Im Forschungsparadigm der herkömmlichen Metabolomik (einschließlich Lipidomik, nachstehend) zielt die nicht-gezielte Metabolomik darauf ab, ein vollständiges Stoffwechselprofil der Probe mit hochauflösendem Massenspektrum zu erhalten und eine breite Sicht auf kleine molekulare Metabolite zu bieten; Die gezielte Metabolomik verwendet hauptsächlich ein dreifaches vierpoliges Massenspektrum, um die präzise Quantifizierung von Metaboliten zu erreichen. Mit dem wachsenden Bedarf an der massiven Probenanalyse haben die Forscher begonnen, ein Gleichgewicht zwischen der hohen Abdeckung der nicht-zielgerichteten Analyse von Metabolomen und der hohen Genauigkeit der zielgerichteten Analyse zu suchen, was die Massenmetabolomik-Technik (einschließlich umfassender gezielter und gezielter Metabolomik) einführte, ohne in diesem Artikel zu unterscheiden.

Massenmetabolomik konzentriert sich auf mehr als tausend Arten von Kernmetaboliten des Organismus, sammelt Proben direkt auf der Triple-Quad-Pole-Massenspektrometrie-Plattform mit dem Modus der Selektiven Reaktionsüberwachung (SRM) oder der Mehrreaktionsüberwachung (MRM), während die Abdeckung der Metaboliten gewährleistet wird, kann die Detektionsempfindlichkeit und Spezifizität von Metaboliten mit niedriger Fülle erheblich verbessert werden, Abschied von den Problemen der Informationsverarbeitung in der nicht-zielgerichteten Analyse nimmt, bietet einen breiteren Dynamikumsbereich für die Detektion von Metaboliten, eine robustere Datenreproduzierbarkeit und eine relative quantitative Genauigkeit und bietet eine solide und zuverlässige Datenbasis für die Massenmetabolanalyse. Aufgrund der Einschränkung der Drei-Quad-Pole-Massenspektrum-Scan-Geschwindigkeit können jedoch in der Regel nur 1 bis 2 Ionen pro Metabolit zurückgehalten werden, um den Metabolit-Analysefluss zu gewährleisten, was die Zuverlässigkeit der Metabolit-Identifizierung verringert.

Thermo Scientific ™ Stellar ™ Massenspektrum mit Orbitrap Ascend ™ Vierpolstöbe, lineare Ionenfalle mit Doppeldruck und Orbitrap Astral ™ Der PMT-Detektor ermöglicht eine beispiellose Scangeschwindigkeit im linearen Ionenfallen-Massenspektrum. Mit der bahnbrechenden Anwendung des Parallel Reaction Monitoring (PRM) Modells von Orbitrap-Instrumenten bis hin zur Ionenfallen-Massenspektrometrie ermöglicht es eine massive, metabolomisch synchronisierte qualitative und quantitative Analyse, die sowohl die Genauigkeit als auch die quantitative Zuverlässigkeit der Metaboliten ermöglicht.

Thermo Scientific ™ Stellar ™ Massenspektrometer

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Stellar MS unterstützt die Transformation von nicht gezielten hochauflösenden Daten mit geschlossenem Schleifen „Discovery-Validation“

Eine der klassischen Strategien der Massenmetabolomik besteht darin, DDA-Daten aus der hochauflösenden Massenspektrometrie in geplante MRM-Ionenpaare zu verwandeln, die für die Validierung von SRM-Mustern verfügbar sind, um einen „Discovery-Validation“-Schleifen zu erreichen. Heute kann dieser Workflow einfach bei der Konvertierung von hochauflösenden Massenspektrumdaten von Orbitrap in die Stellar PRM-Methode realisiert werden, wie in Abbildung 1 gezeigt. Compound Discoverer ™ Software und mzVault ™ Software ermöglicht die Umwandlung von Metaboliten, die durch hochauflösende Massenspektrometrie DDA-Muster identifiziert wurden, in Stellar ™ Massenspektrum kompatible PRM-Listen und sekundäre Massenspektrumbibliotheken (.msp), die von TraceFinder ™ oder Skyline ™ Software zur qualitativen und quantitativen Arbeit mit Metabolika. Skyline ™ Die Funktion PRM Conductor unterstützt die automatische Optimierung der geplanten PRM-Erfassungskanäle und verringert die Auswirkungen der Kofluenzen auf die Scangeschwindigkeit. Wir fanden heraus, dass die gleichen Plasmaproben in der hochauflösenden Massenspektrometrie Vollstandsscan und Stellar PRM-Analyse Ergebnisse mit einer sehr hohen Reproduzierbarkeit (Screening-Feature von drei-Pin-Wiederholung-Probe-CV < 30%), was darauf hindeutet, dass Stellar-Massenspektrometrie für nicht-Ziel-gefundene metabolische Marker auf großer Probenebene validieren kann.

Abbildung 1 Darstellung des Entwicklungsprozesses und der Ergebnisse der Stellar PRM-Methode zur Massenmetabolomik auf Basis eines hochauflösenden Massenspektrums

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Stellar MS unterstützt die schnelle Übertragung der Drei- und Vierpol-Methode zur synchronen qualitativen Quantifizierung

Wenn der Benutzer bereits eine gezielte oder weit gezielte Methode zur Metabolik-Analyse auf einer triple-quad-polaren Massenspektrumplattform entwickelt hat, Stellar ™ Das Massenspektrum ermöglicht ebenfalls eine schnelle Übertragung der ursprünglichen Methode. Unter der Voraussetzung, dass die Retentionszeit hoch reproduzierbar ist (das gleiche Flüssigphasensystem), Stellar ™ Das Massenspektrometer kann eine SRM/MRM-Liste direkt in eine PRM-Methode konvertieren. Auch wenn die Aufbewahrungszeit auf verschiedenen Chromatogrammsystemen nicht wiederholt werden kann, kann der Benutzer direkt auf Stellar ™ Eine schnelle Bibliothek auf dem Instrument durch Sammlung Mischung, aktualisiert die Verbindungen Retentionszeit und sekundäre Spektrografie. Im Gegensatz zu herkömmlichen SRM/MRM-Methoden bietet das PRM-Modell ein vollständiges sekundäres Spektrum des zu messenden Stoffs, ohne zusätzliche Erfassungskanäle auf Kosten des Analyseflusses des Stoffwechsels hinzuzufügen, um die synchrone qualitative Quantifizierung des Stoffwechsels zu erreichen und das Vertrauen in die Identifizierung des Stoffwechsels weiter zu erhöhen. (Abbildung 2)

Abbildung 2. Stellar PRM zur gezielten Analyse der metabolischen Eigenschaften, die durch ein hochauflösendes Massenspektrum erfasst wurden

Gallensäure ist das Endprodukt des Cholesterinmetabolismus, die primäre Gallensäure im menschlichen Körper kann von der Darmflora in eine biologisch aktivere sekundäre Gallensäure umgewandelt werden, die im Organismus eine wichtige Rolle spielt, wie die Erhaltung des Cholesteringleichgewichts, die Regulierung des Glykolipidstoffstoffwechsels und der Entzündungsreaktion. Wir haben zuvor Thermo Scientific ™ TSQ Altis ™ Die Gallensäure-Quantifizierungsmethode, die auf einem Triple-Quad-Pole-Massenspektrometer aufgebaut wurde, wird durch den in Abbildung 3 gezeigten Prozess schnell auf Stellar übertragen ™ Auf MS wurden 33 endogene Gallensäuren synchron qualitativ quantifiziert.

Abbildung 3. Gallensäure SRM/MRM-Liste PRM-Methode Transfer und synchronisierte qualitative Quantifizierung (Klicken Sie, um das große Bild zu sehen)

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Stellar MS unterstützt die Entwicklung einer gezielten Lipidomik von Grund auf und ermöglicht eine präzise Triglycerid-Dosierung

Aufgrund der vorhersehbaren Retentionszeit und des sekundären Massenspektrums eignen sich die Lipide ideal für gezielte Analysen. Skyline ™ Die Funktion der Software LipidCreator generiert sekundäre Massenspektrume verschiedener Ionen von Lipiden, die direkt für die Entwicklung von Grund auf der vorgeschlagenen Methode der gezielten Lipidomik verwendet werden. Acylcarnitin (AcCar) ist eine der Schlüsselstoffe, die das Glykolipid-metabolische Gleichgewicht in Säugetieren regulieren, und hilft nicht nur Fettsäuren, die in die Mitochondrien zur Beta-Oxidation hindurchfahren, sondern kann auch mit Ketonen produziert werden, die am Zuckermetabolismus beteiligt sind. Studien haben bestätigt, dass Lipidcarnitin eng mit einer Vielzahl von Stoffwechselkrankheiten verbunden ist und derzeit weit verbreitet bei der klinischen Diagnose von genetischen Stoffwechselkrankungen bei Neugeborenen verwendet wird. Lipidcarnitin besitzt spezifische Fragmentionen (m/z 144, m/z 85, m/z 60 und spezifische Fettsäureneutrale Verluste), die direkt mit der LipidCreator-Vorhersage erhältlich sind. Mit dem Stellar PRM-Muster identifizierten wir 207 bzw. 340 Cylcarnitine im Plasma und im Urin, wie in Abbildung 4 gezeigt.

Abbildung 4: Stellar PRM-Methode

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Stellar MS unterstützt mehrstufiges Massenspektrum-Joint-Scanning für eine präzise Isomerenalyse

Besonders schwierig ist die Quantifizierung von Triglyceriden (TG) mit drei Fettketten bei der Lipidanalyse. Beispielsweise kann bei der Quantifizierung von TG (50:4) mit SRM/MRM-Mustern nur die Zusammensetzung einer Fettkette bestimmt werden, unabhängig davon, welche Fettkette neutral verloren ist, z. B. kann die Quantifizierung von FA16:0-neutralen Verlustfragmenten (m/z 573,7) nur beweisen, dass TG (50:4) FA16:0 vorhanden ist, aber keine Informationen über die Zusammensetzung der anderen beiden Fettsäureketten erhalten werden. Die Stellar MS3Die Zusammensetzung der drei Fettketten von TG kann genau festgestellt werden, um eine genaue Menge an Triglyceriden zu erreichen (Abbildung 5).

Abbildung 5: Stellar tMS3-Methode zur genauen Dosierung von Triglyceriden

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Stellar-Massenspektrum braucht keine separate MS-Einstellung3Die Methode kann direkt parallel zum PRM-Muster zur qualitativen Quantifizierung des Metabolismus verwendet werden, was die Flexibilität der Methode erheblich erhöht. Neben der Dosierung von Triglyceriden, MS3Es kann auch für die genaue Messung von Isomeren wie Glycamindeoxycholesäure (GCDCA) und Glycamindeoxycholesäure (GDCA) in der Gallensäurefamilie verwendet werden, die die MS während der PRM-Messung erhöhen können.3Der Kanal verbessert seine quantitative Empfindlichkeit und Identifizierungsgenauigkeit (Abbildung 6).

Abbildung 6: Stellar tMS3 genaue Menge Gallensäure Isomer

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Die Massenmetabolomik-Technologie durchbricht die Grenzen der Redundanz der herkömmlichen nicht-zielgerichteten Metabolomikdaten und der geringen Abdeckung der zielgerichteten Analyse und ermöglicht ein umfassendes Screening von Tausenden von Metaboliten in einem einzigen Experiment, während eine hohe Empfindlichkeit und eine hohe Reproduzierbarkeit der gleichzeitigen zielgerichteten Analyse erzielt wird. Thermo Scientific ™ Stellar ™ Die Entstehung des Massenspektrums markiert einen revolutionären Sprung in der Technologie der Massenmetabolomischen Analyse, die eine hervorragende quantitative Kombination des Quad-Pole-Massenspektrums mit einer starken qualitativen Fähigkeit der Doppeldruck-linearen Ionenfalle kombiniert, um die Geschwindigkeit der wissenschaftlichen Forschung in die klinische Transformation zu beschleunigen und die Anwendungsszenarien der Metabolomik in der klinischen Kohortenforschung, der personalisierten Nährstoffwechselkartografie und anderen Massenprobenanalysen erheblich zu fördern, um die tiefen Geheimnisse des Lebensmetabolismus mit präziseren Daten aufzudecken.

Referenzen:

1. Zhou J, Yin Y. Strategien für die Quantifizierung der gezielten Metabolomik in großem Maßstab durch Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie. [J] Analyst. 2016; 141(23):6362-6373.

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3. Chiang JY. Gallensäuren: Regulierung der Synthese. [J] J Lipid Res. 2009; 50(10): 1955-1966.

4. Di Yu, Lina Zhou, Qiuhui Xuan et al. Strategie für die umfassende Identifizierung von Acylcarnitinen basierend auf Flüssigkeitschromatographie-hochauflösende Massenspektrometrie. [J] Anal. Chemie. 2018, 90(9), 5712–5718.

5. Lauren Bishop, Brittany Lee, Charles Maxey et al. Kombination gezielter MS2- und MS3-Ansätze zur Quantifizierung von Gallensäuren in biologischen Proben mit dem Stellar-Massenspektrometer. [PO]Thermo Fisher Scientific, Inc.

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