Descrevemos um protocolo geral que integra análise de espectrometria de massa de alta resolução e docking molecular na pesquisa da medicina tradicional chinesa.
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Artigo de método
Espectrometria de massa em tandem de alta resolução para estudar constituintes químicos de Gynura bicolor DC
* These authors contributed equally
Neste artigo
Resumo
Resumo
A separação e análise dos componentes químicos desejados são temas importantes para a pesquisa fundamental da medicina tradicional chinesa (MTC). A espectrometria de massa em tandem de tempo de voo quadrupolo de cromatografia líquida de ultra-alta eficiência (UPLC-Q-TOF-MS/MS) tornou-se gradualmente uma tecnologia líder para a identificação de ingredientes da MTC. Gynura bicolor DC. (BFH), uma erva perene sem haste usada para remédios e alimentos na China, tem efeitos medicinais, como limpar o calor, umedecer o pulmão, aliviar a tosse, dispersar a estase e aliviar o inchaço. Os polifenóis e flavonóides contêm numerosos isômeros, que dificultam a identificação dos compostos complexos no BFH. Este trabalho apresenta um protocolo sistemático para o estudo de constituintes químicos da HAC com base na extração por solvente e dados integrados via UPLC-Q-TOF-MS.
O método descrito aqui inclui protocolos sistemáticos para pré-tratamento de amostras, calibração de MS, aquisição de MS, processamento de dados e análise de resultados. O pré-tratamento da amostra inclui coleta, limpeza, secagem, trituração e extração. A calibração MS consiste em correção multiponto e ponto único. O processamento de dados inclui importação de dados, estabelecimento de método, processamento de análise e apresentação de resultados. Resultados representativos do padrão típico de fragmentação de ácidos fenólicos, ésteres e glicosídeos em Gynura bicolor DC. (BFH) são apresentados neste artigo. Além disso, a seleção de solventes orgânicos, extração, integração de dados, seleção de energia de colisão e melhoria do método são discutidos em detalhes. Este protocolo universal pode ser amplamente utilizado para identificar compostos complexos na MTC.
Introdução
A medicina tradicional chinesa (MTC) é praticada clinicamente na China há milhares de anos e desempenha um papel vital na manutenção da saúde do povo chinês1. A composição da MTC é diversa e complexa, e a MTC tem sido amplamente relatada em muitos estudos qualitativos com foco na composição química2. Os componentes químicos da MTC podem ser divididos nas seguintes categorias, como alcalóides, ácidos orgânicos, fenilpropanóides, cumarinas, lignanas, quinonas, flavonóides, terpenóides, saponinas triterpenóides, saponinas esteróides, glicosídeos cardíacos e taninos3. Dado o grande número de componentes desconhecidos e isômeros indistinguíveis na MTC, a separação e análise dos componentes químicos desejados são assuntos importantes para a pesquisa fundamental da MTC4.
A espectrometria de massas por tempo de voo quadrupolo por cromatografia líquida de ultra-alta eficiência (UPLC-Q-TOF-MS) tem sido aplicada para analisar substâncias na medicina tradicional chinesa (MTC), que podem ser separadas por cromatografia líquida de ultra-alta eficiência 5,6. A alta resolução do MS pode fornecer informações extensas de íons, que são usadas para análise de banco de dados com erro inferior a 5 ppm7. Depois de ligar a energia de colisão, o modo MS secundário pode obter íons de fragmentos secundários, cuja intensidade e número são afetados pela magnitude da energia8.
Gynura bicolor DC. (BFH), uma erva perene sem caule amplamente utilizada para medicina e alimentos (Figura 1A), é uma planta rara e ameaçada de extinção exclusiva da China9. A HAC tem antocianinas, polifenóis, flavonóides abundantes e forte capacidade antioxidante10. O BFH tem efeitos medicinais, incluindo limpeza do calor, resfriamento do sangue, umedecimento do pulmão, alívio da tosse, dispersão da estase, alívio do inchaço, alívio do calor do verão e eliminação do calor. Poucos estudos se concentraram na composição química da HAC11. Os polifenóis e flavonóides contêm numerosos isômeros, o que dificulta a identificação dos compostos complexos no BFH. Um método universal para a identificação de componentes químicos deve ser desenvolvido, que pode ser aplicado a todos os tipos de MTC. Este estudo teve como objetivo relatar um protocolo sistemático para estudo de constituintes químicos do HAC baseado na extração de solventes e dados integrados via UPLC-Q-TOF-MS.
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Protocolo
1. Pré-tratamento da amostra
- Lave toda a erva de BFH em água pura até que não haja depósitos e impurezas visíveis. Coloque o BFH limpo em um prato e leve ao forno (Figura 1B). Ajuste o forno a 50 °C por 24 h.
NOTA: Toda a planta de BFH foi coletada na província de Sichuan, China. - Triture o BFH seco em um britador multifuncional de alta velocidade. Transfira o pó grosso para uma peneira de 50 malhas (Figura 1C). Colete o pó fino em um saco hermético e guarde-o em uma torre de secagem.
- Pesar com precisão seis amostras de BFH de 0,25 g cada e colocá-las em seis balões cónicos. Adicione 30 mL de solvente orgânico (50% etanol-água, 70% etanol-água, clorofórmio, éter de petróleo, acetato de etila e álcool n-butílico) a cada frasco cônico (Figura 1D).
- Transferir a mistura para um sonicador de banho de ultrassons durante 30 minutos de extracção a 25 °C. Centrifugue a amostra a 14.000 x g por 5 min. Preparar uma seringa para injecção e um filtro de membrana microporosa orgânica de 0,22 μm. Filtrar todos os sobrenadantes para frascos de amostra de 2 ml.
2. Calibração MS
- Usando uma pipeta de faixa de 1.000 μL, transfira 500 μL de solução de hidróxido de sódio 0,1 M para um balão volumétrico de 100 mL e, em seguida, transfira 450 μL de água deionizada ou ultrapura para o balão volumétrico de 100 mL (Figura 2).
- Utilizando uma pipeta de gama de 200 μl, adicionar 50 μl de ácido fórmico ao balão volumétrico de 100 ml. Faça um volume total de 100 mL com 90:10 2-propanol:água e sonice a solução por 5 min. Rotular o balão como solução de formiato de sódio 0,5 mM em 2-propanol:água 90:10 e guardá-lo no frigorífico.
NOTA: A solução de formiato de sódio expira em 1 semana à temperatura ambiente. - Inicie o software de controle UPLC-Q-TOF-MS e abra a janela MS tune . No painel Controle de fluxo de amostra, defina 25 μL/min na opção Taxa de fluxo de infusão e selecione C na opção Reservatório . Aguarde cerca de 1 min para que a purga automática termine.
- Clique no botão Flow para começar a fornecer a solução de formiato de sódio. Clique no botão Positivo para alternar para o modo de íon positivo e clique no botão Sensibilidade para alternar para o modo de sensibilidade.
NOTA: Prossiga para a próxima etapa até que os picos característicos do formato de sódio apareçam na janela do espectro em tempo real. - No software de controle UPLC-Q-TOF-MS, abra a janela do MS Console . Na posição esquerda, selecione as opções SYNAPT XS e Intellistart em sequência.
- Marque Criar calibração e clique no botão Iniciar . Clique no botão Avançar e selecione Perfil de calibração no menu suspenso. Clique no botão Avançar e selecione o modo Sensibilidade em Polaridade positiva . Clique nos botões Avançar, Ajustar página, Avançar e Iniciar .
- Mude para a janela MS tune e clique no botão Negativo para alternar para o modo de íon negativo. Volte para a janela do MS Console .
- Marque Criar calibração e clique no botão Iniciar . Clique no botão Avançar e selecione Perfil de calibração no menu suspenso. Clique no botão Avançar e selecione o modo Sensibilidade em Polaridade negativa . Clique nos botões Avançar, Ajustar página, Avançar e Iniciar .
- No painel de controle de fluxo LockSpray , defina uma taxa de fluxo de 50 μL/min e clique no botão Fluxo para permitir que a solução LE entre no espectrômetro de massa. Mude para a janela de ajuste do MS , marque a configuração da fonte LockSpray e clique no botão Iniciar para iniciar a calibração.
3. Aquisição da MS
- Alterne para a interface principal e clique com o botão direito do mouse na coluna Arquivo de entrada para abrir o método de cromatografia líquida.
- Clique no botão Entrada e defina os parâmetros, incluindo Tempo de execução e Gradiente. Clique no botão Amostrador automático e defina os parâmetros, incluindo Tempo de execução, Coluna e Amostra. Clique no botão Salvar .
- Clique com o botão direito do mouse na coluna Método MS para abrir o método de espectrometria de massa.
- Clique no botão Informações e defina os parâmetros, incluindo Hora de Término, Polaridade, Modo do Analisador, Massa Baixa, Massa Alta e Energia de Colisão de Transferência em Rampa. Clique no botão OK e, em seguida, no botão Salvar .
- Preencha a tabela de sequências, incluindo o nome do arquivo, frasco e vol. Clique no botão Salvar .
- Selecione a linha na tabela de sequência para o exemplo que você deseja executar. Clique no botão Executar e clique no botão OK na janela que aparece.
4. Processamento de dados
- Inicie o software de análise de dados. Na coluna Meu Trabalho , clique no botão Importar Dados do MassLynx para abrir uma nova janela.
- Clique no botão de sinal de mais e verifique todos os cinco arquivos brutos do modo positivo. Insira um nome de grupo e clique no botão Criar conjunto de amostras UNIFI para iniciar a importação de dados (Figura 3A).
- Clique duas vezes no arquivo Método de Análise no modo positivo. Clique no rótulo Processamento e clique no botão Alvo por Massa . Insira o número de 5 ppm na caixa de entrada após Tolerância de correspondência de destino e Tolerância de correspondência de fragmento.
- Clique no botão Início e clique no botão Adutos . Selecione as linhas de +H e +Na e clique no botão em forma de seta para a direita . Clique no botão Salvar (Figura 3B).
- Clique duas vezes no arquivo Método de Análise no modo negativo. Clique no rótulo Processamento e clique no botão Alvo por Massa . Insira o número de 5 ppm na caixa de entrada após Tolerância de correspondência de destino e Tolerância de correspondência de fragmento.
- Clique no botão Início e, em seguida, clique no botão Adutos . Selecione as linhas de -H e +HCOO e clique no botão em forma de seta para a direita . Clique no botão Salvar .
- Na coluna Meu Trabalho, clique no botão Análise para abrir uma nova janela. Escolha os dados recém-importados e o método recém-criado e clique no botão Avançar. Digite o nome do arquivo. Selecione a pasta onde os dados de análise estão armazenados e clique no botão Concluir
- Clique no botão Processar e aguarde alguns minutos até que os resultados apareçam (Figura 3C).
- Copie a tabela de resultados em um formulário em branco (Figura 3D).
5. Análise de resultados
- Selecione um composto na tabela de resultados. O espectro de massa secundário correspondente será exibido no canto inferior direito (Figura 4A).
- Clique no botão em forma de tabela e selecione a opção Fragmentos de alta energia para exibir a tabela de íons de fragmentos secundários (Figura 4B).
- Selecione um íon de fragmento secundário na tabela. Mova o mouse sobre o pico de íons correspondente ao espectro de massa secundário e a fratura estrutural correspondente será exibida na tela (Figura 4C).
NOTA: Avalie manualmente a razoabilidade do craqueamento fornecido pelo software e distinga os isômeros com base nos íons de fragmento secundários. - Desenhe manualmente o padrão de fragmentação no software de desenho.
NOTA: Exemplos de padrões de fragmentação são descritos em detalhes na seção de resultados representativos.
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Resultados
A identificação da composição química do HAC foi usada como modelo para exibir os resultados representativos. Cromatogramas de pico de base de Gynura bicolor DC extraída com solvente. são mostrados no Arquivo Suplementar 1-Figura Suplementar S1-S6, e o tempo de retenção (RT) observado, o nome do componente, a fórmula, a relação massa-carga (m/z) e o erro de massa estão listados nas Tabelas S1-S6. No ZBTK, todos os 35 tipos de compostos foram identificados a partir de picos separados em UPLC-TOF-...
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Discussão
Além da decocção de água12, a extração com solvente orgânico é outro método comum de pré-tratamento da MTC13. De acordo com o princípio da dissolução de fase semelhante, vários componentes foram extraídos pela combinação de vários solventes orgânicos14. A extração assistida por ultrassom é um dos principais métodos utilizados para a obtenção de componentes no TCM15. A extração supercrítica de ...
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Divulgações
Os autores declaram não haver interesses financeiros concorrentes.
Agradecimentos
Este trabalho foi financiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (82104881), Equipe de Herança e Inovação do Tratamento de Doenças Imunológicas da MTC, Projeto de Pesquisa Científica Médica de Chongqing (projeto conjunto da Comissão de Saúde de Chongqing e Departamento de Ciência e Tecnologia) (2022DBXM007), Um projeto especial para incentivo e orientação de desempenho do Instituto de Pesquisa Científica de Chongqing (cstc2022jxjl120005), Um projeto especial para a Fundação de Ciências de Pós-Doutorado de Chongqing (2022CQBSHTB3035), Programa de Talentos Médicos Seniores de Chongqing para Yong e Meia-idade, o Programa para Instituições Científicas de Chongqing (projeto de pesquisa independente No.2022GDRC015).
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| clorofórmio | Sinopharm Chemical ReagentCo., Ltd | CAS 67-66-3 | |
| etanol | ChuandongChemical | CAS 64-17-5 | |
| acetato de etila | ChuandongChemical | CAS 141-78-6 | |
| cromatógrafo líquido | Waters | ACQUITY Classe 1 mais | |
| de controle | |||
| MassLynx Waters V4.2 MSálcool n-butílico | ChuandongChemical | CAS 71-36-3 | |
| éter de petróleo | ChuandongChemical | CAS 8032-32-4 | |
| Espectrometria de massa de tempo de voo quadrupolo | Waters | SYNAPT XS | |
| UNIFI | Waters | Software de análise de dados |
Referências
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