Technika MSI-CE-MS umożliwia seryjne wstrzykiwanie dziesięciu lub więcej oddzielnych próbek w ciągu jednego pomiaru, co znacznie zwiększa przepustowość (<3 min/próbka) bez konieczności skomplikowanych modyfikacji aparatury, programowania przełączania kolumn czy kosztownych inwestycji w infrastrukturę (Rysunek 1A). W niemodyfikowanej kapilarze z topionej krzemionki przeprowadzana jest naprzemienna seria hydrodynamicznych wstrzyknięć próbki oraz elektrokinetycznego dystansera BGE, w której zachodzi zonalna separacja elektroforetyczna jonów w silnie kwasowych warunkach elektrolitu (pH 1.8). Jonizacja substancji rozpuszczonej zachodzi również w warunkach stanu stacjonarnego. W tym przypadku jako interfejs dla CE-MS w trybie detekcji jonów dodatnich stosowana jest współosiowa ciecz osłonowa z kalibrantem masy, co minimalizuje efekty supresji lub wzmocnienia jonów, monitorowane sygnałem jonów kalibranta masy. TOF stanowi niezawodną, a jednocześnie kosteffektywną metodę HRMS z szybkim pozyskiwaniem danych, idealnie nadającą się do niespecyficznego przesiewu lub nadzoru nad lekami przy zastosowaniu MSI-CE-MS. Przykładowo, uzyskano imponującą rozdzielczość dla różnych izobarycznych/izomerycznych DoA i ich metabolitów, w tym dla izomerów strukturalnych trzech opioidów: norhydrokodonu, hydromorfonu i morfiny (Rysunek 1B). W tym przypadku wykryto 30 rozdzielonych pików z 10 niezależnych próbek mieszaniny leków bez efektu przeniesienia próbki. W serii wstrzyknięć seryjnych uwzględniono również próbę jałową syntetycznego moczu/negatywną kontrolę moczu (pozycja próbki nr 6). Ponadto dwa inne izobaryczne opioidy, mianowicie 6-acetylmorfina (nieaktywny metabolit heroiny) i nalokson (antagonista receptorów opioidowych stosowany w doraźnym leczeniu przedawkowania opioidów), zostały w pełni rozdzielone jako 20 wyraźnych pików przy pełnym skanowaniu danych (Rysunek 1C). Podobnie, dwa izomery pozycyjne amfetaminy zostały w pełni rozdzielone w MSI-CE-MS, co pozwala odróżnić nielegalne nadużywanie metamfetaminy od potencjalnego niewłaściwego stosowania fenterminy, przepisanego stymulanta używanego jako środek hamujący apetyt w celu redukcji masy ciała.

Rycina 1: Seria elektroforegramów wyekstrahowanych jonów (EIE) dla reprezentatywnych izomerów/izobarów DoA, które zostały rozdzielone metodą MSI-CE-MS poprzez analizę dziesięciu próbek oraz próbki ślepej w ramach jednego przebiegu. (A) Schemat MSI-CE-MS przedstawiający konfigurację sekwencyjnych wtrysków zastosowaną dla panelu 84-DoA w syntetycznym moczu. Ta multipleksowa metoda rozdziału wykorzystuje naprzemienną serię hydrodynamicznych wtrysków 1 oddzielnych próbek i próbki blankowej wraz z wtryskiem elektrokinetycznym buforu w celu zainicjowania zonalnego rozdziału elektroforetycznego jonów, po którym następuje pełnozakresowa akwizycja danych przez TOF-MS z detekcją w trybie jonów dodatnich. (B) Trzy izobaryczne izomery opioidów z grupą funkcyjną (m/z 286,1438), rozdzielone za pomocą elektroforezy kapilarnej (CE), obejmujące 30 rozdzielonych pików z 10 oddzielnych wstrzykiwań próbek, w tym norhydrokodon, hydromorfon i morfinę. (C) Dwa izobaryczne leki opioidowe i ich metabolity (m/z 328,1543), rozdzielone metodą elektroforezy kapilarnej (CE), obejmujące 20 rozdzielonych pików z 10 oddzielnych wstrzyknięć próbek, w tym 6-acetylmorfinę (metabolit heroiny) oraz nalokson. (DDwa izobaryczne izomery grup funkcjonalnych amfetaminy, rozdzielone metodą elektroforezy kapilarnej (CE), obejmujące 20 rozdzielonych pików z 10 oddzielnych wstrzykiwań próbek, w tym metamfetaminę i fenterminę. We wszystkich przypadkach negatywne kontrole moczu/próby blanki, wprowadzone w szóstej pozycji próbki w układzie MSI-CE-MS, wykazały pomijalne ślady przeniesienia próbki. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
W celu przeprowadzenia przesiewu DoA w konfiguracji wtrysków seryjnych w MSI-CE-MS zastosowano mieszaninę panelu 84 leków w zalecanych stężeniach granicznych dla badań przesiewowych (jako pierwszy wtrysk dla wszystkich serii), a następnie przeprowadzono randomizowaną analizę 10 reprezentatywnych próbek moczu od pacjentów z klinicznie stwierdzoną depresją o znanej historii receptowej. Przykładowo, pozytywny wynik testu przesiewowego dla metadonu (m/z 310,2165) u pacjenta nr 208 (Rycina 2A) wnioskuje się na podstawie wykrycia dużego piku sygnału (pochodzącego z wtrysku nr 9), który współmigruje z metadonem-d3 przy niskim błędzie masy (<5 ppm). W żadnych innych próbkach moczu w tej samej serii nie wykryto innych sygnałów. Stężenie metadonu przekracza 13-krotnie zalecany limit graniczny po porównaniu zmierzonego stosunku odpowiedzi jonowej w próbce (wtrysk nr 9) ze wzorcową mieszaniną leków/QC (wtrysk nr 1) i skorygowaniu o czterokrotny czynnik rozcieńczenia moczu. Wynik ten potwierdza zatem przestrzeganie przez pacjenta terapii podtrzymującej metadonem. Dowód na przyjmowanie nieprzepisanej amfetaminy (Rycina 2B) wykazano poprzez podwyższone poziomy amfetaminy (m/z 136,121), którą wykryto tylko u jednego pacjenta (pacjent nr 50, wtrysku nr 11) w serii MSI-CE-MS. Zmierzona koncentracja nieznacznie przekroczyła zalecane poziomy graniczne (1,3x). Substancja ta współmigruje z amfetaminą-d5 i wykazała niski błąd masy z dopasowaniem najwyżej ocenionego wzoru sumarycznego. Pozytywny wynik testu dla leku przeciwdepresyjnego wenlafaksyny (m/z 278,215), będącej selektywnym inhibitorem zwrotnego wychwytu serotoniny i noradrenaliny, wykazano również u pacjenta nr 281 (wtrysk nr 6). W tym przypadku stężenie przekracza zalecane poziomy graniczne (15x). Identyfikacja nastąpiła na podstawie dokładnej masy lub dopasowania wzoru sumarycznego, wraz ze współmigrującą wenlafaksyną-d6 (Rycina 2C). To drugie kryterium nie zostało spełnione dla nieznanego izobaru, który również został wykryty w śladzie EIE, co podkreśla konieczność zachowania ostrożności przy poleganiu wyłącznie na dokładnej masie. Wykazano również jednoznaczne wykrycie przepisanego pregabalinu, stosowanego w leczeniu bólu neuropatycznego oraz uogólnionego lęku, u pacjenta nr 309, na podstawie jego znacznie podwyższonego stężenia (64x) powyżej zalecanych poziomów granicznych (Rycina 2D). Nie wykryto go jednak w dziewięciu pozostałych próbkach moczu pacjentów analizowanych w tej samej serii. Podobnie jak w innych przypadkach pozytywnych, wtrysk nr 4 współmigruje z pregabaliną-d6, która jest zawarta we wszystkich próbkach moczu analizowanych przez MSI-CE-MS.

Rysunek 2: Seria elektroforemogramów jonów wyekstrahowanych (EIE) dla reprezentatywnych, pozytywnych wyników testów narkotykowych w moczu z kohorty 10 pacjentów z depresją kliniczną, potwierdzonych przy użyciu MSI-CE-MS, obejmujących panel 84 substancji przy zalecanym poziomie odcięcia, wstrzykniętych jako pierwsza pozycja wstrzykiwania próbek służąca jako referencja wewnętrzna/QC. (A) Nałożone widmo EIE odpowiadające metadonowi-d3, który współmigruje z metadonem, wskazujące, że tylko jedna próbka moczu (pozycja wtrysku nr 9) wykazuje podwyższone stężenia metdonu znacznie przekraczające poziom odcięcia. (B) Nałożenie obrazu EIE odpowiadającego amfetaminie-d3, która współmigruje z amfetaminą, wskazujące, że tylko jedna próbka moczu (pozycja wstrzyknięcia nr 1) wykazuje podwyższone stężenia powyżej poziomów odcięcia. (C) Nałożony wykres EIE odpowiadający wenlafaksynie-d6, która współmigruje z wenlafaksyną, wskazujący, że tylko jedna próbka moczu (pozycja wstrzyknięcia nr 6) wykazuje podwyższone stężenia powyżej poziomów odcięcia. (D) nałożenie widma EIE odpowiadające pregabalinowi-d6, który współmigruje z pregabalinem, wskazujące, że tylko jedna próbka moczu (pozycja wtrysku nr 4) wykazuje znacznie podwyższone stężenia przekraczające poziomy odcięcia. Wszystkie próbki moczu analizowano bezpośrednio po pięciokrotnym rozcieńczeniu w wodzie dejonizowanej wraz z dodatkiem odpowiadającego wewnętrznego standardu deuterowanego d-IS (jeśli był dostępny). Wynik badania przesiewowego dodatni w MSI-CE-MS odpowiada obecności leku, który współmigruje z d-IS-ami przy niskim błędzie masy (<5 ppm) oraz poprawny wzór cząsteczkowy, którego stężenie przekracza wartość graniczną analizowaną w tym samym przebiegu jako referencja wewnętrzna/QC. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury.
Bezwzględne oznaczenie ilościowe DoA oraz ich metabolitów jest również realizowane za pomocą MSI-CE-MS w oparciu o zewnętrzne krzywe kalibracyjne, wykorzystując wzorce kalibracyjne dla DoA, które są szybko nabywane w ramach jednego cyklu pomiarowego. Na przykład, rozcieńczenie kaskadowe mieszaniny kalibracyjnej zawierającej 84 leki wraz z dopasowanym d-IS o stałym stężeniu zapewnia niezawodną analizę ilościową w złożonych próbkach moczu. Pozwala to zniwelować potencjalną supresję lub wzmocnienie jonizacji wywołane matrycą, a także zmienność objętości iniekcji w kapilarze pomiędzy poszczególnymi próbkami. W przypadkach, gdy dopasowany d-IS jest niedostępny handlowo lub zbyt kosztowny dla niektórych DoA, do normalizacji danych stosuje się zastępczy IS, taki jak d-IS z tej samej klasy leków lub związek syntetyczny niewystępujący w moczu (F-Phe), co wykazano wcześniej14. Reprezentatywne EIE oraz zewnętrzne krzywe kalibracyjne dla oksykodony przedstawiono na Rysunku 3A, B, a dla citalopramu na Rysunku 3C, D. Są to odpowiednio powszechnie przepisywane leki przeciwbólowe i przeciwdepresyjne o potencjale nadużywania. Pomiarowi poddaje się relatywne stosunki odpowiedzi jonowej względem dopasowanego d-IS. W tym przypadku w konfiguracji iniekcji seryjnej w MSI-CE-MS analizowane są w dubletach w ramach jednego cyklu pomiarowego pięć różnych kalibrantów leków wraz z próbką ślepą z syntetycznego moczu. Ogólnie uzyskano dobrą liniowość (R2 > 0,90) w 20-krotnym zakresie stężeń z odpowiednią czułością do wykrywania większości DoA i ich metabolitów (tj. alkaloidów kationowych) w panelu 84 leków14. We wszystkich przypadkach metabolity leków są wykrywane jako ich protonowane jony cząsteczkowe [MH+] powyżej granicy wykrycia przesiewowego (>50 ng/mL), z wyjątkiem niektórych leków kwasowych/neutralnych o niskiej wydajności jonizacji w dodatnim trybie jonowym, takich jak kannabinoidy (np. THC-COOH), barbiturany (np. sekobarbital) i karbamiany (np. karisoprodol).

Rycina 3: Seria elektroferogramów wyekstrahowanych jonów (EIE) służąca do oznaczania ilościowego reprezentatywnego DoA. Osiąga się to poprzez generowanie zewnętrznych krzywych kalibracyjnych w oparciu o ich względny stosunek odpowiedzi jonowej w stosunku do dopasowanego d-IS w 20-krotnym liniowym zakresie dynamicznym.A) Podwójny wtrysk pięciostopniowej krzywej kalibracyjnej dla kalibratorów oksykodonu wraz z oksykodonem-d3 oraz próbką blank. (B) zewnętrzna krzywa kalibracyjna dla oksykodonu, po przeprowadzeniu regresji liniowej w celu wyznaczenia czułości (nachylenia) i liniowości (R2), gdzie słupki błędów reprezentują ±1σ (n = 4). (C) Podwójny wtrysk pięciopunktowej krzywej kalibracyjnej dla wzorców citalopramu, wraz z citalopramem-d6 oraz próbką blank. (DKrzywa kalibracyjna zewnętrzna dla citalopramu, po regresji liniowej w celu wyznaczenia czułości (nachylenia) i liniowości (R2), gdzie słupki błędów reprezentują ±1 SD (n = 4). Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.