních maticích.
• Vysoká citlivost a přesnost m/z umožňují důvěryhodnou identifikaci i v případě koelujících sloučenin.
• Minimální příprava vzorku a vysoká propustnost vhodné pro rutinní QA/QC, klinické a metabolomické studie.

Budoucí trendy a možnosti využití

Vývoj směřuje k miniaturizaci a plné automatizaci CE-MS rozhraní, rozšíření rozsahu detekce do vyšších m/z, integraci pokročilých algoritmů strojového učení pro efektivnější dekonvoluci a real-time interpretaci dat. Další aplikace se očekávají v klinické diagnostice, farmaceutickém vývoji a environmentální analýze.

Závěr

Ultra-rychlá kapilární elektroforéza spojená s vysoce rozlišenou a rychlou TOF-MS detekcí umožňuje komplexní analýzu polar metabolitů během dvou minut. Kombinace vysoké separační účinnosti, precizní hmotnostní spektrometrie a výkonné dekonvoluce otevírá nové možnosti pro rychlé a citlivé analýzy v různých oblastech analytické chemie.

Reference

• Wójcik R., Giardina M., Patrick J.S., Artaev V. Rapid CE-MS separations with ultrafast, high resolution TOFMS. Rapid Commun Mass Spectrom. 2010;24:2554–2560.
• Wójcik R. et al. Manuscript in submission.