Method Article

Enfoque técnico para el análisis estructural de un compuesto desconocido en el líquido oral Huoxiang Zhengqi basado en espectrometría de masas con trampa de iones lineales

DOI:

10.3791/70672

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April 3rd, 2026

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1General Surgery, Chongqing Traditional Chinese Medicine Hospital, The First Affiliated Hospital of Chongqing College of Traditional Chinese Medicine, 2Department of Cardiology, Chongqing Traditional Chinese Medicine Hospital, The First Affiliated Hospital of Chongqing College of Traditional Chinese Medicine, 3Chongqing Taiji Industry, 4Chongqing Clinical Research Center for Dermatology, Department of Dermatology, Chongqing Traditional Chinese Medicine Hospital, The First Affiliated Hospital of Chongqing College of Traditional Chinese Medicine

In This Article

Summary

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Aquí mostramos un protocolo estándar que combina árboles de espectrometría de masas de varias etapas con un proceso de fragmentación basado en el líquido oral Huoxiang Zhengqi.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Los compuestos herbales chinos (CHC) desempeñan un papel insustituible en la medicina china, y la identificación de sus complejos componentes ha sido un foco de investigación importante en los últimos años. El líquido oral Huoxiang Zhengqi es un medicamento chino clásico patentado cuya composición química requiere una investigación más profunda a nivel molecular. Los espectrómetros de masas tradicionales, como el tiempo de vuelo y el Orbitrap, normalmente solo proporcionan información secundaria sobre fragmentación. Basándose en un espectrómetro de masas de trampa iónica lineal, los compuestos podían descomponerse de forma más exhaustiva, obteniendo así información fragmentaria más profunda. Este artículo desarrolla una técnica de exploración estructural para compuestos desconocidos en los CHC, que abarca el pretratamiento de muestras, la preparación de cromatografía líquida de ultra-rendimiento, la preparación de espectrometría de masas, las pruebas de espectro completo, las pruebas de espectrometría de masas secundarias, las pruebas de espectrometría de masas multinivel y el análisis de resultados. Los resultados representativos demuestran el proceso de derivación de la estructura compuesta. Discutimos factores que influyen en la técnica experimental, como isómeros, compuestos polihidroxi y resolución de instrumentos. Basándose en la derivación de la estructura molecular microscópica de compuestos desconocidos mediante fragmentación por espectrometría de masas en varias etapas, el método experimental establecido es versátil y aplicable para la caracterización estructural de moléculas pequeñas bioactivas en la medicina tradicional china y su vinculación con mecanismos farmacológicos.

Introduction

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Los compuestos herbales chinos (CHC), como activos invaluables de la medicina tradicional china (MTC), han acumulado milenios de experiencia clínicavalidada 1. Cumplen un papel insustituible en la prevención de enfermedades, la intervención terapéutica y larehabilitación 2. A través del sinergismo multi-hierbas, los CHC tratan el cuerpo humano de forma holística, operacionalizando los principios fundamentales del holismo y la terapia basada en la diferenciación desíndromes. Dentro de los marcos médicos contemporáneos, los CCC obtienen reconocimiento mundial por sus mecanismos polifarmacológicos que interactúan víasmulti-objetivo 4, con amplias aplicaciones que abarcan trastornos digestivos, infecciones respiratorias einmunomodulación 5. El líquido oral Huoxiang Zhengqi (HXZQ) ejemplifica las formulaciones clásicas deCHC 6. Su composición integra múltiples hierbas medicinales como el partuli, la hoja de perilla, la angélica dahurica, los atractylodes, la poria y la cáscara de mandarina seca. Es reconocida por su capacidad para conferir propiedades diaforéticas, de limpieza de calor, de eliminación de humedad y tonificadoras del estómagodel bazo 7. HXZQ se utiliza clínicamente contra síndromes similares a la gripe inducidos por humedad, distensión epigástrica, vómito y condicionesdiarreicas 8. Los avances tecnológicos han desplazado la investigación en CC de la observación fenomenológica hacia investigaciones a nivel molecular, mecanicista y de compuestos9, como la utilización de técnicas de proteómica y metabolómica para identificar los componentes activos, estableciendo así las bases científicas para la globalización de la MTC. En consecuencia, el análisis riguroso de los constituyentes químicos y la farmacodinámica de HXZQ no solo avanza en la estandarización del CHC, sino que también cataliza el descubrimiento innovador defármacos 10.

El HXZQ es una formulación multi-hierba cuya complejidad química inherente surge de sus componentes botánicos compuestos11. Caracterizado por una amplia variedad de clases fitoquímicas —incluyendo aceites volátiles, cumarinas, lignanos, polisacáridos y alcaloides— HXZQ contiene tanto compuestos bioactivos bien caracterizados como un conjunto sustancial de constituyentes estructuralmente noanotados 12. Fluctuaciones dinámicas en componentes clave (por ejemplo, aceites volátiles, flavonoides, alcaloides) pueden producirse debido a variaciones en los protocolos de extracción y las condiciones de almacenamiento, lo que subraya la necesidad crítica de un perfilado químicosistemático 6. En el marco de la modernización de la medicina tradicional china (MTC), el análisis composicional profundo de formulaciones clásicas como HXZQ no solo aclara la base material subyacente a su eficacia terapéutica, sino que también proporciona apoyo empírico para el control de calidad, la fabricación estandarizada y el seguimiento de eventosadversos 10. Aunque los compuestos de alta abundancia en HXZQ han sido ampliamente documentados, una parte significativa de su componente químico sigue sincaracterizar 13. La diversidad estructural de sus componentes, combinada con la baja abundancia de muchas moléculas potencialmente bioactivas, plantea desafíos formidables para una identificación integral utilizando técnicas analíticas convencionales como la cromatografía y la espectroscopía por sísolas. Cabe destacar que el isomerismo es prevalente en múltiples clases fitoquímicas en HXZQ, incluyendo cumarinas, lignanos y polisacáridos, lo que complica aún más la diferenciaciónestructural 15. Barreras adicionales para la anotación precisa de compuestos incluyen la baja abundancia de analito y los efectos de interferencia matricial. En conjunto, estos factores destacan una frontera clave en la investigación en HXZQ: el desarrollo de estrategias analíticas robustas para lograr una identificación precisa y de alta cobertura de su conjunto químico completo.

Las plataformas contemporáneas de espectrometría de masas (EM) encuentran limitaciones inherentes al caracterizar matrices complejas, incluyendo artefactos de coelución iónica y cobertura incompleta de bases de datosespectrales 16. En este contexto, la espectrometría de masas en tándem (MS/MS) y la espectrometría de masas multietapa (MSn) han surgido como estrategias analíticas indispensables para la elucidación estructural de novo de compuestos desconocidos17. Aunque los sistemas convencionales de alta resolución MS como el cuadrupolo de tiempo de vuelo (Q-TOF) MS y Orbitrap MS generan datos de fragmentos MS/MS de alta calidad, su utilidad se limita a eventos de fragmentación de una sola etapa. A pesar de esta limitación, estas plataformas ofrecen una visión estructural enriquecedora con una sensibilidad y resolución excepcionales, especialmente al analizar mezclascomplejas 18. En cambio, la esclerosis múltiple por trampa de iones lineales (LIT) emplea un modo de disociación inducida por colisión (CID) de varias etapas que permite la fragmentación secuencial e iterativa de iones moleculares. Esta capacidad única permite la disección escalonada de esqueletos compuestos y grupos funcionales, facilitando la identificación cualitativa y inequívoca de analitos desconocidos estructuralmentediversos 19. Para abordar la necesidad no satisfecha de caracterización integral de matrices CHC complejas, este estudio presenta un flujo de trabajo analítico basado en LIT-MS, adaptado para la identificación de compuestos desconocidos. Aprovechando la alta eficiencia de captura de iones y la rápida velocidad de escaneo del LIT, este enfoque mejora el rendimiento y la precisión de la anotación estructural de novo . La aplicación de este flujo de trabajo a HXZQ pretende: (1) complementar metodologías existentes para el perfilado de constituyentes químicos no caracterizados en HXZQ; (2) establecer un marco técnico para apoyar la investigación de estandarización para otras formulaciones de CHC; y (3) acelerar la traducción de la MTC de la práctica empírica a la medicina de precisión basada en la evidencia.

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Protocol

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1. Pretratamiento de muestras

  1. Abre el envase del HXZQ comercial. Transfiere con precisión 0,1 mL de HXZQ a una botella de muestra de 2 mL, luego añade 0,9 mL de agua. Sacude la solución hasta que esté bien mezclada.
  2. Prepara una jeringuilla de inyección (1 mL) y un filtro de membrana microporosa (0,22 μm). Filtra la solución en un nuevo frasco de muestra de 2 mL.
    NOTA: Toma las precauciones personales adecuadas durante los procedimientos experimentales.

2. Preparación de cromatografía líquida de ultra-rendimiento (UPLC)

  1. Haz doble clic en el software Xcalibur . Haz clic en Listo para descargar y luego en el botón Control Directo . Haz clic en la columna Módulo de Bomba en la ventana emergente, pon %B en 50, %C en 0 y %D en 0 (Figura 1).
  2. Haz clic en el botón Motor para cambiarlo al estado Encendido. Haz clic en el botón Más opciones , pon el Flujo en 5 [mL/min] y el Tiempo en 180 [s] en la ventana emergente. Haz clic en el botón Purgar y luego en el botón OK en la ventana emergente.
    NOTA: La fase móvil es constante a 0,3 mL/min con 50% de A (0,1% de solución de ácido fórmico) y 50% B (acetonitrilo) sin temperatura de columna en ausencia de columna cromatográfica. El volumen de inyección por defecto suele ser de 1 μL.

3. Preparación para el EM

  1. Vuelve a la ventana principal del software, haz clic en el botón Vista de Configuración de Secuencias . Haz clic en el botón Abrir para importar la plantilla ya editada, haz clic derecho en el Nombre del Método y luego en el botón Abrir Archivo para abrir el archivo del método.
  2. En la ventana emergente de Configuración de Instrumentos, configura la Primera Misa (m/z) en 100 y la Última Misa (m/z) en 1200. Haz clic en el botón Guardar para guardar el método.
    NOTA: Las condiciones predeterminadas de la EM incluían temperatura de la fuente de iones a 350 °C, rango inicial de la EM durante 80 – 1200 Da, modo de colisión en disociación inducida por colisión (CID) y energía de colisión a 35.

4. Examen completo de EM

  1. Haz clic en el botón Secuencia de Corridas y luego en el botón OK en la ventana emergente. Esperar a que se complete la inyección de la muestra (Figura 2).
    NOTA: Antes de la prueba, por favor coloque el frasco de muestra de 2 mL en la bandeja del instrumento.
  2. Haz clic en el botón Vista de la hoja de ruta y haz clic en el icono de Navegador de Qual para abrir la ventana de Navegador de Quand. Haz clic en el botón Abrir , selecciona el Archivo de Datos con formato .raw en la carpeta y haz doble clic para abrir el archivo.
  3. Haz clic derecho en la ventana de Cromatograma y luego haz clic en el botón de Rangos . En la sección de filtro de escaneo, selecciona ESI Full MS. En la sección Tipo de trama, elige TIC. Haz clic en el botón OK y la ventana mostrará el cromatograma iónico total de la muestra.
  4. Haz clic en el botón Pushpin , en la esquina superior derecha de la ventana del espectro de masas.
  5. En la ventana del cromatograma, haz clic y desliza para seleccionar una Región Temporal con la abundancia relativa más fuerte. La ventana del espectro de masas mostrará los iones correspondientes del espectro de masas. Registra los valores m/z para el siguiente nivel de espectrometría de masas.

5. Examen MS/MS

  1. Volver a la ventana de Configuración de Instrumentos. En la columna Masa Parental de la fila n=2, introduzca el valor m/z del compuesto registrado en el paso anterior. Haz clic en el botón Guardar para guardar el método.
  2. Vuelve a la ventana del software. Haz clic en el botón Vista de Configuración de Secuencia , modifica el nombre del archivo y luego haz clic en el botón Guardar para guardar la secuencia.
  3. Haz clic en el botón Secuencia de Corridas y luego en el botón OK en la ventana emergente. Espera a que se complete la inyección de la muestra.
  4. Volver a la ventana del Navegador de Cual. Haz clic en el botón Abrir , selecciona el Archivo de Datos con formato .raw en la carpeta y haz doble clic para abrir el archivo
  5. Haz clic derecho en la ventana de Cromatograma y luego haz clic en el botón de Rangos . En la sección de filtro de escaneo, selecciona ESI Full MS. En la sección Tipo de trama, elige TIC. Haz clic en el botón OK y la ventana mostrará el cromatograma iónico total de la muestra.
  6. Haz clic en el botón Pushpin , en la esquina superior derecha de la ventana del espectro de masas.
  7. En la ventana del cromatograma, haz clic y desliza para seleccionar una Región Temporal con la abundancia relativa más fuerte. La ventana del espectro de masas mostrará los iones correspondientes del espectro de masas. Registra los valores m/z para el siguiente nivel de espectrometría de masas.

6. PruebaMS n

  1. Vuelve a la ventana de configuración del instrumento. En la columna Masa Parental de la fila n=3, introduce el valor m/z del compuesto registrado en el paso anterior. Haz clic en el botón Guardar para guardar el método.
  2. Repite los pasos 4.2 a 4.5 para completar la inyección de muestras y la visualización de datos. Detener el análisisMSN una vez que no se observen iones fragmentados estables.

7. Optimización de parámetros

  1. Vuelve a la ventana de configuración del instrumento. En la columna de tipo de acto, haz clic en CID y luego selecciona PQD o ETD para cambiar el modo de colisión.
  2. En la columna de energía de colisión normalizada, haz clic 35 y luego ajusta a 20 o 50 para cambiar la energía de colisión.
    NOTA: Combina todos los residuos químicos y disolventes en el contenedor de residuos orgánicos.

8. Análisis de resultados

  1. Dibuja manualmente el ion padre y el ion de fragmentación en el software de dibujo, incluyendo la estructura del ion padre, el nombre del compuesto y el valor de la relación masa-carga (m/z).
  2. Por ejemplo, para el compuesto desconocido con m/z=623.21, observa la fragmentación resultante. Aquí, el fragmento intermedio tenía un m/z=461,15 en MS/MS. La diferencia de masa era de 162,06 Da, correspondiente a una estructura hexosa.
  3. Analiza esto más a fondo, el fragmento intermedio con m/z=461.15 se fragmentó de nuevo para formar neobyakangelicol con m/z=315.09 en MS3. La diferencia de masa fue de 146,06 Da, correspondiente a una estructura de desoxihexametilosa. Es decir, el intermedio con m/z=461,15 tenía una unidad de desoxihexametilosa más que el neobyakangelicol.
  4. En la estructura del neobyakangelicol, analiza la posición de enlace. Aquí, el grupo hidroxilo expuesto era la posición más probable de estar conectado a una desoxihexametilosa. De manera similar, el grupo hidroxilo en C1 sobre la unidad desoxihexametilosa era el más probable de estar conectado a una hexosa. Finalmente, obtén la estructura del compuesto desconocido con m/z=623.21.

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Results

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Sugerimos que toda la información m/z debía ser recopilada primero, y luego se calculaba el valor de la diferencia de masa entre el ion padre y el ion fragmento. Encontré el compuesto que se reportó en la base de datos o la literatura, y luego deduje la estructura del compuesto desconocido de forma inversa basándose en esa estructura conocida.

Todos los compuestos detectados y sus iones fragmentos correspondientes se presentaban mediante valores m/z. Un subconjunto de estos iones fragmentos po...

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Discussion

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La combinación de LIT-MS y su tecnologíade fragmentación MS n proporciona un método para identificar compuestos desconocidos en los CHC. A diferencia de los modos MS en tándem tradicionales en Orbitrap y Q-TOF MS, la trampa iónica lineal puede capturar específicamente iones objetivo, evitando eficazmente la interferencia de iones coeluentes23. Este método alcanza una precisión a nivel molecular, proporcionando información estructural química relativamen...

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Disclosures

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Los autores declaran no tener intereses financieros en competencia.

Acknowledgements

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Este trabajo fue financiado por un proyecto especial de incentivo al rendimiento y orientación del Instituto de Investigación Científica de Chongqing (cstc2022jxjl120005). Proyecto de investigación científica y tecnológica de la Comisión Municipal de Educación de Chongqing (KJZD-K202315102). Proyecto de Investigación Científica Médica de Chongqing (Proyecto conjunto de la Comisión de Salud de Chongqing y la Oficina de Ciencia y Tecnología (2022DBXM007). Becario del Hospital Especial Xinglin de la Universidad de Chengdu de la MTC (YYZX202160).

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AcetonitrileThermo ScientificCAS 75-05-8Estado líquido
Ácido fórmicoThermo ScientificCAS 64-18-6Estado líquido
Huoxiang Zhengqi Oral LiquidChongqing Taiji Industry (Group) Co., Ltd.Código de Norma Estatal de Medicamentos Z50020409Objeto de estudio
Espectrómetro de masas de trampa iónica linealThermo ScientificLTQ XLInstrumento IT-MS
Cromatógrafa de líquidosThermo ScientificU3000Instrumento UPLC
XcaliburThermo Scientificversión 2.0Software operativo UPLC-IT-MS

References

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