$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Wpływ stresu oksydacyjnego na obraz kliniczny został wysunięty na pierwszy plan w ostatnich latach1. Jednym z badanych biomarkerów jest 3-nitrotyrozyna (3-NT), stabilny produkt końcowy, który powstaje, gdy reaktywne formy azotu (RNS) oddziałują z tyrozyną, prekursorem neuroprzekaźnika katecholaminowego. Podczas gdy 3-NT może mieć wartość kliniczną jako biomarker RNS in vivo, istotne zmiany właściwości i funkcji tyrozyny mogą niekorzystnie wpływać na odpowiednie białka i funkcje komórkowe1,2. Pojawiające się badania sugerują, że 3-NT może odgrywać ważną rolę w stanach zapalnych3, zaburzeniach neurodegeneracyjnych4,5, chorobach sercowo-naczyniowych6 i cukrzycy7, a także w stanach związanych ze stresem oksydacyjnym. Obserwacje te opierają się jednak na wynikach metodologii, w których brakuje czułości i/lub selektywności8,9,10,11. Ogromne zakresy stężeń 3-NT dla próbek biologicznych wcześniej zgłoszonych w literaturze ujawniają, że z tymi testami wiążą się poważne problemy analityczne i potrzebne są ulepszenia techniczne, aby dokładnie określić ilościowo poziomy 3-NT i zweryfikować jego rolę w patologii tych stanów.
Ilościowe określenie wolnego 3-NT w matrycach biologicznych stanowi szczególne wyzwanie dla człowieka i instrumentu8,9,10,11. Po pierwsze, śladowy poziom endogennego 3-NT wymaga ultraczułego wykrywania; po drugie, istnienie licznych strukturalnie podobnych analogów, zwłaszcza tyrozyny, która występuje w znacznym nadmiarze, wymaga wysokiego stopnia selektywności; po trzecie, sztuczne tworzenie 3-NT przez nitrowanie tyrozyny z wszechobecnym azotanem i azotynami wymaga szczególnej uwagi podczas przygotowywania próbki, aby uniknąć fałszywego przeszacowania 3-NT.
Wśród szerokiej gamy metodologii stosowanych do pomiaru 3-NT, MS/MS został uznany za złoty standard ze względu na jego wysoką czułość i selektywność11,12,13,14. Chromatografia gazowa (GC) sprzężona z MS/MS oferuje najlepszą czułość, jednak niezbędne etapy derywatyzacji próbki są zbyt żmudne i czasochłonne, aby były efektywne dla użyteczności klinicznej15,16. LC-MS/MS nie wymaga skomplikowanej derywatyzacji próbki, co czyni ją bardziej obiecującą opcją. Niemniej jednak istnieje kilka przeszkód do pokonania, takich jak czułość metod LC-MS/MS opisana w literaturze, która musi ulec poprawie w przypadku pomiaru niskiej obfitości 3-NT7,17,18 oraz stosunkowo długi czas realizacji musi zostać skrócony dla aplikacji o wysokiej przepustowości12,13,17,19.
Dodatkowo, przy rozważaniu zastosowań klinicznych, znaczącą rolę odgrywa zastosowana matryca biologiczna. Powinien być łatwy i niedrogi do uzyskania oraz nieinwazyjny, jeśli to możliwe20,21,22. Osocze, tradycyjnie stosowana próbka w literaturze, nie jest klinicznie pożądaną matrycą, dlatego poszukiwano metodologii wykorzystującej mocz, która jest nieinwazyjna i opłacalna.
Podjęto kilka prób opracowania wiarygodnych i specyficznych metodologii LC-MS/MS przy użyciu urine9,10,11. Jednak wszystkie one nie są ani selektywne, ani wystarczająco niezawodne, ani wystarczająco skuteczne do użytku klinicznego. Zakwestionowano skuteczność dominującego SPE przy użyciu tradycyjnego wkładu z odwróconą fazą (typ C18) jako oczyszczania próbki do analizy 3-NT i zaproponowano sekwencyjną SPE silnej wymiany kationów (SCX) i odwróconej fazy C18-OH6,7,19. Jedna z niedawno opracowanych metod LC-MS/MS wykorzystywała wieloetapowy proces oczyszczania ręcznego C18 SPE, preparatywnej wysokociśnieniowej chromatografii cieczowej (HPLC) i SPE online do analizy klasy 3-NT23. Chociaż metoda ta była wystarczająco czuła do celów klinicznych, z LLOQ 0,041 nM, proces oczyszczania był intensywny i żmudny oraz wymagał 3 ml moczu, co ograniczało jego wykonalność w przypadku wysokiej przepustowości. Jako sorbent SPE zastosowano polimer z nadrukiem molekularnym, aby poprawić wydajność procesu oczyszczania14, ale uzyskany LLOQ (0,7 μg/ml) nie był wystarczająco niski dla próbek klinicznych. Inna metoda wymagała dwuwymiarowej (2D) LC-MS/MS i chromatografii immunopowinowactwa do oczyszczania próbki w celu osiągnięcia granicy wykrywalności (LOD) wynoszącej 0,022 nM24. Chociaż wszystkie te metody poczyniły postępy w ocenie 3-NT, żadna z nich nie osiągnęła czułości, niezawodności i wydajności niezbędnych do zastosowań klinicznych.
W celu zbadania patologii wolnego 3-NT i jego roli jako biomarkera stresu oksydacyjnego w warunkach klinicznych, opracowaliśmy metodologię, która jest prosta, wydajna, dokładna i precyzyjna, umożliwiając zastosowanie kliniczne o wysokiej przepustowości25. Wdrożono zminiaturyzowaną mikropłytkę ekstrakcyjną z 96-dołkową wymianą kationową w trybie mieszanym (MCX), aby uzyskać proste i skuteczne oczyszczanie próbki i wzbogacanie 3-NT w jednej ekstrakcji, z pominięciem wad widocznych w istniejących metodach, które wymagają derywatyzacji, odparowania i 2D-LC. Chromatografia cieczowa z 0,01% HCOOH jako dodatkiem w fazie ruchomej zapewniła lepszą odpowiedź sygnału przy krótkim czasie cyklu. Selektywność została dodatkowo poprawiona dzięki zastosowaniu łagodnego roztworu elucji NH4OAc do selektywnej elucji 3-NT oraz zastosowaniu przejścia MRM zarówno dla 3-NT, jak i wzorca wewnętrznego (IS). Efekt matrycy skompensowano poprzez zastosowanie zmniejszonej ilości preferowanego izotopowego IS znakowanego 13C do oceny ilościowej. Wraz z pojawieniem się tej metodologii, naukowcy i klinicyści będą mogli zweryfikować rolę 3-NT w stanach klinicznych i dalej badać wpływ stresu oksydacyjnego.