マルチ セグメントの注入キャピラリー電気泳動質量分析法による高スループットかつ包括的な薬物監視
April 23rd, 2019
ここでマルチ セグメント注入毛細血管に基づく品質管理と改良された解像度と薬物乱用とその代謝物の大型パネルの検出は、包括的な薬物監視用高スループット方法を説明します。電気泳動-質量分析法。
尿薬物スクリーニングの現在の戦略は、職場の検査に必要な乱用薬物のますます大規模なパネルの日常的な分析だけでなく、治療薬物監視アプリケーションのために実行するために高価です。さらに、アミノアッセイに基づく方法は偏りが起こりやすいため、最終的には既知の薬物パネルの標的分析に限定されます。MSI-CE-MSと呼ばれるこの方法の主な利点は、無制限の薬物パネルとその代謝産物を高精度かつ最小限のサンプルワークアップで迅速にスクリーニングできることです。
違法薬物の使用を明らかにしながら、アドヒアランスを確認し、薬物投与量体制を最適化することによって患者の転帰を改善するためのハイスループットと手頃な価格のスクリーニング方法が緊急に必要です。この多重分離プラットフォームは、複雑な生物学的サンプルにおける標的化または非標的代謝産物プロファイリングに関連する様々な他の研究分野に適用することができる。氷の上にマイナス80度の摂氏貯蔵のための既知の処方薬の歴史を持つ患者から収集された同定されていない朝尿サンプルを解凍し、解凍したサンプルを30秒間渦出させることから始めます。
次に、サンプルを遠心分離によって沈め、各サンプルの3つの10マイクロリットルのアリコートを10マイクロリットルの重水素内部標準、4-フルオロL-フェニルアラニンの5マイクロリットル、3-クロロL-チロシン溶液、25マイクロリットルの脱イオン水と組み合わせます。次いで、混合物を1分間遠心分離し、各サンプルの20マイクロリットルを個々のポリプロピレンバイアルに移します。コーティングされていない融合シリカ毛細管調整パラメータを設定するには、長さ135センチメートル、内径50マイクロメートル、および360マイクロメートルの外径キャピラリーをスプールから切断します。
キャピラリーウィンドウメーカーを使用して、各キャピラリーの両端から約7ミリメートルのポリアミドコーティングを除去します。次に、キャピラリー入口をキャピラリー電気泳動、またはCEカートリッジに取り付け、各毛細管を2つの360度回転にループして、CE噴霧器針から約2ミリメートルのキャピラリー出口を突き出す。すべてのキャピラリが取り付けられている場合は、CEカートリッジをCEシステムに慎重にロードし、CE噴霧器をイオン源から保管します。
液体クロマトグラフィー(LC噴霧器)をイオン源に入れ、システムのソフトウェアでフラッシュを選択して毛細管コンディショニングを設定します。メタノール、水酸化ナトリウムモル1モル、脱イオン水、バックグラウンド電解質フラッシュをフラッシュあたり30分に設定し、毛細管調節期間中にアイソクラティックポンプをスタンバイ状態にします。最後のフラッシュの後、キャピラリー電気泳動質量分析計、またはCE-MS噴霧器、およびメタノール浸漬ワイプでCE電極を洗浄します。
セソプロパノール水溶液を1対1でCE-MSインターフェースを洗浄し、残存塩沈着物を除去します。LC噴霧器を洗浄されたCE-MS噴霧器と新しく調整されたキャピラリーと同軸シースの液体インターフェースに交換してください。その後、アイソクラティックポンプをオンにし、30キロボルトの電圧を15分間適用して、尿分析の前に安定したCE電流プロファイルが達成されるようにします。
システムソフトウェアで、プレコンディショニングを選択し、フラッシュを600秒に設定し、電解質ファイルのバックグラウンド位置を指定します。100ミリバールでサンプルを水力学的に5秒間注入し、30キロボルトで75秒間電気的に挿入するように注入を設定します。印加電圧を30キロボルト、カートリッジ温度を摂氏25度、合計実行時間を40分に設定します。
次に、時刻表を使用して、分離中に毎分2ミリバールの圧力勾配を0から40分に適用する。サンプルの取得が完了したら、毛細管がイオン源のCE噴霧器にある間、背景電解質で一晩50ミリバールの圧力で毛細血管をすすいだ。TOF-MS正イオン検出は、1スペクトル当たり500ミリ秒のデータ取得率で、質量電荷比50~1,700に及ぶに設定し、プロファイルと心心データの両方がDファイル形式で保存されていることを確認します。
エレクトロスプレーイオン化条件をキャピラリーに、ノズル電圧をそれぞれ2000ボルト、ネブライザーガスを1平方インチあたり10ポンド、乾燥ガスの供給を300°Cで毎分8リットルに設定し、シースガスの流量は195°Cで毎分3.5リットルです。次に、フラグメント化器、スキマー、オクタポール1周のMS電圧設定を120、65、および750ボルトに設定し、実験の設計に従って計測器制御およびデータ取得パラメータを設定します。データ分析のために、システム ソフトウェアで複数セグメント CE-MS データを開きます。
クロマトグラムの下で、抽出データとクロマトグラムおよび質量スペクトルデータ形式をプロファイルモードに設定します。スムージングの下で、2 次立方体 Savitzky-Golay を選択し、関数の幅を 15 ポイントに設定します。次に、[MS の統合] をクリックし、インテグレーターをアジャイルに設定します。
ピーク・フィルターの下で、ピークの最大数を 11 に設定します。ビューで、統合ピークリストをクリックし、ピーク数、保持時間、ピーク面積、ピーク高さ、信号対雑音比を選択します。次に、パラメーターを一意のメソッド名で保存し、各データ セットの解釈のためにメソッドをプロセスに適用します。
乱用の様々な同種異性体性薬物およびそれらの代謝産物のこの代表的な分析では、30の薬物混合物の10個の独立したサンプルから30個の分解されたピークがサンプルの持ち越しなしで検出された。他の2つのアイソバリックオピオイドは、完全なスキャンデータ取得で20の異なるピークとして完全に解決することができます。同様に, 2 アンフェタミンポジショナル異性体は、このマルチセグメントCE-MS分析で完全に解決されました, フェンテルミンの潜在的な誤用から違法メタンフェタミン乱用を区別するために, 減量のための食欲抑制剤として使用される所定の覚醒剤.
本代表的な薬物スクリーニング分析において、メタドシンの陽性スクリーニング試験結果は、メタドネd3ピークと共に低質量誤差で共遊する大きなシグナルピークの検出によって推定された。同じ実行内の他の尿サンプルでは他のシグナルは検出されず、検出されたメタドン濃度は、サンプル中のイオン応答比を測定し、4倍の尿希釈因子によって修正されたのと比較して、推奨カットオフ限界の13倍を超え、患者がメタドン維持療法に付着していることを確認した。ここでは、5つの異なる薬剤キャリブラントを含む多セグメントCE-MSにおける連続注入構成を、合成尿ブランクと共に1回のラン内で重複して分析した。
薬物代謝物は、スクリーニングカットオフ限界を超える力入り分子イオンとして検出された。この手順に従って、尿中の極性およびイオン代謝産物の多数は、発見ベースの代謝研究を支援するためにMSI CMSによって分析することもできる。さらに、非処方薬や違法薬物を含む外因性薬物とその代謝産物の広範な監視を達成することができます。
この最適化された方法は、日常的に乱用の他の薬物をスクリーニングするために使用することができます.これらは大麻またはアルコール代謝産物である可能性があり、我々の方法はまた、合成または偽の尿マトリックスと自然な、実際の、本物に寄付された尿サンプルを区別することができます。生物学的液体を扱うときは、常に注意してください。
概要
この研究では、多段階注入毛細管電気泳動質量分析（MSI-CE-MS）を用いた薬物モニタリングのハイスループット法を提示します。この方法により、広範囲の薬物とその代謝物検出の精度が向上し、サンプル準備が最小限に抑えられています。
研究の主要な構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 薬理学
- 分析化学
背景
- 現在の尿薬物スクリーニング方法は高コストで、既知の薬物パネルに限定されています。
- 手頃な価格で、ハイスループットなスクリーニング方法の必要性があります。
- MSI-CE-MSは無限の薬物パネルの迅速なスクリーニングを提供します。
- この方法は生物学的サンプルの代謝物プロファイリングにも適用できます。
研究の目的
- 薬物服薬の確認による患者の結果を改善すること。
- 薬物投与量レジームの最適化。
- 違法薬物使用を効果的に検出すること。
使用された方法
- 尿サンプルの解凍とボルテックス混合。
- 内部基準物質を用いたサンプルの遠心分離と準備。
- 毛細管の調整とCE-MSパラメータの設定。
- 特定のソフトウェア設定を使用したデータ収集と分析。
主な結果
- 10の独立した薬物混合サンプルから30個の分離されたピークが検出されました。
- 2つの同分異性オピオイドが20の異なるピークに完全に分離されました。
- 2つのアンフェタミン位置異性体が効果的に区別されました。
- 分析中にサンプルのキャリーオーバーは観察されませんでした。
結論
- MSI-CE-MS法は薬物スクリーニングに包括的なアプローチを提供します。
- 広範囲の薬物の高精度検出を可能にします。
- この方法は様々な研究分野での応用可能性を有しています。
よくある質問
Executive Industry Relevance
High-throughput, comprehensive drug surveillance is critical for biopharma R&D, especially in the context of evolving drug abuse patterns and precision medicine. The MSI-CE-MS platform enables rapid, multiplexed detection of a broad spectrum of drugs and metabolites, supporting both discovery and translational workflows. This capability enhances predictive confidence and operational efficiency at key decision points in drug development and therapeutic monitoring.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables unbiased detection of known and unknown drug metabolites in complex biological matrices.
- Supports mechanistic de-risking by resolving isobaric and isomeric compounds with high accuracy.
- Facilitates functional validation of drug exposure and metabolic pathways in preclinical models.
Screening & Assay Development
- Delivers high-throughput, quantitative analysis of multiple samples with minimal carryover.
- Standardizes assay conditions for reproducible detection of drugs and metabolites above regulatory cutoffs.
- Prepares validated biological systems for downstream screening and compound evaluation workflows.
Translational & Preclinical Research
- Aligns drug surveillance outputs with translational biomarker strategies for patient adherence and exposure monitoring.
- Enables continuity from discovery through preclinical validation by supporting comprehensive metabolite profiling.
- Reduces risk in dose optimization and therapeutic monitoring for high-risk patient populations.
Pipeline & Workflow Integration
MSI-CE-MS integrates into the discovery-to-preclinical continuum by providing robust, multiplexed analytics for drug and metabolite surveillance.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification through untargeted metabolite detection.
- Screening: Offers reproducible, quantitative outputs for assay readiness and compound triage.
- Analytics: Provides high-resolution, full-scan data for comparative analysis across conditions and cohorts.
- Translational Research: Bridges discovery and clinical research by confirming drug adherence and exposure in patient samples.
- Enterprise Reuse: Establishes a scalable, reusable platform for ongoing drug surveillance and metabolomics research.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in drug exposure studies.
- Operational Value: Streamlines workflows with minimal sample preparation and high-throughput capacity.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital allocation by enabling comprehensive surveillance.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of drug candidates and monitoring protocols.
Implementation Considerations
- Requires expertise in capillary electrophoresis-mass spectrometry and data analysis.
- Demands access to advanced instrumentation and analytical infrastructure.
- Benefits from standardized protocols for cross-team reproducibility and data comparability.
- Adaptable to various biological matrices and drug panels with appropriate method optimization.
- Sample handling and biosafety protocols are essential when working with clinical specimens.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
1:10
Urine Sample Preparation
2:12
Capillary Electrophoresis-Time-of-Flight-Mass Spectrometer (CE-TOF-MS) System Setup
4:29
CE Injection and Separation Condition Setup
5:31
TOF-MS Setup
6:36
Data Analysis
7:41
Results: Representative High-throughput and Comprehensive Drug Surveillance
9:25
Conclusion
