Здесь представлены репрезентативные результаты нетаргетного анализа устройств VAMS, проведенного в соответствии с описанной выше процедурой.
Были проанализированы данные трехкратного анализа объединенного образца, приготовленного из венозной крови 10 человек с использованием VAMS, и представлены характеристики полученных метаболических профилей. Качество данных и полнота информации, полученной с помощью устройств VAMS, оценивались по двум основным критериям: общему количеству обнаруженных химических признаков и воспроизводимости этих признаков (n = 3), выраженной в процентах относительного стандартного отклонения (%RSD). Общее число признаков использовалось для оценки эффективности экстракции и химического охвата растворителя, в то время как %RSD контролировался для обеспечения технической точности и надежности метода; более низкое значение %RSD указывает на высокую воспроизводимость процесса экстракции, что сводит к минимуму аналитический шум.
После извлечения и обработки первичных данных была получена матрица признаков m/z-времени удерживания (RT) вместе с их интенсивностями. После надлежащей предварительной обработки и фильтрации по холостым пробам учитывались только те признаки, сигнал которых был обнаружен в двух из трех повторностей. На рисунке 2A,B представлены графики m/z в зависимости от RT для одного и того же образца, проанализированного в соответствии с описанными протоколами для LC-MS и GC-MS.
Большое количество признаков, элюирующих на ранних этапах при RPLC-анализе, объясняется наличием высокогидрофильных метаболитов, которые извлекаются при использовании данного протокола, но плохо удерживаются на обращенно-фазовой колонке. Несмотря на то, что метаболиты, элюирующие рано, создают сложности при идентификации, точная аннотация все же возможна благодаря использованию данных MS/MS фрагментации в сочетании со сравнением со спектральными базами данных и собственными референсными стандартами. Кроме того, ожидается, что значительная часть этой гидрофильной фракции будет зафиксирована с помощью ГХ-МС анализа. В конечном счете, это представляет собой неотъемлемое ограничение данной области, поскольку огромная сложность метаболома требует использования нескольких аналитических платформ.
Мультиплатформенная оценка метанольных экстрактов наглядно демонстрирует высокую взаимодополняемость аналитических рабочих процессов ВЭЖХ и ГХ, при этом показатели эффективности находятся в пределах ожидаемого диапазона для комплексного метаболомного профилирования. На рисунке 3A,B показана общая нумерация признаков и распределение RSD% для каждой платформы. Платформа ВЭЖХ обеспечила широкий химический охват, выявив 4169 признаков, что соответствует её признанной способности регистрировать огромный спектр полярных, полуполярных и нелетучих соединений. Одновременно с этим платформа ГХ выявила меньшее подмножество признаков — 187. Это было ожидаемо, так как ГХ позволяет обнаруживать только летучие соединения, пригодные для дериватизации.
Что касается воспроизводимости, как показано на скрипичной диаграмме, общее распределение и разброс значений RSD% заметно схожи для LC-MS и GC-MS. Средний %RSD был типичным для обеих платформ и составил около 29,7% для LC (2 655 из 4 169 имели %RSD ниже 30%) и 32,3% для GC (114 из 187 имели %RSD ниже 30%). Хотя небольшое число признаков продемонстрировало более высокие значения RSD в обоих случаях, такая вариабельность является обычной и ожидаемой в нетаргетной метаболомике. Эти более высокие значения обычно относятся к малораспространенным метаболитам, концентрация которых близка к пределу обнаружения прибора. В целом, узкие профили распределения подтверждают удовлетворительную воспроизводимость для обеих аналитических систем.
Химическое пространство метаболитов, зарегистрированных с помощью данного протокола, можно проанализировать по аннотациям метаболитов. С помощью ЖХ-МС и ГХ-МС были обнаружены различные соединения, что было ожидаемо, учитывая присущую этим двум платформам взаимодополняемость. Полный список аннотаций метаболитов для устройств VAMS приведен в Дополнительной таблице 1 и Дополнительной таблице 2. В общей сложности с помощью данного протокола при применении двух методов было обнаружено и аннотировано 97 метаболитов (уровни 1 и 2, согласно предложению Sumner et al. (2007)22), помимо других предположительно охарактеризованных соединений уровня 3. Аннотации ГХ были дополнительно подтверждены путем сравнения экспериментальных индексов удерживания, полученных путем сравнения с FAMES, с табличными данными23. На рисунке 4A,B показано распределение подклассов аннотированных метаболитов для обоих методов, а на рисунке 4C показано пересечение результатов двух методов, что подчеркивает их взаимодополняемость. Некоторые ключевые промежуточные метаболиты могут быть перекрестно подтверждены обоими методами, в то время как структурно уникальные или специфичные для конкретной платформы признаки могут восполнить пробелы в центральном углеродном и вторичных метаболических путях. Несмотря на то, что аминокислоты и пептиды являются основными химическими классами в обоих видах анализа, лишь немногие метаболиты совпадают при использовании разных методов. Многие классы метаболитов специфичны для конкретного прибора, например, ацилкарнитины в ЖХ-МС и гексозы в ГХ-МС.
Для демонстрации эффективности метанола в качестве экстракционного растворителя для обоих методов были проведены сравнительные испытания образцов VAMS с использованием различных систем растворителей с последующим анализом методами LC-MS и GC-MS. Три различные системы растворителей сравнивали с метанолом в трех повторностях: чистый ацетонитрил (ACN), смесь метанол–вода (60:40, v/v) и смесь ацетонитрил–метанол (70:30, v/v). Выбор этих растворителей и смесей был основан на предварительных экспериментах, проведенных нашей группой, а также на данных опубликованной литературы13,14,24,25. Эффективность экстракции каждой системы оценивали по трем ключевым параметрам: общему количеству обнаруженных признаков, общей интенсивности признаков и воспроизводимости признаков, выраженной как относительное стандартное отклонение (RSD, %).
При использовании метода LC-MS наибольшее количество признаков было обнаружено с применением MeOH-H2O (60:40, v/v) — в среднем 4 514 признаков в трех повторностях, за которым следовал чистый MeOH (4 169 признаков). Смесь ACN–MeOH (70:30, v/v) дала в среднем 3 502 признака, в то время как чистый ACN показал самое низкое среднее количество признаков — 2 836. Графическое представление количества этих признаков для каждой повторности показано на Рисунке 5A.
Для изучения характеристик прецизионности для каждого условия экстракции были проанализированы интенсивности признаков и значения RSD (%) по результатам трехкратных инъекций. Сравнение общего обилия признаков и среднего значения %RSD для каждого экстракционного растворителя при ЖХ-МС показано на рисунке 5A. Распределения сигналов log2 были схожи для всех экстрактов, при этом MeOH-H2O 60:40 (v/v), ACN и MeOH обеспечивали несколько более высокое обилие, чем ACN-MeOH 70:30 (v/v). Для MeOH было получено более низкое общее среднее значение %RSD, что указывает на более высокую воспроизводимость экстракции с этим растворителем.
Аналогичная оценка эффективности системы экстракционных растворителей была проведена для данных ГХ-МС. Для оценки количества признаков снова учитывались только те из них, сигнал которых был обнаружен как минимум в двух из трех повторностей. Наибольшее количество признаков был получен при использовании ACN-MeOH 70:30 (v/v) (216 признаков), за которым следовал MeOH (187 признаков). Графическое представление количества обнаруженных признаков для каждого экстракционного растворителя и BµS показано на Рисунке 5B.
Что касается общей интенсивности обнаруженных признаков, наиболее эффективным оказался MeOH, который обеспечил более высокую интенсивность, как показано на рисунке 5B. Вторым по эффективности был MeOH-H₂O 60:40 (v/v), за которым следовал ACN-MeOH 70:30 (v/v). ACN оказался наименее эффективным растворителем. Что касается %RSD признаков, MeOH-H₂O 60:40 (v/v) обеспечил самые низкие значения RSD для VAMS (RSD = 38.57%), за которым следовали ACN (42.65%), MeOH (44.14%) и ACN-MeOH 70:30 (v/v) (49.14%). Эти значения представлены на рисунке 5B.
Приведенные данные хорошо согласуются с ранее опубликованной литературой. Couacault et al. (2026)19 сообщили о сопоставимом количестве признаков при анализе DBS и VAMS методом RP-LC-MS с использованием аналогичного состава экстракционного растворителя (регидратация 80 µL воды с последующим добавлением 320 µL MeOH). Аналогично, Cala et al. (2017)11 обнаружили сопоставимое число признаков (153) при анализе наконечников VAMS методом GC-MS. Хотя в большинстве существующих исследований не оценивалась прецизионность анализа с помощью этих устройств, наши общие результаты соответствуют ожиданиям для нецелевого анализа. Кроме того, результаты LC согласуются с данными, опубликованными Bossi et al. (2025)26 для HILIC-анализа микрообразцов DBS и qDBS, в котором большинство обнаруженных признаков имели RSD < 30%.
В целом, эти результаты демонстрируют, что экстракция на основе метанола обеспечивает оптимальный баланс количества определяемых признаков, интенсивности и точности (средний RSD, %) как для LC-MS, так и для GC-MS анализа образцов VAMS. Таким образом, единый протокол экстракции метанолом позволяет оптимизировать двойную подготовку проб, облегчить параллельное получение взаимодополняющих метаболических профилей и максимизировать объем извлекаемой информации.

Рисунок 1: Схемы протокола, демонстрирующие (A) протокол экстракции образцов, (B) реконституцию для LC-MS и (C) дериватизацию для GC-MS/MS. Создано в BioRender. Marques, D. (2026) https://BioRender.com/dprdv18, https://biorender.com/xu2qh34, https://biorender.com/7ztz2qv. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 2: сравнение m/z и rt для репрезентативного образца при (A) анализе методом LC-MS и (B) анализе методом GC-MS. Каждая точка представляет собой отдельный сигнал до его группировки в признаки (features). Цвета отражают интенсивность сигнала MS1 для данного признака, при этом интенсивность увеличивается от синего к красному. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть этот рисунок в большем размере.

Рисунок 3: Покрытие признаков и воспроизводимость на различных аналитических платформах. (A) Покрытие признаков: Общее количество уникальных признаков, обнаруженных с помощью ВЭЖХ (бирюзовый) и ГХ (оранжевый); точные значения указаны над каждым столбцом. (B) Воспроизводимость признаков: Скрипичные диаграммы, показывающие плотность распределения относительных стандартных отклонений (RSD%) для всех признаков. Встроенные диаграммы размаха указывают медиану и межквартильный размах; отдельные точки данных опущены для наглядности. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 4: Гистограммы, показывающие количество соединений различных химических классов, обнаруженных с помощью (A) ВЭЖХ-МС и (B) ГХ-МС. (C) Пересечение метаболитов, аннотированных по уровням 1 и 2, между платформами. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть этот рисунок в большем размере.

Рисунок 5: Результаты влияния растворителей для экстракции по данным LC-MS (A>) и GC-MS (B>) анализа устройств VAMS. Столбчатые диаграммы в верхней части рисунка представляют количество признаков, полученных при использовании каждого растворителя для экстракции, примененного к устройствам VAMS на одну реплику. Графики в нижней части рисунка показывают сумму интенсивностей и среднее значение RSD (%) для каждого растворителя для экстракции, использованного с устройством VAMS. Размер круга представляет общую сумму интенсивностей обнаруженных признаков в логарифмическом масштабе log2, что отражает эффективность экстракции. Цветовой градиент указывает на аналитическую точность, выраженную как относительное стандартное отклонение (RSD), где желтый цвет соответствует более высокой точности, а красный — большей вариабельности. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Таблица 1: Таблица по поиску и устранению неисправностей. Обзор распространенных проблем, причин и способов их решения при отборе проб с использованием устройств VAMS. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.
Таблица 2: Элюенты и промывочные растворы для RP-ХПЛЭ. Обзор составов подвижных фаз, раствора для промывки уплотнений, растворителя для продувки и промывочного растворителя, используемых для хроматографического анализа. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.
Дополнительный файл 1: Дополнительные экспериментальные данные. Параметры ВЭЖХ-МС и ГХ-МС. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.
Дополнительная таблица 1: Аннотации LC-MS. Соединения, идентифицированные с помощью данного протокола на платформе LC-MS. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.
Дополнительная таблица 2: Аннотации ГХ-МС. Соединения, идентифицированные с помощью данного протокола на платформе ГХ-МС. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.