Real-time adem analyse met behulp van secundaire Nanoelectrospray ionisatie gekoppeld aan massaspectrometrie voor hoge resolutie
9 maart 2018
Een protocol voor het karakteriseren van de chemische samenstelling van uitgeademde adem in real-time met behulp van ionisatie van de secundaire nanoelectrospray gekoppeld aan hoge resolutie massa spectrometrie wordt aangetoond.
Het algemene doel van dit experiment is om de chemische samenstelling van uitgeademde adem te karakteriseren met behulp van secundaire nano-elektrospray-ionisatie gekoppeld aan massaspectrometrie met hoge resolutie. Deze methode kan helpen om belangrijke vragen in de medische wereld te beantwoorden, zoals vroege diagnose van ziekten, controle van therapeutische controle en blootstelling aan de omgeving. Het belangrijkste voordeel van de techniek is dat de meting in realtime kan worden uitgevoerd.
De techniek is ook de hoogste output, gevoelig, specifiek en gebruiksvriendelijk. De implicaties van deze techniek zijn uitgebreid tot de diagnose van longkanker. Omdat de kans op bio-markerkandidaten is gevonden in de uitgeademde adem van longkankerpatiënten in verschillende stadia.
Over het algemeen zullen individuen die nieuw zijn voor deze methode worstelen omdat de ionisatiebron meestal gezamenlijk is gemaakt. Visuele demonstratie is cruciaal, omdat er nog geen standaardprotocol voor deze methode is. Om te beginnen, stelt u een secundaire nano ESI-bron in volgens het secundaire elektrospray-ionisatieproces waarbij ademgas wordt geïntroduceerd om een elektrospray-pluim te snijden en geïoniseerd door de geladen druppels.
De bronnen voor de individuele labs zijn afhankelijk van de gebruikte massaspectrometer. Hier is de secundaire nano ESI-bron gebaseerd op de commerciële nano ESI-bron. En het is bevestigd aan een bench drop quarter pull orbit trap massaspectrometer.
De hoofdlichaam van de bron is een kubieke roestvrijstalen kamer met een inlaat om de nano ESI-naald in de kamer te introduceren. Twee roestvrijstalen buizen zijn geïnstalleerd aan elke kant van de kamer voor gaslevering. Twee kwartsvensters zijn uitgerust aan de boven- en onderkant van de kamer om de positie van de punt van de nano ESI-naald en nano ESI-spray te controleren, hetzij door de ogen of een digitaal microscoop.
Ten slotte wordt de kamer gelast aan de veegkegel van de massaspectrometer. Merk op dat het ontwerp kan veranderen afhankelijk van de specifieke geometrie van de atmosferische drukinterface van de massaspectrometer die in individuele labs wordt gebruikt. Kalibreer de massaspectrometer in zowel positieve als negatieve iondetectiemodi volgens de instructies van de fabrikant.
Door calibratie toe te passen, worden massaspectrometerparameters, zoals lenspotentialen en detectiecondities, geoptimaliseerd om een goede gevoeligheid en piekvorm te geven bij een gespecificeerde resolutiewaarde. Voer volledige calibraties uit met behulp van de commerciële ESI-bron. De massa resolutie van 70.000 wordt hier gebruikt.
Massa calibratie kan worden uitgevoerd met alle compatibele bronnen, inclusief aangepaste. Stel de temperatuur van de ion transferbuis van de massaspectrometer in op meer dan 100 graden Celsius. Hoewel de hoogste temperatuur kan worden ingesteld op 350 graden Celsius, kan dit resulteren in de ontleding van sommige verbindingen.
Voor het ESI-oplosmiddel en de stroomsnelheid, selecteer het geschikte ESI-oplosmiddel op basis van de eigenschappen van het oplosmiddel en de doelverbindingen. In dit experiment wordt water met 0,1% formijnzuur gebruikt, voor een hoge ionisatie-efficiëntie. Stel de stroomsnelheid van het ESI-oplosmiddel in het bereik van 0 1,5 microliters per minuut, tot 200 nanoliters per minuut.
Optimaliseer de secundaire nano ESI-bronparameters, voornamelijk nano ESI-spanning en nano ESI-naaldtippositie. De spanning varieert gewoonlijk van 2,0 4,5 kilovolt. Gebruik hier 2,5 kilovolt.
Breng zuiver gas aan op de bron om de invloed van vluchtige organische verbindingen of VOS'en van binnenlucht te verminderen. Hier wordt zuurstofrijk stikstofgas gebruikt en geleverd op 0,8 liter per minuut. Met de aanwezigheid van zuiver gas, zou het genormaliseerde intensiteitsniveau dat in een massaspectrum wordt waargenomen groter moeten zijn dan 1 x 10 tot de 5e, en de variatie van de TIC zou minder moeten zijn dan 10% in zowel positieve als negatieve iondetectiemodi.
Bij het uitvoeren van metingen, inhaleer de binnenlucht en voer een normale uitademing uit om alle lucht in de longen uit te ademen met een constante stroomsnelheid. Controleer de uitademingssnelheid met behulp van een manometer of een stroomsnelheidsmeter zichtbaar voor het onderwerp. Verbind de inlaat van de stroomsnelheidsmeter met nafion-buis om de waterdamp in de uitgeademde adem te verwijderen.
Verbind vervolgens de uitlaat van de stroomsnelheidsmeter met PTFE-buis om het ademgas af te leveren. In dit experiment ademde het onderwerp uit bij 0,4 liter per minuut, zoals gecontroleerd door een stroomsnelheidsmeter. Het duurt minder dan 30 seconden voor een uitademingsmeting.
Voer vier tot zes gerepliceerde metingen uit. Om verwarrende effecten te minimaliseren, laat deelnemers minstens 30 minuten voorafgaand aan de metingen afzien van eten, drinken en hun tanden poetsen. Tijdens de meting, blijf controleren of de ijzerintensheid de lineaire detectielimiet van het instrument overschrijdt of niet.
De verzadiging van het signaal kan leiden tot een artefactpiek die niet het resultaat is van een verbinding in het monster. Door door de neus in te ademen, zou een deel van de omgevings-VOS'en en deeltjes worden verwijderd. Het is echter vermeldenswaard dat verbindingen in de neusholtes ook kunnen worden gedetecteerd.
Gebruik software om chromatogrammen en massaspectra op te nemen. Omdat dit directe MS-analyse is, en er geen chromatografische scheiding wordt uitgevoerd, geeft de TIC eigenlijk de tijdstrace van alle signalen die in de massaspectra worden gedetecteerd. En de EIC toont een tijdstrace van een specifieke verbinding.
Hier worden representatieve resultaten van uitgeademde ademmetingen in realtime getoond. De tijdstrace van endol, een typische endogene verbinding, toont zes gerepliceerde metingen in minder dan zeven minuten. Voor alle metingen werden reproduceerbare achtergrond afgetrokken ademvingerafdrukken verkregen in de positieve iondetectiemodus.
291 verbindingen zijn waargenomen. De verbindingen zijn waarschijnlijk aldehyden, ketonen en alkynen. In het geval van ademvingerafdrukken in de negatieve iondetectiemodus, worden
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor real-time karakterisering van de chemische samenstelling van uitgeademde lucht met behulp van secundaire nanoelectrospray-ionisatie gekoppeld aan massaspectrometrie met hoge resolutie. Deze innovatieve methode heeft belangrijke implicaties voor vroege diagnose van ziekten en het monitoren van therapeutische controles.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschappen
- Biochemie
- Medische Diagnostiek
Achtergrond
- Uitgeademde lucht bevat biomarkers die kunnen wijzen op verschillende gezondheidstoestanden.
- Real-time analyse maakt onmiddellijke resultaten en besluitvorming mogelijk.
- Hoge-resolutie massaspectrometrie biedt gedetailleerde gegevens over de chemische samenstelling.
- Deze techniek is gebruiksvriendelijk en zeer gevoelig.
Doel van de studie
- Om een methode te ontwikkelen voor real-time analyse van uitgeademde lucht.
- Om de toepassingen ervan bij vroege ziektediagnose te onderzoeken.
- Om het potentieel te beoordelen bij het monitoren van therapeutische responsen.
Gebruikte Methoden
- Secundaire nano-electrosprayionisatie.
- Hoge-resolutie massaspectrometrie.
- Real-time gegevensverzameling en analyse.
- Beoordeling van ademmonsters van longkankerpatiënten.
Belangrijkste resultaten
- De methode karakteriseert met succes de chemische samenstelling van uitgeademde lucht.
- Potentiële biomarkers voor longkanker in verschillende stadia zijn geïdentificeerd.
- Er is een hoge sensitiviteit en specificiteit in de resultaten aangetoond.
- Real-time analyse faciliteert directe klinische toepassingen.
Conclusies
- Deze techniek biedt een veelbelovende benadering voor niet-invasieve diagnose van ziekten.
- Het heeft belangrijke implicaties voor de detectie en monitoring van longkanker.
- Verder onderzoek is nodig om de toepassingen ervan naar andere ziekten uit te breiden.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de industrie
Real-time ademanalyse met behulp van secundaire nano-electrosprayionisatie gekoppeld aan hogeresolutie-massaspectrometrie (Sec-nanoESI-HRMS) maakt snelle, niet-invasieve profilering van uitgeademde vluchtige organische verbindingen (VOC's) mogelijk met een hoge gevoeligheid en specificiteit. Deze mogelijkheid ondersteunt de ontdekking van biomarkers in een vroeg stadium, mechanische risicoreductie en translationele continuïteit voor ziekte-relevante systemen. De benadering verhoogt het voorspellende vertrouwen bij kritieke omslagpunten in biofarma R&D-pipelines.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt high-throughput analyse van endogene VOC's als kandidaat-biomarkers mogelijk.
- Ondersteunt mechanische risicoreductie door real-time moleculaire vingerafdrukken van menselijke adem te verschaffen.
- Faciliteert functionele targetvalidatie via kwantitatieve, reproduceerbare VOC-detectie.
- Verbetert het voorspellende vertrouwen bij het verder ontwikkelen van biomarker-hypothesen.
Screening & Assayontwikkeling
- Bereidt gevalideerde biologische systemen op basis van adem voor op downstream screening-workflows.
- Levert gestandaardiseerde, kwantitatieve massaspectrometrie-outputs voor assay-ontwikkeling.
- Maakt reproduceerbare, snelle meetcycli mogelijk die geschikt zijn voor schaalbare screening.
- Ondersteunt een betrouwbare evaluatie van de effecten van verbindingen of blootstelling op VOC-profielen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Lijnt VOC-biomarkerprofielen af met translationele eindpunten die relevant zijn voor de ziekte.
- Biedt continuïteit van vroege ontdekking tot preklinische validatie van biomarkers op basis van adem.
- Maakt risicogebaseerde beslissingen over voortgang mogelijk op basis van real-time, niet-invasieve read-outs.
- Ondersteunt mechanistische risicoreductie bij de translationele biomarkerontwikkeling.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze methode integreert het proces van vroege ontdekking tot lead-identificatie en translationeel onderzoek, waardoor een herbruikbaar platform wordt geboden voor de analyse van VOC-biomarkers in menselijke en modelsystemen.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothese-testen en het verduidelijken van pathways via directe VOC-profilering.
- Screening: Levert assay-klare, kwantitatieve en reproduceerbare massaspectrometriegegevens.
- Analytics: Biedt spectra met een hoge resolutie en achtergrondsubtractie voor een robuuste statistische vergelijking.
- Translationeel Onderzoek: Slaat de brug tussen discovery en preklinische validatie met non-invasieve biomarker-continuïteit.
- Enterprise Hergebruik: Biedt een flexibel en aanpasbaar platform voor diverse biomarkerstudies op basis van adem.
Operationele en zakelijke impact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit bij de ontdekking van biomarkers.
- Operationele waarde: Levert snelle, gestandaardiseerde en reproduceerbare metingen die geschikt zijn voor high-throughput workflows.
- Strategische waarde: Maakt geïnformeerde go/no-go beslissingen en kapitaalefficiënt portfoliomanagement mogelijk.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering en verdere ontwikkeling van biomarkerprogramma's op basis van ademanalyse.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereist expertise in massaspectrometrie en protocollen voor adembemonstering.
- Afhankelijk van toegang tot massaspectrometrie-instrumentatie met hoge resolutie en analytische infrastructuur.
- Necessiteert standaardisatie van bemonsterings-, kalibratie- en data-analyseprocedures tussen teams.
- Aanpasbaar aan verschillende modelsystemen en ziektecontexten met passende protocolwijzigingen.
- Potentiële beperkingen omvatten gevoeligheid voor omgevings-VOS en de noodzaak van rigoureuze achtergrondaftrekking.
