Segmented Ion Fractionation using High Field Asymmetric Waveform Ion Mobility Spectrometry expands the depth and comprehensiveness of proteomics analyses

Význam tématu

V oblasti proteomiky je klíčové rozšířit citlivost a hloubku analýzy složitých biologických vzorků. Tradiční LC-MS/MS metody jsou omezené vysokou komplexitou vzorku a překrýváním izobarických iontů, což snižuje detekci stopových proteinů a peptidů. Nové přístupy založené na frakcionaci v plynné fázi, jako je FAIMS, přispívají k výraznému zlepšení dynamického rozsahu a selektivity měření.

Cíle a přehled studie

Cílem autorů bylo vyvinout a otestovat kombinaci vysokofrekvenční asymetrické vlnové iontové mobilitní spektrometrie (FAIMS) a segmentované frakcionace iontů podle m/z rozsahů. Studie využila HeLa celulární digest (500 ng na injekci) a prozkoumala:

• Celoplošné přenosy m/z 350–1150
• Rozdělení rozsahu do sedmi segmentů (6 × 100 m/z a 1 × 200 m/z)
• Různé režimy kombinování segmentů a kompensačních napětí (CV)

Použitá metodika a instrumentace

Experimentální nastavení zahrnovalo:

• Chromatografii na 50 cm C18 EASY spray kolonce, 90 min gradient
• Q Exactive™ BioPharma spojené s FAIMS rozhraním (vlastní montážní upínka)
• Externí skript pro automatickou změnu CV před každou akvizicí
• MS1 snímky získané v segmentovaných m/z pásmech (100 m/z)

Hlavní výsledky a diskuse

Segmentovaná frakcionace ve spojení s FAIMS vedla k následujícím klíčovým pozorováním:

• FAIMS zvýšilo počet identifikovaných peptidů o ~50 % oproti konvenční LC-MS/MS.
• Segmentace m/z rozsahu přinesla až trojnásobné zlepšení identifikací porovnáním s celoplošným skenem.
• Kombinace FAIMS a segmentů zajistila ~40 % navýšení počtu peptidů oproti segmentované LC-MS/MS bez FAIMS.
• Median PIF (Precursor Intensity Fraction) se zlepšil ze 0,65 na 0,86, což odráží nižší interferenci izobarických iontů.

Přínosy a praktické využití metody

Díky zvýšené selektivitě a dynamickému rozsahu lze:

• Detekovat a kvantifikovat nízkopostavené proteiny ve složitých matricích.
• Zrychlit validaci biomarkerů v biomedicínských a farmaceutických aplikacích.
• Zvýšit reprodukovatelnost a spolehlivost kvantitativních analýz v QA/QC laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry dalšího vývoje zahrnují:

• Optimalizaci počtu a šířky m/z segmentů pro různé typy vzorků.
• Automatizaci volby CV a adaptivní řízení segmentů v reálném čase.
• Integraci FAIMS přímo do dalekozákladových spektrometrů pro širší dostupnost.
• Prohloubení analýzy post-translačních modifikací a nízkomolekulárních biomarkerů.

Závěr

Kombinovaný přístup segmentované iontové frakcionace a FAIMS interfacy výrazně rozšiřuje hloubku a šíři proteomických analýz. Nabízí robustní řešení pro detekci nízkoabundantních proteinů a přináší praktickou výhodu v akademické i průmyslové aplikaci.

Reference

[1] Michalski et al., J Proteome Res. 2011, 10(4), 1785–1793.
[2] Bonneil et al., J Mass Spectrom. 2015, 50(11), 1181–1195.
[3] Pfammatter et al., J Proteome Res. 2016, 15(12), 4653–4666.
[4] Vincent et al., Anal. Chem. 2013, 85(5), 2825–2832.
[5] Cox et al., Nat. Biotechnol. 2008, 26(12), 1367–1372.