この研究では、複雑な TCM である Huaihua Powder を分析するための DDA モードと DIA モード (UPLC-QE-Orbitrap MS) を比較します。最適化された DDA および DIA メソッドが開発されました。化合物は、Compound Discoverer を介して 同定されました。性能(化合物の同定、再現性、スペクトル品質、感度)が評価され、TCMスキャンモードの選択に経験的なガイダンスが提供されました。
方法論記事
この研究では、複雑な TCM である Huaihua Powder を分析するための DDA モードと DIA モード (UPLC-QE-Orbitrap MS) を比較します。最適化された DDA および DIA メソッドが開発されました。化合物は、Compound Discoverer を介して 同定されました。性能(化合物の同定、再現性、スペクトル品質、感度)が評価され、TCMスキャンモードの選択に経験的なガイダンスが提供されました。
この研究では、複雑な漢方薬(TCM)製剤の包括的な化学プロファイリングのために、データ依存取り込み(DDA)とデータ非依存取り込み(DIA)の2つの質量分析取り込みモードの比較性能を、超高速液体クロマトグラフィー-四重極-Orbitrap高分解能質量分析(UPLC-Q-Orbitrap HRMS)と組み合わせて体系的に評価します。古典的に配合された処方箋である Huaihua Powder は、経験的評価のモデル システムとして採用されました。最適化された DDA と DIA の取り込み法が別々に確立され、DDA 法ではフラグメンテーションパラメーターをカスタマイズしたターゲット前駆体イオン選択戦略が組み込まれ、DIA 法ではターゲット m/z 範囲をカバーするセグメント化された可変ウィンドウ戦略が採用され、すべての前駆体イオンに対して偏りのないフラグメンテーションを実行しました。化合物の同定は、Compound Discovererソフトウェアを使用して実行されました。比較評価では、同定された化合物の数、再現性、MS/MSスペクトル品質、および低存在量の有効成分の検出感度を含む、2つの取り込みモードの性能特性に特に焦点が当てられました。結果は、DDAモードの方が検出された化合物の総数が多いのに対し、DIAモードの方が信頼度の高い同定の割合が高いことを示しました(スペクトルマッチスコア>0.8)で10.63%)。特に、DIAアプローチは、6つの代表的な化合物の保持時間とピーク面積において有意に優れた再現性を示し、ルチンは2つの取得モード間で保持時間RSDに>3倍の差を示しました。ただし、DDA は明確なフラグメントイオンを含むよりクリーンな MS/MS スペクトルを生成しましたが、DIA スペクトルは汚染イオンからの干渉を示しました。同時に、DIAは、DDAモードでイオンクロマトグラムとMS/MSフラグメントを抽出できない低存在量の有効成分を効果的に検出しました。この研究は、複雑なTCM製剤研究のための高分解能質量分析取得モードの選択に情報を提供するための重要な実験的証拠と分析データセットを提供します。その後の研究者は、両方のアプローチの補完的な利点を統合して、包括的な化合物特性評価において二重の目的を達成する可能性があります。
伝統的な漢方薬 (TCM) の処方は、成分濃度に大きなばらつきを伴う複雑な化学システムを備えており、特に多数の低存在量の有効成分が存在するため、分析技術に深刻な課題が生じています。古典的で有名な伝統的な漢方薬の処方である淮化粉末は、Sophora japonica、Platycladus orientalis の葉、Schizonepeta tenuifolia スパイク、Citrus aurantium peel の 4 つの薬草で構成されています。このフォーミュラには、フラボノイド、アルカロイド、揮発性油などの多様な生理活性物質が含まれており、その濃度には大きなばらつきがあります。これは、TCM 処方の物質的基礎を研究するための複雑なシステム1 の代表的なモデルとして機能します。その化学組成の正確、包括的、信頼性の高い特性評価は、薬力学的材料の基礎を解明し、品質管理基準を改善するための重要な前提条件です。
超高速液体クロマトグラフィー-四重極-静電場 Orbitrap 高分解能質量分析 (UPLC-QE-Orbitrap MS) は、その卓越した分解能、感度、質量精度により、複雑な TCM システムにおける化学成分を分析するためのコア プラットフォームとして浮上しています。データ収集戦略に関しては、データ依存集録(DDA)とデータ独立集録(DIA)の2つの主流モードです2,3,4(図1)。DDAモードは、プリセットルール(前駆体イオン強度閾値、動的除外など)に基づいて、高存在量イオンのフラグメンテーションを選択的にトリガーし、構造解明を容易にするターゲットを絞った高品質のMS/MSスペクトルを生成します。ただし、低存在量イオンをカバーするには制限があります 5,6,7,8。 対照的に、DIAモードは、連続または可変ウィンドウを使用して、指定された質量電荷比範囲内のすべての前駆体イオンの非差別フラグメンテーションを実行します。理論的には、検出可能なすべてのイオンを捕捉し、検出の幅と再現性を大幅に向上させ、特にノンターゲットグローバル分析に適していますが、結果として得られる混合MS/MSスペクトルは解釈がより複雑になります5,9。
現在、DDAおよびDIA技術はTCM分析に個別に適用されていますが、同じ複雑なTCMフォーミュラシステム(Huaihua Powderなど)内の同定幅(特に低存在量成分の場合)、MS/MSスペクトル品質、検出感度などのコア性能指標に関する体系的で実証的な比較研究は依然として不十分です。複雑なTCMマトリックスにおけるこれら2つのモードの適用可能なシナリオ、利点、および制限を明確にすることは、研究者が特定の実験目的に基づいて戦略選択を最適化するために重要です10。
このプロトコルの適用可能性について読者を導くために、主要なパラメーターと制限事項をここに要約します。この方法は、フラボノイドとアルカロイドを含むシステムに最適化されたパラメーターを使用して、複雑なハーブマトリックスのプロファイリングに非常に効果的です。臨界 DIA 変数ウィンドウは、経験的テストの後、30 m/z に設定されました。このパラメータは、異なる物理化学的特性を持つサンプルに合わせて調整する必要があります。このメソッドは、低存在量イオン(ピーク面積~105)を確実に検出しますが、データ品質を確保するには、別々の正イオン化モードと負イオン化モードで取得する必要があります。主な制限は、DIAがスペクトルライブラリと信頼性の高い識別のための高度なデコンボリューションソフトウェアに依存していることであり、これは計算リソースの要件に影響を与えます。
したがって、この研究は、古典的なフォーミュラ Huaihua Powder をケーススタディとして使用して、UPLC-QE-Orbitrap MS プラットフォーム上の DDA および DIA スキャン モードの包括的なパフォーマンスを詳細かつ体系的に比較することを目的としています。Huaihua Powder分析に合わせた最適化されたDDAおよびDIAスキャン方法が開発されます。データ処理は、Compound Discoverer ソフトウェアを使用して実行され、次の次元で 2 つのモードを評価および比較します。(2)取得したMS / MSスペクトルの品質。(3)代表的な化合物のピーク面積と保持時間の再現性。4)低存在量の有効成分の検出感度。この研究は、複雑なTCMシステムの研究において高分解能質量分析スキャンモードを選択するための確かな実験的証拠とデータサポートを提供し、「幅と深さのバランス」を達成し、TCMの近代化を進めるためのDDAとDIAの補完的な利点の可能性を探ることが期待されています。
実験中、DIA取得モードにおけるセグメント変数ウィンドウのパラメータ設定については、30m/zに設定することを推奨します。同時に、プラスイオンとマイナスイオンを別々に収集する効果が優れています。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
この研究で使用された試薬と機器は、 材料表に記載されています。
1. 淮化粉末試験液の調製
2. UPLC-Q-Orbitrap HRMSの検出条件
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
化合物の全体的な同定
2 つの取り込みモードでの Huaihua Powder の総イオン電流クロマトグラムを図 2 に示し、全体的な差は最小限です。DDA取得モードでは、ポジティブイオンモードとマイナスイオンモードの両方で合計14,958の化合物が同定され、DIA取得モードで9,489の化合物が同定されました(図3A)。このうち、DIAモードでの高いマッチングスコア(≥80)を持つ化合物の割合は、DDAモード(DDA:6.50%;直径:10.63%)(図3B)。正イオンモードと負イオンモードにおけるDDAとDIAのイオン分布図を図3C-F
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
この研究では、DIA取得モードでは、セグメント化された変数ウィンドウの値設定が大きすぎてはならないことがわかったことは特に言及する価値があります。300mzと100mzに設定しようとしましたが、最終的なスペクトル効果は悪かったです。検討と試みを繰り返した結果、最終的に 30mz の取得ウィンドウが最も適しているものとして選択しました。したがって、取得ウィンドウの設定は、実験の成否に決定的な影響を与えます。
同時に、DIAモードでの正イオンと負イオンの分離および同時取得が実験結果に及ぼす影響について、事前実験も実施されました。プラスイオンとマイナスイオンを一緒にスキャンすると、全体的なスペクトルの品質と分解能が低下します。主な理由は、サイクルタイムが長すぎて、各モードで第1レベルのスペクトルが少なすぎることです。それに対応して、化合物のクロマトグラフィーピークポイントの数も減少し、試験要件を満たせなくなります。したがって、正イオンと負イオンを別々にスキャンすることを選択しました。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
著者は利益相反を宣言しません。
本研究は、四川省自然科学財団の青少年基金 (No.2025ZNSFSC1823) によって財政的に支援されました。四川省科学技術革新苗木プロジェクト(MZGC20230055);成都中医薬大学「Xinglin Scholars」保育才能特別プロジェクトのための分野人材研究促進プログラム(MPRC2022017)。
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| アセトニ トリル | サーモフィッシャー | / | クロマトグラフィー純度 |
| Compound Discoverer 3.3ソフトウェア | サーモフィッシャー | / | 質量分析データ処理と化合物同定 |
| フルクタス・アウランティ | 四川省内江省 | 220709 | 淮化粉末の処方に含まれるハーブ |
| Platycladus orientalisの葉 | 山東臨沂 | 240619 | 淮化粉末の処方に含まれるハーブ |
| シゾネペタスパイク | 江蘇省台州 | 240601 | 淮化粉末の処方に含まれるハーブ |
| ソフォラの花 | 四川広安 | 241017 | 淮化粉末の処方に含まれるハーブ |
| 超音波洗浄機 | Jietuo超音波洗浄装置株式会社 | 240HT型 | 淮化粉末の成分抽出 |
| UPLC-Q-Orbitrap HRMS | サーモフィッシャー | / | 高分解能質量分析計 |
| 水 | ワトソンズ・カンパニー | / | 超純水 |
アクセスが制限されています。このコンテンツを表示するにはログインするか、トライアルを開始してください。
このJoVE記事のテキストまたは図の再利用許可をリクエスト
許可をリクエスト