Описан метод для измерения биохимических маркеров неонатальной гипоксии-ишемии. Подход использует высокого давления жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) и газовой хроматографии-масс-спектрометрии (GC / MS).
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Описан метод для измерения биохимических маркеров неонатальной гипоксии-ишемии. Подход использует высокого давления жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) и газовой хроматографии-масс-спектрометрии (GC / MS).
Неонатальная гипоксически-ишемическая энцефалопатия характеризуется недостаточной перфузией тканей или системным дефицитом кислорода. Считается, что данное состояние вызывает или усугубляет хорошо изученные неонатальные расстройства, включая неврологические нарушения 1-3. Снижение выработки аденозинтрифосфата происходит из-за отсутствия окислительного фосфорилирования. Для компенсации этого энергетического дефицита происходит расщепление молекул, содержащих высокоэнергетические фосфатные связи 2. Это приводит к повышению уровня аденозина, который впоследствии расщепляется до инозина, гипоксантина, ксантина и, наконец, до мочевой кислоты. Последние два этапа этого процесса деградации осуществляются ксантиноксидоредуктазой. При нормоксии этот фермент существует в форме ксантиндегидрогеназы, но в условиях гипоксии-реперфузии он превращается в ксантиноксидазу (XO) 4, 5. В отличие от ксантиндегидрогеназы, XO генерирует перекись водорода в качестве побочного продукта распада пуринов 4, 6. Эта перекись водорода в сочетании с другими активными формами кислорода (АФК), образующимися при гипоксии, окисляет мочевую кислоту с образованием аллантоина и вступает в реакцию с липидными мембранами с образованием малонового диальдегида (МДА) 7-9. Большинство млекопитающих, за исключением людей, обладают ферментом уриказой, который превращает мочевую кислоту в аллантоин. Однако у людей аллантоин может образовываться только путем окисления мочевой кислоты под воздействием АФК. В связи с этим аллантоин считается маркером окислительного стресса у людей, но не у млекопитающих, имеющих уриказу.
Мы описываем методы с применением высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) и газовой хромато-масс-спектрометрии (ГХ-МС) для измерения биохимических маркеров неонатальной гипоксически-ишемической энцефалопатии. Для большинства тестов используется кровь человека. Также может быть использована кровь животных, при этом следует учитывать возможность образования аллантоина под действием уриказы. Связь метаболитов пуринов с гипоксией была установлена еще в 1963 году, а надежность гипоксантина, ксантина и мочевой кислоты в качестве биохимических индикаторов неонатальной гипоксии была подтверждена рядом исследователей 10-13. Метод ВЭЖХ, используемый для количественного определения пуриновых соединений, является быстрым, надежным и воспроизводимым. Метод ГХ-МС, применяемый для количественного определения аллантоина, относительно нового маркера окислительного стресса, был адаптирован из работы Gruber et al 7. Этот метод позволяет избежать определенных артефактов и требует малых объемов образца. Методы синтеза MMDA были описаны в других работах 14, 15. Количественное определение MDA методом ГХ-МС было адаптировано из работ Paroni et al. и Cighetti et al. 16, 17. Активность ксантиноксидазы измеряли с помощью ВЭЖХ путем количественного определения превращения птерина в изоксантоптерин 18. Данный подход оказался достаточно чувствительным и воспроизводимым.
1. Взятия пробы и перерабатывающей
2. Подготовка внутреннего стандарта, 2-аминопурин (2-AP), для пуриновых и XO Анализ
Уравнение 1: 
Уравнение 2: 
3. ВЭЖХ Измерение Пурины
| Время | Поток (мл / мин) | % | % B | % C | |
| 1 | 1,00 | 0,0 | 0,0 | 100,0 | |
| 2 | 16,00 | 1,00 | 0,0 | 0,0 | 100,0 |
| 3 | 17,00 | 1,00 | 100,0 | 0,0 | 0,0 |
| 4 | 22,00 | 1,00 | 100,0 | 0,0 | 0,0 |
| 5 | 27,00 | 1,00 | 0,0 | 100,0 | 0,0 |
| 6 | 32,00 | 1,00 | 0,0 | 100,0 | 0,0 |
| 7 | 33,00 | 1,00 | 100,0 | 0,0 | 0,0 |
| 8 | 38,00 | 1,00 | 100,0 | 0,0 | 0,0 |
| 9 | 39,00 | 1,00 | 0,0 | 0,0 | 100,0 |
| 10 | 45,00 | 1,00 | 0,0 | 0,0 | 100,0 |
Таблица 1. Растворитель изменения для ВЭЖХ измерения пуриновых соединений.
| * Время хранения | Наблюдаемые λ макс * | Отмеченные λ макс 19 | Отмеченные ε макс 19 | |
| МочевойКислота | ~ 3,5 мин | 288 | 283 [2] | 11500 [2] |
| Гипоксантин | ~ 7,0 мин | 248 | 248 [1] | 10800 [1] |
| Ксантин | ~ 9,5 мин | 267 | 267 [2] | 10200 [2] |
| 2-аминопурин | ~ 12,5 мин | 305 | 314 [2] | 4000 [2] |
Таблица 2. Среднее время удержания и λ макс для пуринов и внутреннего стандарта. * Определяется на ВЭЖХ использованием изократического 50 мМ буфера формиат аммония (рН 5.5) с расходом 1mL/min. рН в [].
4. ГХ / МС Измерение Аллантоин
5. Подготовка внутренних Standard, метил малонового диальдегида (ММДА), для анализа MDA
6. ГХ / МС Измерение MDA
7. ВЭЖХ Измерение оксидазы ксантин
8. Представитель Результаты:
Примером количественного ВЭЖХ пуриновых соединений показана на рисунке 1А. Определенное время удержания и излучения длиной волны гипоксантин, ксантин и мочевую кислоту разрешения одновременного количественного пуриновых соединений (табл. 2). Когда анализ будет работать правильно, соединения будут иметь достаточное разделение и пик формы будет четким и одним видом. Эти пики затем преобразуются в концентрациях, диапазоны приведены в таблице 3, за счет использования стандартных кривых. Поскольку обработку за этого анализа является минимальным, только образец основан проблемы, которые могут возникнуть бы лизирующего из красных кровяных телец. Если эритроциты лизируют перед образцы центрифугировали, плазму возьмет на себя оранжевый / красный цвет и не могут быть использованы для оценки гипоксических ишемии. Другие вопросы, которые могут возникнуть при измерении пуринов включает в себя системы высокоэффективной жидкостной хроматографии и колонки (рис. 1В). Если Есть пузырьков воздуха в системе ВЭЖХ время удерживания будет смещаться и давление ВЭЖХ будет колебаться резко. Если картридж охранник должен быть изменен, то давление будет возрастать, а пики будут расширяться и становиться би или три-модальным.
| Гипоксантин (мкМ) | Ксантин (мкМ) | Мочевая кислота (мкМ) | Ксантиноксидазы ((нмоль продукта) / мин) | Малонового диальдегида (мкМ) | Аллантоин (мкМ) | |
| Срок гипоксическим | 1.13-19.3 (64) | 0.02-3.69 (61) | 107.20-726.12 (63) | 2.47x10 -6 - 3.92x10 -3 (20) | 0.44-3.76 (53) | Не Доступно |
| Срок респираторный дистресс | 1.78-12.59 (27) | 0.07-11.8 (24) | 225.40-653.32 (27) | 0 - 1.03x10 -5 (8) | 0.82-2.73 (24) | Не Доступно |
| Срок Гипоксическая | 0.38-31.80 (13) | 0.11-2.88 (13) | 235.65-1348.13 (13) | 1.20x10 -5 -236,44 (9) | 0.95-2.15 (7) | Не Доступно |
| Преждевременные гипоксическим | 1.54-4.39 (9) | 0.03-1.77 (9) | 178.92-593.49 (9) | 2.46x10 -5 - 5.44x10 -4 (2) | 0.95-2.74 (8) | 2.30-5.26 (67) |
| Преждевременные респираторный дистресс | 3.04-8.04 (2) | Не Доступно | 327.56-365.11 (2) | Не Доступно | 2.40-3.46 (3) | Не Доступно |
Min-Max (п)
Таблица 3. Представителю диапазоны для пуринов, ксантиноксидазы, малонового диальдегида и аллантоин.
Примером ГХ / МС количественной Аллантоин показано на рисунке 2. Потому что масса derivitized аллантоин и derivitized тяжелых аллантоин, как известно, выберите ионный режим может быть использован для идентификации этих соединений на массу спец. Если анализ будет сделано правильно, два пика будет наблюдаться в то же время хранения. Один соответствующие аллантоин (398,00 м / г) и других тяжелых аллантоин (400,00 м / г). Эти пики затем преобразуются в концентрациях, диапазоны приведены в таблице 3, с помощью калибровочной кривой. Если анализ будет работать неправильно, и образцы не были derivitized должным образом, пики может и не быть или не быть количественно представителя. Еще раз, если красные кровяные клетки лизируются плазме не могут быть использованы для оценки окислительного стресса у новорожденных гипоксической ишемии.
Результаты количественного MDA похожи на тех, для аллантоин с тем исключением, что два пика наблюдаются в разное время хранения. В ~ 3,5 минуты времени удерживания, 144,00 т / г пик MDA и на ~ 4 минуты времени удерживания, 158,00 т / г пик ММДА не наблюдается (рис. 3). Эти пики затем преобразуются в концентрациях, диапазоны приведены в таблице 3, с помощью калибровочной кривой. Если анализ будет работать неправильно, или образцы не derivitized должным образом, нет пиков может наблюдаться при отборе для 144.00m / г и 158.00m / z. Следует отметить, чтоесли есть избыток липидов в плазме от болюсного устные кормления или внутривенного введения липидов, плазменных возьмет на молочно внешний вид и не могут быть использованы для оценки окислительного стресса у новорожденных гипоксической ишемии.
Примером ВЭЖХ основе количественного ксантиноксидазы функции изображен на рисунке 4. Если анализ будет работать правильно, три вершины должны быть соблюдены с флуоресцентным детектором, по одному для pterin, по одному для isoxanthopterin, и один для 2-AP. Эти пики затем преобразуются в концентрациях, диапазоны приведены в таблице 3, с помощью калибровочной кривой. Там также должны быть пик, соответствующий isoxanthopterin и 2-AP на спектр генерируется из КПК детектора. Если активность ферментов отсутствует, пик, соответствующий isoxanthopterin не будет видно. Поскольку этот анализ мер функции ферментов, повторное замораживание и оттаивание образца может изменить это.


Рисунок 1. ВЭЖХ спектра для определения пуриновых соединений. А). Представитель результаты, если анализ был работать правильно. Б). репрезентативные результаты, если есть проблемы с ВЭЖХ, колонки или охранник картриджа.

Рисунок 2. ГХ / МС спектра для количественной оценки Аллантоин. Пик иона 398,00 т / г соответствует аллантоин. Пик при ионной 400,00 т / г соответствует тяжелой аллантоин.

Рисунок 3. ГХ / МС спектра для количественной оценки MDA. Пик иона 144,00 т / г соответствует MDA. Пик при ионной 158,00 т / г соответствует ММДА.

Рисунок 4. ВЭЖХ спектра для измерения XO деятельности.) Представитель результаты для 0 мин времени инкубации и Б) результаты представителем 4 часов инкубационного периода. Обратите внимание, выше isoxanthopterine пика (на ~ 17 мин) для 4-часового инкубационного периода. В спектре флуоресценции, 2-AP элюируется первым на ~ 5 минут и pterine элюируется следующий на ~ 10мин.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Методы, описанные здесь разрешение оценки неонатального ишемии гипоксии. Этот протокол комбинирует измерения маркеров энергии (АТФ), лишения, окислительный стресс, окислительные повреждения, и активность ферментов, чтобы получить общую биохимическую картину наличия или даже степень гипоксической ишемии. Несмотря на полезность этого метода, Есть потенциальные ограничения. Во-первых, это занимает примерно 1-2 мл крови, чтобы собрать достаточное количество плазмы для запуска всех тестов. Это не будет проблемой у взрослых и...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Нет конфликта интересов объявлены.
Эта работа финансируется Национальным институтом здоровья R01 NR011209-03
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Название реагента | Компания | Номер в каталоге | Комментарии (необязательно) |
| 6 мл K3E ЭДТА K3 трубки | Fisher Scientific | 2204061 | |
| 5702R центрифуги | Fisher Scientific | 05413319 | С 13 и 16 мм адаптер |
| 1,5 мл трубки микроцентрифужных | США Научная | 1615-5599 | |
| 2-аминопурин | Sigma-Aldrich | A3509 | |
| Varian Cary 100 спектрофотометр | Agilant Технологии | 0010071500 | |
| Savant SpeedVac | Thermo Scientific | SC210A-115 | |
| Micron центробежный фильтр устройства | Fisher Scientific | UFC501596 | |
| Supelcosil LC-18-S колонка | Sigma-Aldrich | 58931 | |
| Supelcosil LC-18-S Supelguard картридж и держатель | Sigma-Aldrich | 59629 | |
| ВЭЖХ | Воды | ||
| GCMS флакон | Fisher Scientific | 03376607 | |
| DL-Аллантоин-5 -13 С; 1 -15 N | CDN Изотопы | M-2307 | Лот № L340P9 |
| МТБСТФА | Thermo Scientific | 48920 | |
| Пиридин | Sigma-Aldrich | 270970 | |
| 5973E GC / MSD | Компания Agilent Technologies | G7021A | Часть # для 5975E ГХ / МС |
| 3-Ethoxymethacrolein | Sigma-Aldrich | 232548 | |
| Едкий натр | Sigma-Aldrich | S5881 | |
| Дихлорметан | Sigma-Aldrich | 270997 | |
| Бензол | Sigma-Aldrich | 401765 | |
| Диизопропил эфир | Sigma-Aldrich | 38270 | |
| BHT | Sigma-Aldrich | B1378 | |
| Этанол | Sigma-Aldrich | 459844 | |
| Фенилгидразином | Sigma-Aldrich | P26252 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.