Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Klinik Uygulamalar İçin İnsan İdrarında 3-Nitrotirosinin Minyatür Katı Faz Çıkarma ve LC-MS / MS Algılamasının Entegrasyonu

Published: July 14, 2017 doi: 10.3791/55778
Automatic Translation
1, 1, 2, 1,2
1Pharmasan Labs, Inc., 2NeuroScience, Inc.

Summary

Karma mod katyon değiştirme (MCX) 96-kuyulu bir mikroplak üzerinde verimli bir katı faz ekstraksiyonu ile birleşmiş seçici ve duyarlı bir sıvı kromatografi tandem kütle spektrometresi (LC-MS / MS) yöntemi, serbest 3-nitrotirosin 3-NT) insan idrarında yüksek verimle, klinik uygulamalar için uygundur.

Abstract

Serbest 3-nitrotirosin (3-NT), oksidatif stres için olası bir biyolojik belirteç olarak yaygın şekilde kullanılmıştır. Çok çeşitli patolojik koşullarda artan 3-NT seviyeleri bildirilmiştir. Bununla birlikte, mevcut yöntemler, düşük endojen seviyedeki 3-NT'yi güvenilir bir şekilde ölçmek için gerekli olan yeterli duyarlılık ve / veya özgüllükten yoksundur ve klinik uygulamalar için çok hantaldır. Bu nedenle, 3-NT düzeylerini doğru bir şekilde ölçmek ve patolojik koşullardaki 3-NT rolünü doğrulamak için analitik iyileştirmeye acilen ihtiyaç duyulmaktadır. Bu protokol, non-invaziv biyolojik belirteç olarak insan idrarında 3-NT'nin hızlı ve doğru ölçümü için minik bir katı faz ekstraksiyonu (SPE) ile birlikte yeni bir sıvı kromatografi tandem kütle spektrometresi (LC-MS / MS) algılamasının gelişimini sunar Oksidatif stres için. 96 yuvalı bir plak kullanarak SPE, numune temizleme ve analit zenginleştirmeyi sıkıcı türetme ve buharlaştırma adımları olmadan birleştirerek işlemi basitçe belirginleştirdi, Solvent tüketimini azaltmak, atık bertaraf etmek, kirlenme riski ve genel işlem süresi. SPE elüsyon çözeltisi, pH 9, 25 mM amonyum asetat iş (NH4OAc) esas olarak seçicilik geliştirilmiş. Kütle spektrometresi sinyal tepkisi, çoklu reaksiyon izleme (MRM) geçişlerinin ayarlanması yoluyla geliştirildi. Bir pentaflorofenil (PFP) kolonuna (150 mm x 2.1 mm, 3 μm) katkı maddesi olarak% 0.01 HCOOH kullanılması, sinyal tepkisini 2.5 kat daha geliştirmiş ve toplam çalışma süresini 7 dakikaya kısaltmıştır. 10 pg / mL'nin (0.044 nM) düşük bir niceleme limiti (LLOQ) elde edildi, bu da bildirilen testlere kıyasla önemli bir duyarlılık geliştirmeyi temsil etti. Bu basitleştirilmiş, hızlı, seçici ve duyarlı yöntem, iki pleyt numunesi (n = 192) 24 saatlik bir süre içinde işlenmesine izin verir. Geliştirilen analitik performans ve invaziv olmayan ve ucuz idrar örneklemesi göz önüne alındığında, önerilen test, klinik öncesi ve klinikte faydalıdırçalışmaları.

Introduction

Son yıllarda oksidatif stresin klinik sunum üzerindeki etkileri ön plana çıkmaktadır 1 . Araştırılan biyolojik belirteçlerden biri, reaktif azot türleri (RNS), katekolamin nörotransmitter öncüsü olan tirozin ile etkileşime girdiğinde oluşan, uçta dengeli bir ürün olan 3-nitrotirosin (3-NT) 'dir. 3-NT, in vivo RNS için bir biyolojik belirteç olarak klinik değeri olabileceği gibi, tirozin özelliklerinin ve işlevlerinin önemli değişiklikleriyle karşılık gelen proteinleri ve hücresel işlevleri olumsuz şekilde etkileyebilir 1 , 2 . Yükselen araştırmalar, 3-NT'nin inflamatuar koşullar 3 , nörodejeneratif bozukluklar 4 , 5 , kardiyovasküler hastalık 6 ve diyabet 7'de ve oksidatif stresle ilgili koşullarda önemli bir rol oynayabileceğini önermektedir. Ancak, bu observations sensitivite ve / veya seçicilik 8, 9, 10, 11 eksik metodolojileri sonuçlarına dayanmaktadır. Daha önce literatürde bildirilen biyolojik numuneler için muazzam 3-NT konsantrasyon aralıkları, ciddi analitik problemlerin bu tahliller ile ilişkili olduğunu ve 3-NT seviyelerini doğru bir şekilde ölçmek ve bu koşulların patolojisindeki rolünü doğrulamak için teknik iyileştirmenin gerek duyulduğunu ortaya koymaktadır .

Biyolojik matristeki serbest 3-NT'nin nicelendirilmesi, insan ve enstrüman için 8 , 9 , 10 , 11 özel bir zorluk ortaya koymaktadır. Birincisi, endojen 3-NT'nin iz seviyesi aşırı duyarlı bir tespit gerektirir; İkincisi, çok sayıda yapısal olarak benzer analogların varlığı, özellikle de tirozin,Aşırı derecede fazlalık, yüksek oranda seçicilik gerektirir; Üçüncüsü, her yerde bulunan nitrat ve nitrit ile tirozin nitrasyonuyla 3-NT'nin artefaktik oluşumu, 3-NT'nin sahte aşırı tahmin edilmesini önlemek için numune hazırlama esnasında özel olarak düşünülmesini gerektirir.

3-NT ölçmek için kullanılan metodolojilerin çeşitli arasında, MS / MS nedeniyle üstün hassasiyet ve seçicilik 11, 12, 13, 14, altın standart yöntem olarak kabul edilmiştir. Gaz kromatografisi (GC), MS / MS en yüksek duyarlılık, ancak, zorunlu örnek türetme adımları çok sıkıcı ve vardır sunmaktadır bağlanmış klinik kullanım 15, 16 için etkili olduğu zaman alır. LC-MS / MS karmaşık numune türetme işlemine ihtiyaç duymaz, bu da daha umut vericidir. Bununla birlikte, üstesinden gelinmesi gereken bazı engeller var.Literatürde bildirilen LC-MS / MS yöntemlerinin nsitivitesi, düşük miktarda 3-NT 7 , 17 , 18 ölçümü için iyileştirilmesi ve yüksek verimli uygulamalar için nispeten uzun dönüş süresi kısaltılmalıdır 12 , 13 , 17 , 19 .

Ek olarak, klinik uygulamalar göz önüne alındığında, kullanılan biyolojik matris önemli bir rol oynamaktadır. Mümkünse bulaşıcı olmayan, kolay ve ucuz olmalıdır 20 , 21 , 22 . Literatürde geleneksel olarak kullanılan örnek olan plazma klinik olarak istenen bir matristir, bu nedenle invaziv olmayan ve maliyet-etkinliği olan idrarı kullanan bir metod aranmıştır.

Rel geliştirmek için çeşitli girişimlerKullanılabilir ve spesifik LC-MS / MS metodolojileri idrar 9 , 10 , 11 kullanılarak yapılmıştır . Bununla birlikte, hepsi seçici, güvenilir ya da klinik kullanım için yeterince etkili olmamaktadır. Geleneksel ters fazlı kartuş (C18 tipi) kullanılarak 3-NT analizi için numune temizliği olarak baskın SPE'nin etkinliği sorgulanmış ve ardışık bir şekilde güçlü katyon değişimi (SCX) ve ters faz C18-OH SPE'si önerilmiştir 6 , 7 , 19 . Yakın zamanda geliştirilen bir LC-MS / MS yöntemi, manuel C18 SPE, preparatif yüksek basınçlı sıvı kromatografisi (HPLC) ve 3-NT 23'ün analizi için online SPE'nin çok aşamalı bir saflaştırma prosesini kullanmıştır. Bu yöntem 0.041 nM LLOQ ile klinik amaçlar için yeterince hassas olsa da, temizleme işlemi yoğun ve sıkıcıydı ve requiKırmızı 3 mL idrar, yüksek verim için fizibilitesini sınırlıyor. Bir moleküler olarak basılmış bir polimer temizleme işlemi 14 verimliliğini artırmak için SPE emici olarak kullanıldı, ancak elde edilen LLOQ (0.7 ug / mL) klinik örnekler için yeterince düşük değildi. Bir başka yöntem, 0.022 nM 24'lük bir saptama limiti (LOD) elde etmek için numunenin temizlenmesi için iki boyutlu (2D) LC-MS / MS ve immünoafinite kromatografisini gerektirdi. Tüm bu yöntemler 3-NT değerlendirmesinde ilerleme kaydederken, hiçbiri klinik uygulamalar için gerekli duyarlılık, güvenilirlik ve verimliliği sağlamamıştır.

Serbest 3-NT patolojisini ve bunun klinik ortamdaki oksidatif stresin bir biyobelirteç olarak rolünü araştırmak için basit, verimli, doğru ve kesin, yüksek verimli klinik uygulamalar için bir yöntem geliştirdik 25 . Minyatür karışık mod katyonuTürevlendirme, buharlaştırma ve 2D-LC'yi gerektiren mevcut yöntemlerde görülen dezavantajları atlayarak basit ve etkili numune temizleme ve 3-NT'nin zenginleştirilmesi için tek bir ekstraksiyonda elde edilen hange (MCX) 96 oyuklu ekstraksiyon mikroplağı uygulandı. Hareketli fazda katkı maddesi olarak% 0.01 HCOOH ile sıvı kromatografisi hızlı çevrim süresi ile gelişmiş bir sinyal yanıtı sundu. Seçicilik daha 3-NT ve iç standart (IS) her ikisi içinde selektif 3-NT ayrıştırma ve MRM geçişi kullanımı için hafif bir NH4OAc elüsyon çözeltisi uygulamasıyla geliştirilmiştir. Matris etkisi, kantifikasyon için indirgenmiş miktarda bir 13 C işaretli izotopik IS kullanılarak telafi edildi. Bu metodolojinin ortaya çıkmasıyla araştırmacılar ve klinisyenler klinik koşullardaki 3-NT rolünü doğrulayacak ve oksidatif stresin etkisini daha da keşfedebileceklerdir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

İnsan idrar örneklerini içeren tüm çalışmalar, Pharmasan / Neuroscience Kurumsal İnceleme Kurulu (IRB) tarafından onaylanan prosedüre uyularak gerçekleştirildi.

1. İdrar Numunesi Toplama ve Kreatinin (Cr) Tayini

  1. Yaklaşık 5 mL sonra ertesi sabah idrar örnekleri toplayın. Koruyucu olarak 250 μL 3 N HC1 içeren 5 mL'lik bir taşıma tüpünde gece boyunca 10 saat boyunca aç bırakın ve kullanıma kadar -20 ° C'de saklayın.
  2. Çözünür ve vorteks 5 mL nakliye idrarını Bir santrifüjde bir tüp ve santrifüj ( örn. Sorvall) (2297 xg, 10 dakika).
  3. 5 mL nakliye borusundan iki kez 1 mL idrar ekleyin.
  4. Bir idrar kreatin yöntemi ile Cr'yi belirleyin 26 .

2. Standart, IS ve Kalite Kontrol (QC) Örneklerinin Hazırlanması

  1. % 0.01 HCOOH mobil faz A (MA) ile 100 μg / mL'de 3-NT stok solüsyonu hazırlayın ve -20 ° C'de saklayın.
  2. YapmakMA ile 100 ug / mL 3-NT stok solüsyonu seyreltilerek 100 ng / mL konsantrasyonda bir 3-NT çalışma standart solüsyonu.
  3. 100 ng / mL çalışma standardının, boşluklu ve çift boş örnekler ile birlikte 3-NT içermeyen 0,15 M HC1 ile asitlendirilmiş boş idrarla seyreltilmesi ile 5 ila 2500 pg / mL arasında değişen standartları oluşturun.
  4. MA ile suda 100 μg / mL'de IS 13 C 9 -3-NT stok solüsyonu hazırlayın ve -20 ° C'de saklayın.
  5. 100 ug / ml 13 ° C 9-3-NT seyreltilmesi ile 500 pg / ml bir çalışma IS çözeltisi yapmak MA stok çözeltisi IS.
  6. Asitli boş idrarda 3-NT çalışma standardının seyreltilmesi ile LLOQ, düşük, orta ve yüksek seviyeleri ( yani , 10, 25, 100, 500 ve 1,250 pg / mL) kapsayan beş kalite QC örneği oluşturun.

3. Katı Faz Çıkarma Prosedürü

  1. Çözünme ve girdaplı idrar örnekleri, standartlar ve QC örnekleri.
  2. İdrar numuneleri, standartlar ve QC sampayı ekleyinLes (her biri 250 uL) ile temiz 2 mL'lik 96 gözlü toplama plakasının 32 oyuğuna eklendi.
  3. Çifte boş numune hariç her göze 500 pg / mL IS çalışma solüsyonu (50 μL) ekleyin. Çifte boş örnek kuyusuna% 0.01 HCOOH (50 uL) ilave edin.
  4. % 0.1 HCOOH (250 uL) ile LC-MS / MS suyu ekleyin.
  5. Yukarıdaki karışımı üç kez 8 kanallı bir pipetle karıştırın.
  6. SPE yükleninceye kadar plakayı örtün.
  7. Bir pozitif basınç işlemcisine bir MCX 96 gözlü çıkarma plakası ve toplama haznesi yerleştirin.
  8. Emme plakasını sorbent boyunca MeOH (200 uL) akan ile şartlandırın.
  9. Sorbent boyunca% 2 HCOOH (200 uL) su akıtılarak dengeye getirilir.
  10. Önceden karıştırılmış örneklerin her birinin hacmini, 8 kanallı bir pipetle dikkatlice önceden şartlandırılmış ekstraksiyon plakasına yükleyin.
  11. Pozitif basınçlı işlemci üzerinde düşük pozitif basıncı ( örneğin 3 psi) ayarlayarak karışımın thrSorbent yavaşça, gerekirse basıncı ayarlayın.
  12. Sorguyu kullanarak% 2 HCOOH (200 μL) su akıtılarak oyukları yıkayın.
  13. Sorguyu kullanarak metanol (200 μL) akıtılarak kuyuları yıkayın.
  14. Sorguyu akan su (200 μL) ile oyukları yıkayın.
  15. Pozitif basınçlı işlemcide kuyuları tamamen yüksek pozitif basınç ayarı ( örn. , 40 psi) ile kurutun.
  16. Hazneyi temiz bir 2 mL'lik 96 gözlü toplama plakası ile değiştirin.
  17. Muhafaza analiti çıkarmak için arta pH 9 (50 uL) 25 mM NH4 OAc uygulayın ve ekstraksiyon plakadan IS.
  18. Eluatın nötralize edilmesi için LC-MS suyunu% 5 HCOOH (50 uL) ile pipetleyin.
  19. 8 kanallı pipetle üç kez karıştırın ve analiz için LC-MS / MS istasyonuna gönderin.

4. LC-MS / MS Analizi

  1. Dereceli silindirle 2.000 mL LC-MS suyunu doğru olarak ölçün ve 2 L'lik bir şişeye aktarın.
  2. PIpette 200 uL saf HCOOH, LC-MS su içeren yukarıdaki şişeye yerleştirilir.
  3. Harman hallaç iyice karıştırın ve mobil faz A (MA) olarak etiketleyin. Baş harflerini, hazırlanma tarihini ve son kullanma tarihini ekleyin.
  4. LC-MS metanolden 2 L şişe alın ve başlangıç ​​ve son kullanma tarihleri ​​olan mobil faz B (MB) olarak etiketleyin.
  5. Otomatik örnekleyicinin sıcaklığını 4 ° C'ye ayarlayın.
  6. Hazırlanan örneklerle birlikte toplama plakasını otomatik örnekleyiciye yerleştirin.
  7. Fırında bir PFP sütunu (150 mm x 2.1 mm id, 3 μm) ve koruma sütunu yerleştirin.
  8. Fırın sıcaklığını 30 ° C'ye ayarlayın.
  9. Tablo 1'de gösterildiği gibi LC gradyanı elüsyonu ile edinme metodu kullanılarak 10 dakika dengelenir.
Zaman (dak) modül Olaylar Parametre
0 Pompalar Pompa B Kons. 5
0.5 Pompalar Pompa B Kons. 20
1 Pompalar Pompa B Kons. 50
3 Pompalar Pompa B Kons. 80
4 Pompalar Pompa B Kons. 90
4.01 Pompalar Pompa B Kons. 95
5.5 Pompalar Pompa B Kons. 95
5.6 Pompalar Pompa B Kons. 5
7 kontrolör Dur

Tablo 1: Sıvı Kromatografi Gradyan Elüsyon Koşulları

  1. Dahil olmak üzere bir toplu iş listesi oluşturunStandartlar, QC ve idrar örnekleri.
  2. Hazırlanan örneklerin (12 μL) enjekte edilmesi ile partiye başlayın.

5. Tepe Tanımlama, Entegrasyon ve Veri İşlemi

  1. Yazılımı kullanarak veri toplama ve işleme kontrol edin.
  2. Tüm numuneler için 3-NT ve IS zirveleri tanımlayın ve entegre edin.
  3. 3-NT niceliklemesi için 10-2,500 pg / mL aralığında standart bir eğri oluşturun ve 1 / x ağırlık faktörü ile nominal 3-NT konsantrasyonuna karşı 3-NT ve IS'nin zirve alanı oranının doğrusal gerilemesi ile tayin edin.
  4. Standart eğriyi kullanarak tüm numuneleri ölçün.
  5. QC örneklerinin belirlenen aralıkta olup olmadığını belirleyin.
  6. Tespit edilen idrardaki konsantrasyonları nM veya nmol / mmol Cr biriminde nihai sonuçlara dönüştürün.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Şekil 1 , 3-NT'nin, optimize edilmiş LC koşulu altında diğer yapısal olarak benzer tirosin analoglarından tamamen kromatografik olarak ayrıldığını göstermekte olup, bu da aşırı derecede aşırı bileşikler nedeniyle oluşan birlikte müdahale etkileşimlerini ortadan kaldırmakta ve dolayısıyla tahlil seçiciliğini arttırmaktadır. Ek olarak MA ve metanolde katkı maddesi olarak% 0.01 HCOOH ile 0.45 mL / dak'lık bir akış oranında gradiyentli olarak elüsyon, hızlı bir şekilde 3-NT'nin ( yani 7 dakika dönüş süresi ile 3 dakika) elüsyon yapılmasına izin verir.

Şekil 1
Şekil 1: Standart Solüsyondaki Diğer Tirozin Analoglarından 3-NT'nin Temel Tablosel LC Kromatografik Ayırımı. ( A ) p- Tyrosin; ( B ) m- Tyrosin; ( C ) o -tirozin; ( D ) Cl-Tyrosine; ( E ) 3-NT. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Şekil 2 , çifte boşluklu numunede hiçbir 3-NT sinyalinin gözlenmediğini ve tüm işlem boyunca artefaktik 3-NT oluşumunun olmadığını göstermektedir. Şekil 3 , sağlıklı bir birey için 3-NT ve İS'nin temsili MRM kromatogramlarını göstermektedir. Görüldüğü gibi, 3-NT ve IS'nin tutulma sürelerinde hiçbir girişim sinyali gözlenmemektedir. Ayrıca nitrit (50 uM), nitrat (50 μM) ve tirozin (50 mg / L) 25 olan çivilenmiş ve çakıllı toplanmış idrar örnekleri arasında 3-NT'de ±% 6'lık bir fark gözlemlenmekte ve bu da destek sağlamaktadır Tahlilin özgüllüğüne.


Şekil 2: Temsilci Çift Boş Örneklemede 3-NT ve İS'nin MRM kromatogramları. ( A ) 3-NT MRM nicelikçi 227.0> 90.0; ( B ) IS MRM nicelikçi 236.0> 189.0. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Şekil 3
Şekil 3: Sağlıklı Kişilerin Temsilci İdrar Örneklerinde 3-NT ve İS'nin MRM Kromatogramları. ( A ) 3-NT MRM nicelikçi 227.0> 90.0; ( B ) IS MRM nicelikçi 236.0> 189.0. Lütfen tıklayınBu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için tekrar.

Standart eğri, 3-NT'nin spesifikasyonu ile asitlendirilmiş boş idrarın 10-2,500 pg / mL aralığında eklendiği 3-NT ve IS'nin nominal konsantrasyonuna karşı 3-NT'nin pik alanı oranını çizgisel bir uydurma ile çizerek oluşturulmuştur 1 / x ağırlıklandırma. Temsili bir standart eğri Şekil 4'te gösterilmektedir. Sinyal / gürültü oranı üçten büyük olan en düşük konsantrasyon olarak tanımlanan LOD'un, 2 pg / mL (0.0088 nM) olduğu belirlendi. LLOQ'un tanımı gereği 10 pg / mL (0.044 nM) olarak belirlenmiştir; bu değer, belirsizliklerin ±% 20'si içinde ölçülecek en düşük konsantrasyon ve doğruluktan daha yüksek olup, sinyal / gürültü oranı on'dan fazladır.

Şekil 4
Şekil 4: Temsilci bir 3-NT Standart Eğrisi10-2,500 pg / mL aralığı. Bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

İnsan idrar örneklerinde endojen serbest 3-NT için literatürde daha önce bildirilen konsantrasyonlarda önemli değişiklikler, mevcut testler 8 , 9 , 10 , 11 ile ilgili metodolojik problemleri ortaya çıkarmaktadır. İnsan idrarı altındaki düşük 3-NT seviyesinin doğru tespiti, örnek hazırlama ve LC-MS / MS analizi için özel tedbirler gerektiren zorlu bir görev olmaya devam etmektedir. Bu protokol, yüksek verimle üriner 3-NT'nin spesifik ve duyarlı şekilde saptanmasına izin veren seçici bir LC-MS / MS bulgusu ile kombine edilen yeni bir SPE prosedürünü özetlemektedir.

MRM parametrelerinin dikkatli seçilmesi, 3-NT'nin saptanması için seçiciliği geliştirmiştir. Plazma 27'de 3-NT için IS'nin 236.0> 96.0 m / z MRM geçişi idrar örnekleri için ciddi kontaminasyona neden olmuştur. Sinyalin daha temiz, 9 kat artışıMRM geçiş m / z 236.0> 189.0 ile yanıt elde edildi. MRM geçiş m / z 227.0> 90.0, 3-NT kantifikasyonu için en yoğun geçiş m / z 227.0> 181.0 kullanarak şiddetli girişimden dolayı seçilmiştir. Ayrıntılı MRM geçişleri ve bileşik parametreler Tablo 2'de özetlenmiştir.

Analyte MRM geçişi (m / z) DP (V) EP (V) CE (eV) CXP (V)
3-NT (nicelikçi) 227.0> 90.0 50 10 38 13
3-NT (niteleyici) 227.0> 103.9 50 10 45 16
13 C9 -NT (IS) 236.0> 189.0 50 10 21 14
Bir İyon sprey voltajı: 2200 V; Sıcaklık: 600 ° C; Perde gazı: 35; CAD gazı: 9; Nebulizatör gazı (GS1): 50; Isıtıcı gaz (GS2): 55.

Tablo 2: Optimize MRM Koşulları.

Literatürde 12 , 13 , 17 , 19 LC'de 3-NT'nin LC kromatografik olarak ayrılması için yaygın olarak kullanılan geleneksel C18 tipi sütun , genellikle girişimin azaltılması için uzun bir geri dönüş süresine ihtiyaç duyuyor ve yüksek verim için elverişli olmuyor. Bu protokolde, 3-NT'nin LC kromatografik ayrımının optimum hale getirilmesi için polar bileşiklerin 22 ,> 27 , 28 . Mobil faz katkılarının konsantrasyonu, sinyal yoğunluğu 25 , 28 üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. % 0.01 konsantrasyondaki HCOOH, MA'da 2.5 katlık bir sinyal kazancı sağladığı ve konsantrasyonda azaltılmış sinyal tepkisinde daha da azaldığı için, MA'da optimal katkı olarak bulunmuştur. Su (MA) ve metanol (MB) içinde% 0.01 HCOOH kullanılarak gradiyentli bir elüsyon profili 0.45 mL / dak'lık bir akış hızı ile gerçekleştirildi ve 3 dakikalık bir sürede optimal bir ayırma ve hızlı bir şekilde 3-NT'nin hızlı bir şekilde elüsyona uğratılması sağlandı. literatürde 12, 13, 17, 19 rapor daha karmaşık biyolojik matrisler 3-NT önemli ölçüde daha hızlı analiz izin sadece 7 dk.

Geleneksel ters fazlı kartuşun (C18 tipi) etkisiz hale getirilmesi içinBiyolojik örneklerin 6 , 7 SPE'si için art arda kullanıldık, SPE'nin insan plazmasındaki 3-NT'yi tek bir çift işlevli 96 kuyulu MCX plakası 27 üzerinde belirlemek için kısa süre önce bir LC-MS / MS yöntemi geliştirdik ve SPE'de iyileşme sağladı Verimlilik ve seçicilik. Bununla birlikte, literatürdeki tüm SPE yaklaşımlarının belirgin bir dezavantajı zahmetli ve riske bağlı buharlaşma ve yeniden yapılandırma adımlarıdır. Buna ek olarak, plazma yöntemi, sorbentten kirliliği ortadan kaldırmak için ekstraksiyon plakasının fazladan bir ön yıkamasını gerektiriyordu. Bu protokolde, bu dezavantajlar minyatür 96-çukurlu bir mikroplakanın kullanımı ile özel bir SPE tarafından ortadan kaldırılmıştır. Elüsyon çözeltisi seçimi, ekstraksiyon verimliliği için çok önemli bulundu. Önemli müdahaleler MeOH çeşitli bileşimi ile yaygın NH4OH elüsyon çözeltisi uygulayarak idrar örneklerinde gözlenmiştir. İnterfer'ining maddeler dolayısıyla düşük seçicilik ile sonuçlanan bu metanolik NH4OH elüsyon çözeltisi güçlü elüsyon gücüne analit ile birlikte yıkandı. Seçiciliği geliştirmek için, hem 3-NT'ye karşı yeterince güçlü, hem de müdahale eden bileşiklerin yıkanmasına neden olmayacak kadar zayıf bir çözeltinin belirlenmesi gerekliydi. Farklı pH ve konsantrasyonlarda daha az bazik NH4OAc detaylı araştırma sonrasında, pH 9 ile 25 mM bir NH4OAc çözeltisi elüsyon çözeltisi olarak uygun olduğu tespit edilmiştir. Optimize edilmiş elüsyon çözeltisi ile müdahale bileşiklerin sorun çözüldü ve duyarlılık% 40 kazanç normal metanolik NH4OH elüsyon çözeltisi ile karşılaştırıldığında elde edilmiştir.

Tablo 3, bu protokolün analitik performansının 25 ayrıntılı bir özetini sağlar, biyolojik matristeki serbest 3-NT tayini için diğer mevcut yöntemlerle karşılaştırılmıştır. Bu protokol Daha önce bildirilen testlere kıyasla birçok farklı avantaja sahiptir. İlk olarak, 96 oyuklu ekstraksiyon mikroplakası kullanılarak, örnek temizleme ve analit zenginleştirme için tek bir adım elde edildi ve SPE'yi içeren 3-NT yöntemlerinde tipik olarak gerekli olan buharlaşma ve yeniden yapılandırma işlemlerinin 1 - 5 devrinden kaçınıldı. İkinci olarak, SPE için örnek başına çözücü kullanımı, 5.5 - 118 mL'den sadece 1.1 mL'ye düşürüldü ve solvent ve atık bertarafında 5-107 kez azalma oldu. Üçüncü olarak, örnek başına LC dönüş süresi, diğer analizlerle karşılaştırıldığında 2-7 kat azaldı ve önceki plazma yöntemimizden% 30 daha hızlıydı. Dördüncüsü, matris etkisinin telafisi için tercihen 13 C etiketli IS'den 10-3,000 kat daha düşük bir miktar gerekmiştir. Son olarak, bu tahlil üriner 3-NT miktarının nicelendirilmesi için diğer konvansiyonel SPE tabanlı LC-MS / MS yöntemlerine kıyasla belirgin bir hassasiyet artışını temsil eder.

yolları "> örnek hazırlama Analitik
yöntem Matris LOD (nM) LOQ (nM) LC koşu (dakika) Evap c Sol D (mi) IS (ng) Ref. SPE (C18)
filtrasyon LC-MS / MS Plazma 0.034 0.112 20 1 13 Analog f 2 [6] SPE
(MCX plakası) LC-MS / MS Plazma 0.0088 0.022 10 1 5.6 13 C9 -NT 0.25 [27] PPT + SPE (MCX) + der a HPLC-UV Serum NA b 100 40 1 7.3 NA b NA b [12] HPLC + der a GC-MS / MS İdrar 0.004 0.125 NA b 5 NA b d3 -NT 4.6 [16] PPT + SPE (amino) + der a LC-MS / MS Kedi idrar NA b 14.5 40 3 23 d3 -NT 75 [17] PPT + hidroliz + SPE (SCX-C18) LC-MS / MS İdrar (protein) 400 NA 50 2 118 d3 -NT 2 [19] IA-2D LC e LC-MS / MS İdrar 0.022 NA 14 NA b NA b 13 C9 -NT 0.85 [24] SPE (C18) + hidroliz HPLC-ECD İdrar (toplam) NA b 4 40 2 5.5 NA b NA b [13] SPE (C18) + Hazırlama LC g
+ Çevrimiçi SPE LC-MS / MS İdrar 0.0088 0.041 30 2 38 d3 -NT 5 [23] SPE (MIP) HPLC-UV Çivili İdrar 700 NA 20 18 NA b NA b [14] SPE (MCX μElution) LC-MS / MS İdrar 0.0088 0.044 7 YOK HAYIR 1.1 13 C9 -NT 0.03 Bu iş Bir der: türetme; B NA: mevcut değil; C Evap: Buharlaşma; D Sol: Örnek başına çözücü; E IA-2D LC: immünoafinite kromatografisi ve iki boyutlu LC; F Analog: o-Metil-Tirosin; G Hazırlama LC: preparatif HPLC saflaştırması.

Tablo 3: Compari3-NT'nin Biyolojik Matrislerde Tespiti İçin Mevcut Deneylerle Bu Protokolün Analitik Performansının Oğlu

Önerilen analizin analitik ve klinik geçerliliği, 82 sağlıklı kişinin otantik idrar örneklerinden oluşturulmuş üriner 3-NT için referans aralığının saptanması yoluyla daha da değerlendirildi 25 . İyileştirilmiş sadelik ve işleme yöntemi, iki idrar örneği tabakasının (n = 192) 24 saatlik bir süre içinde işlenmesine ve analiz edilmesine olanak tanır. Basit, hızlı, hassas ve seçici olan invaziv olmayan idrar örneklemesini kullanan gelişmiş yöntemin, klinik koşullarda 3-NT rolünü doğrulamada ve oksidatif stresin etkisini daha ileri düzeyde araştırmada güçlü bir araç olması beklenmektedir. Protokolün kritik aşamaları, bir akıcılaştırma tamponu olarak hafif NH4OAc kullanan bir MCX mikroplakasında SPE, bir katkı maddesi olarak% 0.01 HCOOH ve 3-NT kantifikası için MRM seçimi olan bir PFP kolonu üzerinde LC ayrımı içermektedirsiyon. Yöntemin gelecekte uygulanması, enflamatuar ve nörodejeneratif bozukluklar gibi patolojik koşullardaki hastalarda 3-NT konsantrasyonlarının miktarının belirlenmesidir . Klinik uygulamalarda önerilen protokolün potansiyel tuzakları ele alınmamaktadır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar, çıkar çatışması olmadığını beyan eder.

Acknowledgments

Yazarlar Scott Howard ve Abigail Marinack'ın bu çalışmanın genel destek ve koordinasyonu için onaylarlar.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3-Nitro-L-tyrosine Sigma N7389-5g
3-Nitro-L-tyrosine-13C9 Sigma 652296-5.0mg
Mass Spec Gold Urine Golden West Biologicals MSG 5000-1L
Oasis MCX 96-well µElution plate Waters 186001830BA
2 mL 96 well collection plate Phenomenex   AH0-7194
96 positive processor Waters  186005521
LC-MS Ultra CHROMASOLV methanol   Sigma 14262-2L
LC-MS Ultra CHROMASOLV water Sigma 14263-2L
Formic acid for mass spectrometry Sigma 94318-50ML-F
Ammonium hydroxide solution Sigma 338818-1L
Ultra PFP propyl columns Restek 9179362
5500 Triple quad AB Sciex  / Contact manufacture for more detail
UFLC-XR Shimadzu  / Contact manufacture for more detail
Integra 400 Plus  Roche / Urinary Creatinine Jaffé Gen 2 method
LCMS certified 12 x 32 mm screw neck vial Waters 600000751CV
LCGC certified 12 x 32 mm screw neck total recovery vial Waters 186000384C
5 mL transport tube Phenix TT-3205
50 mL Centrifuge tube Crystalgen  23-2263
15 mL Centrifuge tube Crystalgen  23-2266
eLine electronic pipette Sartorius 730391
Microfuge centrifuge  Beckman Coulter A46474
OHAUS balance   Kennedy Scales, inc. 735
Vortex mixer  Bernstead Thermolyne M16715

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Dalle-Donne, I., Rossi, R., Colombo, R., Giustarini, D., Milzani, A. Biomarkers of oxidative damage in human disease. Clin. Chem. 52 (4), 601-623 (2006).
  2. Pacher, P., Beckman, J. S., Liaudet, L. Nitric oxide and peroxynitrite in health and disease. Physiol. Rev. 87 (1), 315-424 (2007).
  3. Baraldi, E., et al. 3-Nitrotyrosine, a marker of nitrosative stress, is increased in breath condensate of allergic asthmatic children. Allergy. 61 (1), 90-96 (2006).
  4. Ischiropoulos, H., Beckman, J. S. Oxidative stress and nitration in neurodegeneration: Cause, effect, or association? J. Clin. Invest. 111 (2), 163-169 (2003).
  5. Butterfield, D. A., et al. Elevated levels of 3-nitrotyrosine in brain from subjects with amnestic mild cognitive impairment: implications for the role of nitration in the progression of Alzheimer's disease. Brain Res. 1148, 243-248 (2007).
  6. Hui, Y., et al. A simple and robust LC-MS/MS method for quantification of free 3-nitrotyrosine in human plasma from patients receiving on-pump CABG surgery. Electrophoresis. 33 (4), 697-704 (2012).
  7. Kato, Y., et al. Quantification of modified tyrosines in healthy and diabetic human urine using liquid chromatography/tandem mass spectrometry. J. Clin. Biochem. Nutr. 44 (1), 67-78 (2009).
  8. Duncan, M. W. A review of approaches to the analysis of 3-nitrotyrosine. Amino acids. 25 (3-4), 351-361 (2003).
  9. Ryberg, H., Caidahl, K. Chromatographic and mass spectrometric methods for quantitative determination of 3-nitrotyrosine in biological samples and their application to human samples. J. Chromatogr. B. 851 (1-2), 160-171 (2007).
  10. Tsikas, D. Analytical methods for 3-nitrotyrosine quantification in biological samples: the unique role of tandem mass spectrometry. Amino acids. 42 (1), 45-63 (2012).
  11. Tsikas, D., Duncan, M. W. Mass spectrometry and 3-nitrotyrosine: strategies, controversies, and our current perspective. Mass Spectrom. Rev. 33 (4), 237-276 (2014).
  12. Iwasaki, Y., et al. Comparison of fluorescence reagents for simultaneous determination of hydroxylated phenylalanine and nitrated tyrosine by high-performance liquid chromatography with fluorescence detection. Biomed. Chromatogr. 26 (1), 41-50 (2012).
  13. Saravanabhavan, G., Blais, E., Vincent, R., Kumarathasan, P. A high performance liquid chromatography-electrochemical array method for the measurement of oxidative/nitrative changes in human urine. J. Chromatogr. A. 1217 (19), 3269-3274 (2010).
  14. Mergola, L., Scorrano, S., Del Sole,, Lazzoi, R., R, M., Vasapollo, G. Developments in the synthesis of a water compatible molecularly imprinted polymer as artificial receptor for detection of 3-nitro-L-tyrosine in neurological diseases. Biosens. Bioelectron. 40 (1), 336-341 (2013).
  15. Schwedhelm, E., Tsikas, D., Gutzki, F. M., Frolich, J. C. Gas chromatographic-tandem mass spectrometric quantification of free 3-nitrotyrosine in human plasma at the basal state. Anal. Biochem. 276 (2), 195-203 (1999).
  16. Tsikas, D., Mitschke, A., Suchy, M. T., Gutzki, F. M., Stichtenoth, D. O. Determination of 3-nitrotyrosine in human urine at the basal state by gas chromatography-tandem mass spectrometry and evaluation of the excretion after oral intake. J. Chromatogr. B. 827 (1), 146-156 (2005).
  17. Marvin, L. F., et al. Quantification of o,o'-dityrosine, o-nitrotyrosine, and o-tyrosine in cat urine samples by LC/electrospray ionization-MS/MS using isotope dilution. Anal. Chem. 75 (2), 261-267 (2003).
  18. Orhan, H., Vermeulen, N. P., Tump, C., Zappey, H., Meerman, J. H. Simultaneous determination of tyrosine, phenylalanine and deoxyguanosine oxidation products by liquid chromatography-tandem mass spectrometry as non-invasive biomarkers for oxidative damage. J. Chromatogr. B. 799 (2), 245-254 (2004).
  19. Chen, H. J. C., Chiu, W. L. Simultaneous detection and quantification of 3-nitrotyrosine and 3-bromotyrosine in human urine by stable isotope dilution liquid chromatography tandem mass spectrometry. Toxicol. Lett. 181 (1), 31-39 (2008).
  20. Marc, D. T., Ailts, J. W., Campeau, D. C. A., Bull, M. J., Olson, K. L. Neurotransmitters excreted in the urine as biomarkers of nervous system activity: validity and clinical applicability. Neurosci. Biobehav. Rev. 35 (3), 635-644 (2011).
  21. Li, X. G., Li, S., Wynveen, P., Mork, K., Kellermann, G. Development and validation of a specific and sensitive LC-MS/MS method for quantification of urinary catecholamines and application in biological variation studies. Anal. Bioanal. Chem. 406 (28), 7287-7297 (2014).
  22. Li, X. G., Li, S., Kellermann, G. Pre-analytical and analytical validations and clinical applications of a miniaturized, simple and cost-effective solid phase extraction combined with LC-MS/MS for the simultaneous determination of catecholamines and metanephrines in spot urine samples. Talanta. 159, 238-247 (2016).
  23. Chao, M. R., et al. Simultaneous detection of 3-nitrotyrosine and 3-nitro-4-hydroxyphenylacetic acid in human urine by online SPE LC-MS/MS and their association with oxidative and methylated DNA lesions. Chem. Res. Toxicol. 28 (5), 997-1006 (2015).
  24. Radabaugh, M. R., Nemirovskiy, O. V., Misko, T. P., Aggarwal, P., Mathews, W. R. Immunoaffinity liquid chromatography-tandem mass spectrometry detection of nitrotyrosine in biological fluids development of a clinically translatable biomarker. Anal. Biochem. 380 (1), 68-76 (2008).
  25. Li, X. G., Li, S., Kellermann, G. Tailored 96-well µElution solid-phase extraction combined with UFLC-MS/MS: a significantly improved approach for determination of free 3-nitrotyrosine in human urine. Anal. Bioanal. Chem. 407 (25), 7703-7712 (2015).
  26. Roche Diagnostics. Roche Creatinine Jaffé Gen.2, package insert 2011-11, V7. , Mannheim. Available from: https://usdiagnostics.roche.com/products/06407137190/PARAM2083/overlay.html 2011-2011 (2011).
  27. Li, X. G., Li, S., Kellermann, G. A novel mixed-mode solid phase extraction coupled with LC-MS/MS for the re-evaluation of free 3-nitrotyrosine in human plasma as an oxidative stress biomarker. Talanta. 140, 45-51 (2015).
  28. Li, X. G., Li, S., Kellermann, G. An integrated liquid chromatography-tandem mass spectrometry approach for the ultra-sensitive determination of catecholamines in human peripheral blood mononuclear cells to assess neural-immune communication. J. Chromatogr. A. 1449, 54-61 (2016).

Tags

Kimya Sayı 125 3-Nitrotirosin (3-NT) sıvı kromatografi tandem kütle spektrometresi (LC-MS / MS) katı faz ekstraksiyonu (SPE) non-invaziv biyomarkır oksidatif stres idrar duyarlılık seçicilik
Klinik Uygulamalar İçin İnsan İdrarında 3-Nitrotirosinin Minyatür Katı Faz Çıkarma ve LC-MS / MS Algılamasının Entegrasyonu
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Li, X. S., Li, S., Ahrens, M.,… More

Li, X. S., Li, S., Ahrens, M., Kellermann, G. Integration of Miniaturized Solid Phase Extraction and LC-MS/MS Detection of 3-Nitrotyrosine in Human Urine for Clinical Applications. J. Vis. Exp. (125), e55778, doi:10.3791/55778 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter