Il termine "metabolomica" può comprendere molte cose. Ad esempio, un esperimento di metabolomica può essere eseguito utilizzando una varietà di piattaforme analitiche come la risonanza magnetica nucleare e la cromatografia gassosa e/o liquida abbinata alla spettrometria di massa. Inoltre, gli esperimenti di metabolomica possono essere eseguiti in modo mirato o non mirato, o in una combinazione di entrambi. Un esperimento di metabolomica mirata comporterà l'analisi diretta di un pannello di molecole importanti per la questione biologica in questione (ad esempio, piccole molecole coinvolte nel ciclo TCA consentiranno una quantificazione accurata di tale via). In questa situazione, l'ipotesi biologica sta dettando la scelta dei metaboliti da mirare nell'analisi e le fasi analitiche sono ottimizzate per la rilevazione di queste molecole. In alternativa, si sta generando un'ipotesi di esperimento di metabolomica non mirata. In questo caso, l'esperimento viene eseguito in modo ampio e imparziale per consentire il rilevamento del maggior numero possibile di metaboliti. I risultati di un esperimento non mirato guideranno la fase successiva della ricerca (che in molti casi può comportare un flusso di lavoro metabolomico mirato). È anche possibile combinare i due approcci, nel qual caso un esperimento viene eseguito in modo non mirato mentre contemporaneamente un pannello di molecole note viene monitorato all'interno dei dati.
Il tutorial presentato qui si concentra specificamente sulla profilazione dei metaboliti non mirati del siero. Come descritto in precedenza, l'approccio non mirato fornisce una visione imparziale dei metaboliti rilevabili, può generare grandi quantità di informazioni e, in ultima analisi, consentire nuove scoperte. L'uso di questo approccio, che impiega specificamente la cromatografia liquida ad alte prestazioni accoppiata alla spettrometria di massa (UPLC-MS), sta diventando sempre più diffuso e prevede le seguenti fasi: (1) disegno sperimentale (2) raccolta del campione (3) preparazione del campione (4) acquisizione dei dati mediante UPLC-MS (5) pre-elaborazione dei dati (rilevamento, integrazione, allineamento e normalizzazione dei picchi) (6) analisi statistica dei dati (sia uni- che multivariata) (7) identificazione dei metaboliti e (8) interpretazione.
Attualmente, non esistono metodi standard stabiliti per la profilazione dei metaboliti non mirati basata su UPLC-MS e le successive fasi di pre-elaborazione dei dati. Questa mancanza di standardizzazione è dovuta in parte a una delle principali sfide analitiche della profilazione dei metaboliti; la diversità chimica del metaboloma. A causa di questa diversità, è impossibile per un singolo metodo di estrazione o di acquisizione con spettrometria di massa fornire una copertura completa di tutti i metaboliti in un'unica analisi. In teoria, la copertura dei metaboliti può essere massimizzata utilizzando estrazioni multiple (ad es. acquosa, metanolo, cloroformio: metanolo, ecc.) abbinate a varie condizioni cromatografiche (ad es. fase inversa, HILIC, ecc.) e varie modalità di ionizzazione (ad es. ione positivo, ione negativo, ionizzazione chimica, ecc.).). Spesso, tuttavia, i ricercatori non hanno una predilezione predeterminata per una specifica classe chimica e quindi la spesa per l'esecuzione di estrazioni multiple e l'acquisizione di strumenti non è giustificata, soprattutto per esperimenti su larga scala. Pertanto, il video tutorial qui presentato è stato progettato per fornire una procedura generale per la profilazione del siero di metaboliti non mirati su larga scala mediante UPLC-MS. Consentirà ai laboratori nuovi e consolidati di eseguire questi tipi di esperimenti e gli elementi costitutivi su cui possono espandere l'approccio per vari tipi di campioni, classi chimiche specifiche o analisi mirate. In particolare, questo protocollo includerà le fasi di: preparazione del campione di siero, organizzazione del campione per studi su larga scala, acquisizione dei dati UPLC-MS, procedure di controllo qualità (QC) e identificazione dei metaboliti. Vengono inoltre presentate strategie per la pre-elaborazione dei dati e l'analisi statistica.
Il protocollo non si concentrerà sulle fasi della progettazione sperimentale, della raccolta dei campioni o dell'interpretazione dei dati biologici poiché esula dall'ambito di questo tutorial. Tuttavia, esistono molte risorse in letteratura per questi argomenti e gli autori incoraggiano i ricercatori nuovi alla metabolomica ad esplorarli a fondo 4, 5, 6, 7, 8, 9. In particolare, la progettazione sperimentale è estremamente importante ed è fondamentale per il successo di un esperimento di metabolomica non mirata. Fattori quali l'appropriata replicazione biologica e la coerenza della procedura di raccolta dei campioni (ad esempio tempo al banco, temperatura di conservazione, tempo di conservazione, congelamento-disgelo, ecc.) devono essere presi in considerazione per garantire uno studio valido e facilitare un'adeguata interpretazione biologica dei dati.