药物代谢研究新流程Quanformation网络讲座

2011-11-09 11:03 来源: 分析测试百科
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  2011年10月25日,赛默飞世尔科技“药物代谢研究新流程Quanformation”网络讲座在分析测试百科网举行。此前,赛默飞世尔科技举行已经在分析测试百科网举行了三次Q-Exactive系列讲座,分别是“四极杆-轨道阱质谱仪的特性和功能”、“Q-Exactive -蛋白组学研究的综合平台”、“新型轨道阱质谱 -解决食品安全难题”。今天,赛默飞世尔科技色谱质谱部应用工程师江铮着重为网友们介绍了能够同时定性定量的Q-Exactive系统在代谢研究中能够发挥的独特作用。

Q-Exactive系统

  什么是代谢物研究新流程Quanformation?

  同时定性定量的代谢物分析流程Quanformation,主要基于Q-Exactive四极杆高分辨轨道阱技术,将定性和定量分析合二为一。

  传统的代谢研究将定性和定量分开进行。标准定量工作流程中,通常需要获得母药或者代谢物的对照品,优化质谱参数,采集数据,建立一个定量分析方法,对样品进行定量分析;标准定性工作流程中,主要用离子阱高分辨质谱,先建立一个通用的数据采集方法采集数据,然后进行数据处理,这通常要花费很长的时间。传统方法将定性和定量分开主要是分析技术的限制,四极杆着重定量分析,离子阱着重定性分析。

  基于Q-Exactive的Quanformation流程,可以同时获得准确的定性数据和灵敏的定量数据。首先建立一个全扫描数据采集方法,样品制备完成后,用Q-Exactive进行数据采集(可选择高分辨全扫描、以及高分辨和二级高分辨的交替扫描、正负离子交替全扫描方式),然后用专业的代谢物鉴定软件进行数据分析,最终获得定性和定量结果。

  Quanformation流程最大的优点就是:只需要一套质谱系统,只需要建立一种仪器数据采集的方法,只需要进一次样,就可以同时获得定性和定量数据,可大大节省时间和经济成本。

 

  Quanformation流程的研究平台Q-Exactive为什么能用于代谢研究?

  代谢物分析过程中,具有代谢物样品基质复杂、代谢物及母药含量差异大、待测化合物结构迥异等特点,必然对质谱有特殊的要求——能够区分质量数相近的代谢物和去除基质干扰的高分辨率,能够准确地定性目标及非目标代谢物的高质量精度,能够保证低浓度代谢物的检出和定量准确度的有高灵敏度,使得共流出的待测组分均能获得良好的质量精度的宽动态范围,等等。代谢物研究中的诸多的问题,Q-Exactive为什么可以解决?

Q-Exactive适用于代谢物研究的优势

  首先,Q-Exactive具有超高分辨率。对于复杂基质中痕量组份的定性,分辨率是关键,因为代谢物的精确质量数及同位素分布受共流出的其他化合物影响。这是由于存在基质本身的干扰、同质异素化合物的干扰、其他化合物同位素峰的干扰。那么,至少需要50,000以上的分辨率。 Q-Exactive的分辨率最高达140,000。其次,Q-Exactive质量精度高且稳定性好,同时具有多种数据采集模式(高分辨MS和MS/MS全扫描、正负切换扫描、DDPT数据关联扫描、NL Scan中性丢失扫描、T-HCD高灵敏度定量扫描)。

Q-Exactive多种数据采集模式

   可见,Q-Exactive适用于代谢研究的优势具有其独特的优势。一方面,混合型质谱的硬件特点,觉得了高分辨静电场轨道FT Orbitrap质谱可实现精确质量数测定, 四极杆质量分析器可进行母离子选择, HCD高能碰撞池提供丰富的脆片信息。另一方面,同时定性和定量分析的功能特点,决定了高分辨率下的MS全扫描用于定性筛选和基于全扫描的定量分析,高分辨率下的MS/MS全扫描能够进行定性确证,还能够针对复杂基质中痕量组分的高灵敏度定量分析(t-HCD)。

 

  Q-Exactive针对代谢研究的解决方案

Q-Exactive用于代谢物鉴定的工作流程

  Q-Exactive针对代谢研究的解决方案主要包括数据采集和数据处理两个部分。在数据采集过程中,包括多种数据扫描方式,在获得一级或者二级高分辨数据时,可以使用质量亏损过滤、背景扣除将不需要的信息扣除,留下感兴趣的代谢物信息,接着用同位素分布过滤或提取离子流等手段对所需要的数据进行提取。对于反应性的代谢产物,则可以用中性丢失过滤进行寻找。

基于Orbitrap高分辨质谱的反应性代谢产物鉴定流程

  Q-Exactive可以胜任的代谢相关研究包括:

  1. 代谢稳定性筛选:高分辨质谱全扫描对代谢物进行同时定性和定量扫描分析;

  2. 药代动力学研究:对主要的循环代谢产物进行定量分析,并进行定性确证;

  3. 药物代谢物鉴定:“柔点”分析;

  4. 反应性代谢产物的筛查和鉴定;

  5. 复杂基质中痕量外源性代谢物的鉴定。

 

  实例——Q-Exactive对雷公藤甲素代谢物鉴定

  雷公藤是临床上治疗类风湿性关节炎的主要用药,但毒性很强,临床主要表现为肝肾毒性;雷公藤甲素是雷公藤的主要药理成分,研究雷公藤甲素的代谢物,特别是反应性代谢物,对将诶少雷公藤的肝肾毒性有重要意义。

  目前,雷公藤主要药理成分的代谢物研究物文献报道。雷公藤甲素代谢物研究的难点在于:在谱离子化效果不佳,响应强度不高。江铮工程师为大家介绍了在Q-Exactive平台上建立的研究流程,通过该流程一共检出78种代谢产物。

雷公藤甲素代谢物鉴定工作流程

  可见,Q-Exactive的同时定性定量、超高分辨率、高质量精度、高灵敏度极、提供丰富的化合物二级碎片信息的HCD高能碰撞池,以及适用于代谢物研究的多种扫描模式,足以让它在代谢物分析中大显身手。

  通过赛默飞世尔科技Q-Exactive的系列讲座,从食品安全到蛋白质组学,再到代谢物鉴定,展示了Q-Exactive的强大功能和广泛应用。或许,“这就是Q-Exactive称之为Q-Exactive的理由?”

  本次讲座更多详细信息,请点击下载视频:http://www.antpedia.com/corp/data-1240.html

  相关产品:Q-Exactive台式FT轨道阱质谱仪

 

Q & A

  网友:Q-Exactive和三重四极杆质谱在体内药代动力学定量分析上主要有哪些区别?

  江铮工程师:进行定量分析时主要还是会选择三重四极杆,Q1选择母离子,Q2中打碎,Q3选择子离子进行监测,这种SRM或者MRM的定量模式具有高选择性和高灵敏度的定量结果,缺点是需要标准品对质谱参数进行优化,只能对目标化合物定量,灵敏度和检测化合物的数量有关。高分辨定量采用的是全扫描的方式,不需要标准品对质谱参数优化,可以对代谢组分进行定量分析,全扫描模式即使同时定量上百种化合物也不会影响灵敏度。

  网友:对于新药的未知代谢物鉴定建议采用哪些扫描方式?

  江铮工程师:由于新药的代谢物基本都是未知的,首先数据采集要获取尽可能多的代谢物信息,建议先进行正负离子切换扫描,这是因为有些代谢物在正离子模式下信号比较好,另一些在负离子模式下信号比较好。正负切换可以获得最全面的数据。同时还可以进行数据关联的top3的二级碎片离子分析,可以帮我们对未知化合物进行筛查。一些反应性代谢产物可以采用中性丢失这类扫描方式,同时配合专业鉴定软件,多方位鉴定代谢物。

  网友:数据分析中,是否有谱库检索?是不是有类似GCMS那种谱库去检索数据分析?

  江铮工程师:GCMS是有一个标准谱库的,GCMS由于是标准的离子源,碎裂能量也是一样的,因此谱图有重现性。LCMS谱图的重现性比较差,目前没有一个标准的谱库,建议在我们自己实验室可以用我们自己的仪器和标准品建一个自己实验室的谱库。对于Thermo Fisher 来说,在实验室之间,用相同仪器的话,数据库是可以共享的,因为我们的谱图重现性是很好的。

  网友:如何进行质量校正?如何保持质量轴的精度?

  江铮工程师:非常好的问题。质量校正对于高分辨质谱是非常重要的,质量轴精度对于结果也非常重要。Q-Exactive使用外标法进行质量校正,用真空泵将标准液打入质谱中,软件自动就可以对质谱进行质量校正。基本上校正一次,一周内质量稳定性都会比较良好。

  质量轴稳定性和实验室的物理环境有很大关系,温度对Q-Exactive的质量稳定性影响并不是很大。这台仪器的质量校正非常简单,其次,它的质量轴稳定性也可以保持比较长的时间。这是由Orbitrap的原理以及硬件系统所决定的。

  网友:FDA认可用Q-Exactive做的数据么?

  江铮工程师:Q-Exactive是我们今年6月份在ASMS推出的产品,之前还有一款Orbitrap仪器叫Exactive,区别是少了一个四极杆,美国FDA主要用Exactive做食品、残留等的分析,如需要,可以联系zheng.jiang@thermofisher.com索取相关应用文章。

  网友:高分辨质谱和三重四极杆质谱在小分子定量方面,有什么优缺点?

  江铮工程师:小分子定量主要还是用三重四极杆的SRM或者MRM模式,对于有些高分辨质谱,他在质量轴的低端的灵敏度不是很好,我们的Orbitrap在整个质量轴的低质量端和高质量端,灵敏度都是可以兼顾的,因此,既可以做小分子样品,也可以做大分子样品。而且灵敏度可以达到中高端的四极杆达到的质量精度、准确度、重现性,这在我们的实验室都验证过。

  网友:相对离子阱质谱,Q-Exactive的高分辨是怎样实现的呢?

  江铮工程师:离子阱和高分辨质谱传统意义上都是定性能力比较强的质谱系统,离子阱基于化合物的多级质谱对某一个对化合物进行定性或结构确证,高分辨主要是通过精确质量数判断化合物的组成,从而对化合物进行定行。两者的区别在于原理不同,离子阱是单位分辨质谱,质量数只能精确到小数点后最多是一位。Orbitrap是采集精确质量数测定,可以精确到小数点后三到四位。原理不一样,定性的针对点也是不一样的。

  网友:正负切换的速度是多少?是否会有数据丢失?中性丢失在数据采集时是如何设定?

  江铮工程师:我们做过一个实验,单纯用正离子模式、负离子模式、正负离子切换的模式进行,对灵敏度的影响不是很大。

  Q-Exactive专门有一个设定中性丢失的模块,在软件上,把中性丢失模块拖动到软件中,然后输入中性丢失的质量数。在方法设置上也比较简单。

  网友:orbitrap和QTOF相比,有什么优势?

  江铮工程师:原理上完全不一样。原理的差别决定了性能的不同,Q-Exactive辨率优于QTOF,140,000,高端的TOF最高达到40,000左右。此外,Q-Exactive使用外标法校正,一次校正可以维持一周左右,TOF使用内标法质量精度比较好,如使用外标法,就需要定期进行质量校正,比较麻烦。做小分子,Orbitrap灵敏度优于QTOF。同时,Orbitrap可以实现正负切换,而有些TOF类质谱无法实现。

  网友:未知代谢物没有对照品,依据什么进行定量?

  江铮工程师:如果是要做绝对定量,还是要有对照品,获得标准曲线,但用高分辨定量不需要用标准品对质谱参数进行优化,而三重四极杆必须要优化母离子,优化碰撞能量等,如果做大量的,优化过程比较复杂。高分辨质谱采用全扫描,不需要进行参数优化。

 

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