Celem tego protokołu jest wykrywanie metabolitów fenolowych w osoczu za pomocą metody częściowo ukierunkowanej chromatografii i spektrometrii mas
.Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Celem tego protokołu jest wykrywanie metabolitów fenolowych w osoczu za pomocą metody częściowo ukierunkowanej chromatografii i spektrometrii mas
.Grupa 23 starszych osób otrzymała funkcjonalne posiłki (napój i muffinkę) specjalnie opracowane w celu zapobiegania sarkopenii (utrata masy mięśniowej związana z wiekiem). Próbki osocza pobrano na początku interwencji i po 30 dniach od spożywania posiłków funkcjonalnych. Przeprowadzono częściowo ukierunkowaną ultrawysokosprawną chromatografię sprzężoną z analizą masy tandemowej (UPLC-MS/MS) w celu identyfikacji związków fenolowych i ich metabolitów. Białka osocza wytrącono etanolem, a próbki zagęszczono i ponownie zawieszono w fazie ruchomej (acetonitryl 1:1: woda) przed wstrzyknięciem do instrumentu UPLC-MS/MS. Separację przeprowadzono za pomocą kolumny z odwróconymi fazami C18, a związki zidentyfikowano na podstawie ich masy eksperymentalnej, rozkładu izotopowego i wzoru fragmentów. Interesujące nas związki porównano z tymi pochodzącymi z banków danych i wewnętrznej biblioteki częściowo ukierunkowanej. Wstępne wyniki wykazały, że głównymi metabolitami zidentyfikowanymi po interwencji były kwas fenylooctowy, glicytyna, kwas 3-hydroksyfenylowalerinowy i gomisyna M2.
Sarkopenia to postępująca choroba szkieletowa związana z przyspieszoną utratą mięśni w populacji osób starszych. Stan ten zwiększa ryzyko upadków i prowadzi do ograniczonej aktywności życia codziennego. Sarkopenia występuje u około 5%-10% osób w wieku powyżej 65 lat i około 50% osób w wieku 80 lat lub starszych1. Żadne specyficzne leki nie zostały zatwierdzone do leczenia sarkopenii, dlatego ważna jest profilaktyka poprzez aktywność fizyczną i dobrze zbilansowaną dietę1,2. Interwencje żywieniowe ze specjalnie opracowanymi pokarmami wzbogaconymi białkiem mlecznym i niezbędnymi aminokwasami wykazały pozytywne wyniki w zapobieganiu sarkopenii2. W innych badaniach autorzy włączyli do diety witaminy i przeciwutleniacze, takie jak witamina E i izoflawony, zwiększając korzyści dla przyrostu masy mięśniowej w talii i biodrach3.
Brosimum alicastrum Sw. (Ramón) to drzewo, które rośnie w tropikalnych regionach Meksyku; było spożywane przez kultury Majów ze względu na wysoką wartość odżywczą4. Jest dobrym źródłem białka, błonnika, minerałów i przeciwutleniaczy fenolowych, takich jak kwas chlorogenowy5. Ponieważ można ją zmielić na proszek i stosować w produktach do pieczenia lub spożywać w napojach, ostatnie badania oceniały włączenie mąki z nasion Ramón (RSF) do różnych produktów spożywczych w celu poprawy ich wartości odżywczej. Opracowano napój o smaku cappuccino uzupełniony RSF, który był bogaty w błonnik pokarmowy i zawierał ponad 6 g białka na porcję i był wysoce akceptowany przez konsumentów; W związku z tym uznano go za potencjalną alternatywę dla spełnienia specjalnych wymagań dietetycznych6. W kolejnym badaniu RSF wykorzystano również do sformułowania muffinki i nowego napoju bogatego w białko, błonnik pokarmowy, mikroelementy i przeciwutleniacze fenolowe. Muffinka i napój były używane w interwencji dietetycznej dla osób starszych, które spożywały oba produkty dwa razy dziennie przez 30 dni. Po tym okresie stan odżywienia i sarkopenii uczestników poprawił się, a całkowita zawartość fenoli w osoczu wzrosła7. Jednak oznaczanie całkowitych związków fenolowych w osoczu przeprowadzono metodą spektrofotometryczną, więc identyfikacja rzeczywistych związków fenolowych, które zostały wchłonięte, nie była możliwa; Co więcej, metoda ta nie jest całkowicie specyficzna dla związków fenolowych, więc może wystąpić pewne przeszacowanie8.
Identyfikacja i kwantyfikacja związków fenolowych, które są wchłaniane po spożyciu pokarmów bogatych w te przeciwutleniacze, jest trudnym zadaniem, ale jest niezbędne do wykazania biologicznej aktywności tych fitochemikaliów. Biodostępność większości związków fenolowych jest niska; Mniej niż 5% z nich można znaleźć bez przemian strukturalnych w osoczu. Związki fenolowe ulegają kilku biotransformacjom, takim jak metylacja, sulfonacja lub glukuronidacja, które są przeprowadzane przez enterocyty i hepatocyty9. Związki fenolowe są również biotransformowane przez mikrobiotę w katabolity bakteryjne, które mogą wywierać korzystne działanie w organizmie po wchłonięciu do osocza10. Na przykład kwas fenylooctowy jest produktem bakteryjnej przemiany flawonoidów i oligomerycznych proantocyjanidyn, które mogą hamować do 40% adhezji bakterii (Escherichia coli) w drogach moczowych po spożyciu żurawiny11.
Różnorodność strukturalna naturalnie występujących związków fenolowych, w połączeniu z różnorodnością ich metabolitów i niską biodostępnością, sprawia, że ich identyfikacja w osoczu jest jeszcze trudniejsza. Profilowanie metabolomiczne z wykorzystaniem platform analizy spektroskopowej, takich jak magnetyczny rezonans jądrowy (NMR) i tandemowa spektroskopia mas (MS/MS), jest prawdopodobnie najlepszym podejściem do osiągnięcia tego celu; Niestety, sprzęt nie jest łatwo dostępny, a rozwój protokołów analizy jest nadal ograniczony12. W kilku badaniach wykazano, że MS/MS w połączeniu z systemem separacji (takim jak chromatografia cieczowa) jest strategią zmniejszania złożoności widm masowych w badaniach metabolomicznych. Niedawne wprowadzenie metod separacji ultra-wysokosprawnej chromatografii cieczowej (UPLC) skróciło czas analizy oraz zwiększyło rozdzielczość i czułość w porównaniu z konwencjonalnymi protokołami cieczowymi o wysokiej wydajności, dzięki czemu systemy UPLC-MS/MS szybko zostały szeroko zaakceptowane przez społeczność metabolomiki analitycznej13. W ten sposób niektóre badania dotyczyły metabolitów fenolowych i wykrywały glukuronowe pochodne kwasu kawowego, kwercetyny i kwasu ferulowego, a także sulfonowane pochodne kwasu syrynginowego i wanilinowego w osoczu osób po spożyciu żurawiny14. Poprzednie protokoły miały na celu znalezienie związków fenolowych i metabolitów fenolowych w płynach biologicznych, takich jak osocze. Protokoły te opierały się na identyfikacji i kwantyfikacji za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) sprzężonej z detektorem UV-vis 15. Niemniej jednak takie protokoły wymagają stosowania autentycznych standardów w celu oceny bezwzględnej identyfikacji i dokładnej kwantyfikacji. Szeroki zakres badań zidentyfikował najczęstsze metabolity w płynach biologicznych (formy sulfonowane, glukuronidowane i metylowane) przez UPLC-MS i UPLC-MS/MS; Jednak duża część metabolitów bakteryjnych nie została zgłoszona ze względu na brak baz danych zawierających ich pełne informacje16. Identyfikacja metabolitów jest skomplikowana ze względu na koszt i komercyjną dostępność wzorców metabolitów. Dlatego najlepszą strategią może być nieukierunkowana lub częściowo ukierunkowana analiza metabolitów MS/MS, która opiera się na wykorzystaniu informacji o cechach molekularnych (m/z, dokładna masa monoizotopowa, rozkład izotopowy i wzór fragmentacji) w celu określenia tożsamości chemicznej i porównania jej z ogólnodostępnymi internetowymi bazami danych, które zawierają metabolity polifenoli zidentyfikowane w płynach biologicznych po spożyciu polypolyphenol-richts12. Najważniejszymi bazami danych wykorzystywanymi w badaniach UPLC-MS/MS do identyfikacji związków fenolowych i ich metabolitów są Baza Danych Metabolomu Człowieka (HMDB), Biblioteka LipidBlast i inne uzupełniające bazy danych, takie jak PubChem, ChemSpider i Phenol Explorer17.
W niniejszym badaniu, częściowo ukierunkowana metoda UPLC-MS/MS została opracowana do analizy próbek osocza grupy osób starszych biorących udział w badaniu konsumpcji muffinek i napojów zawierających RSF7. Zebrano dane z różnych bezpłatnych internetowych baz danych metabolitów w osoczu i zintegrowano je ze specjalistyczną bazą danych. Dostęp do tej bazy danych można uzyskać automatycznie za pomocą oprogramowania sprzętowego w celu identyfikacji metabolitów polifenolowych w pięciu próbkach osocza przed i po 30-dniowej interwencji żywieniowej. Ma to na celu zidentyfikowanie głównych związków fenolowych lub ich metabolitów, które są wchłaniane ze specjalnie opracowanej żywności funkcjonalnej przeznaczonej do zapobiegania sarkopenii.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Próbki osocza wykorzystane w niniejszym protokole zostały pobrane w poprzednim badaniu zgodnie ze wszystkimi wytycznymi etycznymi i zatwierdzone przez Komisję Etyki i Bioetyki (CIEB-2018-1-37) Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. Pełny protokół ekstrakcji i identyfikacji związków fenolowych oraz metabolitów w osoczu metodą UPLC-MS/MS przedstawiono na Rysunku 1.

Rysunek 1: Schematyczne przedstawienie ekstrakcji i identyfikacji związków fenolowych oraz metabolitów w osoczu przy użyciu półcelowanej metody UPLC-MS/MS. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
1. Przygotowanie próbek
2. Analiza UPLC-MS/MS
| Czas (min) | Rozpuszczalnik A (0,1% kwasu mrówkowego w wodzie do HPLC) | Rozpuszczalnik B (100% acetonitrylu) |
| 0 do 1 | 90 | 10 |
| 1 do 4 | 70 | 30 |
| od 4 do 6 | 62 | 38 |
| od 6 do 8 | 40 | 60 |
| 8 do 8,5 | 40 | 60 |
| 8,5 do 9 | 90 | 10 |
Tabela 1: Gradient fazy ruchomej zastosowany do rozdziału związków fenolowych metodą UPLC.
| Tryb jonizacji | Ujemny |
| Gaz osuszający | Azot w 340 °C, przepływ 13 L/min |
| Ciśnienie nebulizatora | 60 psi |
| Napięcie kapilary | 175 V |
| Zakres mas skanowania MS | 100-1100 m/z |
| Zakres mas skanowania MS/MS | 50-1000 m/z |
Tabela 2: Parametry jonizacji dla analizy MS/MS.
3. Konstrukcja bazy danych
4. Analiza danych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Proces krok po kroku służący do identyfikacji metabolitów fenolowych za pomocą półcelowej analizy UPLC-MS/MS próbek osocza w trybie ujemnym przedstawiono na Rycini 2. Najpierw za pomocą oprogramowania jakościowego instrumentu uzyskano całkowity chromatogram jonowy (TIC) z ekstraktu związków fenolowych osocza (otrzymanego po wytrąceniu białek z całkowitej próbki osocza). Następnie wykorzystano chromatogram wyekstrahowanych jonów, a dokładną masę i wzór fragmentacji (anal...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Identyfikacja i kwantyfikacja bioaktywnych fitochemikaliów, które są wchłaniane po spożyciu żywności lub suplementu diety, mają kluczowe znaczenie dla wykazania i zrozumienia korzyści zdrowotnych tych związków i żywności, która je zawiera. W niniejszej pracy opracowano metodę UPLC-MS/MS, mającą na celu wyłącznie identyfikację głównych związków fenolowych i ich metabolitów, których stężenie w osoczu wzrosło po 30-dniowej interwencji żywieniowej dwoma produktami spożywczymi opracowanymi specjalnie dla osób starszych. Założ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszyscy autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
Autorzy są wdzięczni za wsparcie finansowe od CONACYT, Meksyk (CB- 2016-01-286449) i UACJ-PIVA (Projekty 313-17-16 i 335-18-13). OAMB pragnie podziękować CONACYT za stypendium doktoranckie. Dziękujemy za wsparcie techniczne ze strony Biura Produkcji Multimedialnej UACJ.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Acetonitryl | Tedia | Al1129-001 | LC Spektrometria mas |
| Autosampler | Agilent Technologies | G4226A | 1290 Infinity series |
| C18 kolumna z odwróconymi fazami | Agilent Technologies | 959757-902 | Zorbax Eclipse plus C18 2,1x50 mm, 1,8 μ m; Wirówka HD o szybkiej rozdzielczości |
| Eppendorf | 5452000018 | Mini Spin; Rotor F-45-12-11 | |
| Komora kolumny z termostatem | Agilent Technologies | G1316C | 1290 Detektor |
| diodowy serii Infinity (UV-Vis) | Agilent Technologies | G4212B | Seria 1260 Infinity |
| Źródło jonizacji elektrorozpylania | Agilent Technologies | G3251B | Podwójny opryskiwacz Źródło ESI |
| Kwas mrówkowy | J.T. Baker | 0128-02 | Odczynnik Baker, ACS |
| Mass Hunter Data Acquisition | Agilent Technologies | G3338AA | |
| Mass Hunter Personal Compound Datbase and Library Manager | Agilent Technologies | G3338AA | |
| Mass Hunter Analiza jakościowa | Agilent Technologies | G3338AA | |
| Probówka do mikrowirówek | marki | BR780546 | Probówka do mikrowirówek, 2 ml z pokrywką |
| Pure etanol | Sigma-Aldrich | E7023-1L | 200 proof, do biologii molekularnej |
| Q-TOF LC/MS | Agilent Technologies | G6530B | 6530 |
| Pompa czwartorzędowa | Agilent Technologies | G4204A | 1290 Seria Infinity |
| Filtr strzykawkowy | Thermo Scientific | 44514-NN | 17 mm, 0,45 μ m, nylonowa membrana |
| Termostat | Agilent Technologies | G1330B | 1290 Seria Infinity |
| Fiolka | Agilent Technologies | 8010-0199 | Bursztyn, PFTE czerwony silikon 2 ml z zakrętką i niebieskimi nakrętkami |
| Wkładka do fiolki | Agilent Technologies | 5183-2089 | Wkładka do fiolki 200 μ L do standardowego otwarcia 2 ml, stożkowy |
| Water | Tedia | WL2212-001 | LC Spektrometria mas |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.