استخدام مطياف حركة الأيونات الدورية لتجارب التنقل الأيوني الترادفي
January 20th, 2022
يعد مطياف الحركة الأيونية (IMS) مكملا مثيرا للاهتمام لقياس الطيف الكتلي لتوصيف الجزيئات الحيوية ، لا سيما لأنه حساس للأيزومريا. يصف هذا البروتوكول تجربة IMS (IMS / IMS) جنبا إلى جنب ، والتي تسمح بعزل الجزيء وتوليد ملفات تعريف التنقل لشظاياه.
يصف البروتوكول كيفية تسجيل ملف تعريف حركة الأيونات للشظايا المنتجة عند تنشيط جزيء في مطياف الكتلة ، والتمييز بين الهياكل الأيزومرية. يسمح البروتوكول بتصنيف الجليكان إلى 11 مجموعة فيما يتعلق ببعض ميزاتها الهيكلية الرئيسية ، وبالتالي توفير معلومات يصعب الحصول عليها بطريقة أخرى. يمكن أن تعمل على بناء شبكات جزيئية عامة للغاية ومناسبة للعديد من العائلات الجزيئية ، مثل المستقلبات أو الأدوية ذات الأهمية في العديد من مجالات البحث.
ويستفيد هذا النهج إلى أقصى حد من مفهوم جديد في مطياف الحركة الأيونية، وسيكون مفيدا عندما يفشل قياس الطيف الكتلي وحده في التمييز بين هيكلين. تتطلب التجربة قيادة جيدة لقياس الطيف الكتلي وحركة الأيونات. ومع ذلك ، يجب أن يكون المجرب ناجحا في تنفيذ الطريقة إذا اتبع بعناية كل خطوة من الخطوات.
سيوضح الإجراء سايمون أوليفييه ، طالب الدكتوراه من مختبري. للبدء، قم بإعداد تسلسل IMS أحادي المرور من صفحة Tune، وضع الأداة في وضع التنقل، وافتح نافذة التحكم في التسلسل الدوري. حدد الوضع المتقدم من علامة التبويب الوظائف الدورية في هذه النافذة الجديدة، وحدد إضافة حزمة، ثم تمرير واحد/متعدد.
انتظر حتى يظهر تسلسل من أحداث التنقل في علامة التبويب تسلسل في النافذة نفسها. قم بتكييف التسلسل بحيث تقوم جميع أيونات العيار بتمرير واحد حول مضمار سباق IMS الدوري. لا تقم بتغيير وقت الحقن أو وقت الإخراج والاكتساب، ومع ذلك، قم بخفض وقت المنفصل إلى مللي ثانية واحدة.
إذا لم تكن بعض أيونات خليط المعايرة مناسبة في نافذة وقت الوصول المعروضة، فقم بتغيير مزامنة IMS مع دافع محلل TOF للتسارع المتعامد عن طريق زيادة عدد الدفعات لكل حاوية في علامة التبويب إعدادات ADC. لتسجيل عملية اكتساب لمدة دقيقتين في نافذة التحكم في التسلسل الدوري ، انقر فوق اكتساب لفتح النافذة المنبثقة إعدادات الاستحواذ ، وأدخل اسم الملف والوصف وطول الاكتساب والدقائق وانقر فوق حفظ. قم بتبديل الجهاز إلى وضع TOF من صفحة MS Tune للتحقق من استقرار الإشارة.
سجل اقتناء MS الكامل للعينة لمدة دقيقة واحدة ، والتي ستكون مفيدة للتحقق من نمط النظائر ووجود الملوثات المحتملة. ضع الأداة في وضع MSMS من علامة التبويب ملف تعريف Quad/MS في صفحة Tune الرئيسية. حدد كتلة الحديد المستهدف في حقل كتلة MSMS للعزل في الرباعي.
سجل عملية اقتناء لمدة دقيقة واحدة للتحقق من عزل السلائف عند معالجة البيانات. لإجراء تحديد قائم على التنقل للأيزومر محل الاهتمام، قم بتبديل الجهاز إلى وضع التنقل في نافذة التحكم في التسلسل الدوري، من علامة التبويب الوظائف الدورية، وحدد إضافة حزمة، ثم التقطيع. انتظر حتى يظهر تسلسل معقد من أحداث التنقل في علامة التبويب تسلسل.
ضع الحدث إخراج واكتساب مباشرة بعد الحدث المنفصل الأول، ثم انقر فوق تشغيل. ابحث عن نتائج الفصل الأولي ليتم عرضها في الوقت الفعلي. قم بزيادة مدة الحدث المنفصل الأول لفصل متعدد المسارات عن طريق تغيير القيمة الزمنية لهذا الحدث في التسلسل حتى يكون حل قمم IMS مرضيا.
سجل عملية اقتناء لمدة دقيقة واحدة للرجوع إليها. انقر فوق إيقاف مؤقت، وضع حدث الإخراج والاكتساب أسفل الإخراج، والإخراج إلى التخزين المسبق، والاحتفاظ بالأحداث وإخراجها. اضبط مدة الأحداث بحيث تكون الذروة المستهدفة في منطقة الإخراج إلى ما قبل التخزين، وأي أيون آخر إما في منطقة الإخراج أو الانتظار والإخراج.
ضع حدث الإخراج والاكتساب في نهاية التسلسل أسفل إعادة الحقن من التخزين المسبق والأحداث المنفصلة الثانية. انقر فوق تشغيل لعرض المجموعة السكانية المحددة. تحقق من جودة العزل.
سجل عملية اقتناء لمدة دقيقة واحدة للرجوع إليها. في علامة التبويب تسلسل، في العمود المجاور لأوقات الأحداث المعرفة من قبل المستخدم، ابحث عن الأوقات الملخصة لجميع الأحداث. لاحظ الوقت الذي تم العثور عليه على خط حدث Reinject from Pre-Store لإجراء معايرة CCS.
قم بتعيين مدة الحدث المنفصل الذي يتابع مباشرة الإخراج والاكتساب إلى مللي ثانية واحدة. في سطر إعادة الحقن من ما قبل التخزين، حدد المربع تمكين التنشيط وقم بتحسين التجزئة باستخدام عنصر التحكم المضمن. إذا لم يكن التجزئة مرضيا باستخدام عنصر التحكم المدمج، فقم بإلغاء تحديد المربع تمكين التنشيط والمتابعة إلى تحسين فولتية إعادة الحقن يدويا، وزيادة تدرج ما قبل الصفيف، وخفض جهد إزاحة الصفيف حتى تصبح النتائج مرضية.
لتسجيل عملية استحواذ مدتها دقيقتان في نافذة الاكتساب المنبثقة، حدد الخيار الاحتفاظ بوقت الانجراف لإنشاء ملف يحتوي على أوقات الوصول فقط، مقابل M على Z المسمى _dt.raw. بعد إجراء تحليل MS لخليط أرابينوكسيلان خماسي السكاريد ، عرض الطيف نمطا نظيريا مع ذروة واحدة عند M فوق Z 685.24 مما يشير إلى أن المركبين متساويان في الطبيعة. تم فصل قنوات الخماسي من خلال خلية IMS الدورية ، وتم فصل ثلاث قمم مع أوقات وصول مختلفة.
يظهر XA3XX النقي القمم عند 83 و 90 مللي ثانية ، بينما يعرض XA2XX ذروة عند 94 مللي ثانية. بعد المرحلة الأولى من فصل IMS ، تم إخراج الأيونات التي تنتمي إلى XA3XX ، وتم اختيار الذروة عند 94 مللي ثانية لتحليل IMS-IMS. تم إجراء فصل ثلاثي التمريرات بعد إعادة حقن الأيون دون تنشيط ، وتم الحصول على ذروة XA2XX عند 199 مللي ثانية.
تم إلغاء تعقيد بيانات IMS-IMS MS التي تم إنشاؤها باستخدام وقت الوصول وأبعاد M over Z ، مما أدى إلى توليد أطياف IMS-IMS. وتم تصدير القمم التي تزيد عن 0.2 في المائة من الكثافة النسبية لمعايرة احتجاز الكربون وتخزينه، مما أسفر عن طيف مركزي من التحليل الميكانيكي لاحتجاز الكربون وتخزينه معايرة بنظام الرصد والتكامل IMS-IMS. من المهم دائما التحقق من عزل أيون السلائف ، وإلا فقد يأتي الطيف من خليط من المركب محل الاهتمام والملوثات.
لقد استخدمنا سابقا أطياف IMS-IMS لبناء الشبكات وتصنيف المركبات ، ولكن يمكن استخدامها أيضا للبحث مقابل قواعد البيانات عن تحديد الهوية المركبة. هذه التقنية حديثة جدا ، لكننا نتوقع أن تكون مفيدة للغاية في الغليكوميكس وكذلك في أي سياق يواجه فيه المحللون جزيئات أيزومرية.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
نظرة عامة
يحدد هذا البروتوكول تجربة تتابع طيف قياس تنقل الأيونات (IMS/IMS) لتمييز الجزيئات الحيوية، مع التركيز بشكل خاص على تمييز الأيزومرات. إنه يتيح تصنيف الغليكانات إلى مجموعات هيكلية مميزة، مما يسهل إنشاء شبكات جزيئية.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلم
- التوصيف الحيوي الجزيئي
- قياس تنقل الأيونات
- التحليل الطيفي الكتلي
الخلفية
- يكمل قياس تنقل الأيونات التحليل الطيفي الكتلي.
- إنه حساس للأيزوميرية، مما يساعد في التحليل البنيوي.
- الطريقة تنطبق على العديد من العائلات الجزيئية.
- يمكن تصنيف الغليكانات بناءً على السمات الهيكلية الرئيسية.
هدف الدراسة
- لعزل الجزيئات وتحليل ملفات تعريف تنقل شظاياها.
- للتمييز بشكل فعال بين الهياكل الأيزوميرية.
- لتوفير معلومات يصعب الحصول عليها من خلال التحليل الطيفي الكتلي وحده.
الطرق المستخدمة
- تسجيل ملفات تعريف تنقل الأيونات للجزيئات المنشطة.
- تمييز الهياكل الأيزوميرية بناءً على بيانات التنقل.
- تصنيف الغليكانات إلى 11 مجموعة.
- بناء شبكات جزيئية لتطبيقات بحثية مختلفة.
النتائج الرئيسية
- البروتوكول ينجح في عزل وتحليل الشظايا الجزيئية.
- إنه يسمح بتصنيف فعال للغليكانات.
- الطريقة تعزز القدرة على التمييز بين الهياكل المتشابهة.
- إنها قابلة للتكيف مع العديد من العائلات الجزيئية، بما في ذلك المستقلبات والأدوية.
الاستنتاجات
- نهج IMS/IMS المتتابع هو أداة قيّمة في التحليل الحيوي الجزيئي.
- يوفر رؤى قد يفتقدها التحليل الطيفي الكتلي التقليدي.
- الطريقة متاحة مع الالتزام الدقيق بخطوات البروتوكول.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
Cyclic ion mobility spectrometry (IMS/IMS) enables high-resolution structural discrimination of isomeric biomolecules, addressing a critical gap in analytical confidence for glycomics and complex metabolite profiling. This capability strengthens early discovery and target validation by providing molecular fingerprints that mass spectrometry alone cannot resolve, supporting risk-adjusted portfolio decisions. The method's reproducibility and structural specificity position it as a strategic asset for biopharma R&D pipelines confronting isomeric complexity.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables precise structural classification of isomeric glycans and metabolites, supporting mechanistic de-risking.
- Provides molecular fingerprints for pathway clarification and target validation in complex biological samples.
- Facilitates confident triage of candidate molecules based on structural features not accessible by MS alone.
Screening & Assay Development
- Delivers reproducible, CCS-calibrated spectra for assay standardization and downstream screening workflows.
- Supports the development of validated reference datasets for high-throughput compound evaluation.
- Improves screening readiness by enabling discrimination of structurally similar compounds.
Translational & Preclinical Research
- Aligns molecular classification with disease-relevant biomarker discovery when isomeric resolution is required.
- Ensures continuity from discovery to preclinical validation by providing robust structural data for candidate selection.
- Reduces translational risk by confirming molecular identity in complex biological matrices.
Pipeline & Workflow Integration
Cyclic IMS/IMS integrates into the analytical discovery continuum, bridging early discovery, lead identification, and preclinical workflows where isomeric discrimination is essential.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and biological de-risking by resolving isomeric structures in candidate pools.
- Screening: Provides quantitative, reproducible mobility profiles and CCS-calibrated outputs for assay development.
- Analytics: Enables multidimensional data analysis, including molecular networking and database searching for structural annotation.
- Translational Research: Facilitates biomarker alignment and molecular identity confirmation in translational studies.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable analytical platform for diverse molecular families, including glycans, metabolites, and drugs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in molecular characterization.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible workflows for high-resolution structural analysis.
- Strategic Value: Enables informed go/no-go decisions and capital-efficient advancement of structurally complex candidates.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by providing robust structural evidence for candidate selection.
Implementation Considerations
- Requires expertise in mass spectrometry and ion mobility operation and data interpretation.
- Demands access to advanced cyclic IMS instrumentation and CCS calibration standards.
- Necessitates rigorous cross-team standardization for reproducible acquisition and analysis.
- Adaptation across molecular classes may require protocol optimization for specific sample types.
- Isolation quality and contaminant control are critical for reliable structural assignments.
