Metabolomics 및 Biomarker Discovery 용 도구로 Chromatography

Chromatography의 원칙

크로마토그래피는 역동적 인 단계와 모바일 위상 사이의 차별 분포를 기반으로 분자를 분리합니다. 역동적 인 단계는 고체 또는 액체가 고체 지원에 코팅 될 수 있으며 모바일 단계는 시스템을 통해 샘플을 운반하는 액체 또는 가스입니다. 화합물은 역동적 인 단계와 상호 작용 흡착, partitioning, [LT:][FLT:]], [[FLT:]]], ], [FLT:]], [FLT:]], ], [FLT:]], ]], ], ], [FLT:], , , [FLT:], [FLT:], , ]], , ]], [FLT:[FLT:[FLT:[F

여러 매개 변수의 영향 분리 효율 : column 치수], particle size, flow rate], ]mobile phase Components. 현대 악기 사용 고압을 통해 빠르고 효율적인 분리를 달성합니다. 예를 들어, 초고 고성능 액체를 유지하면서 높은 압력 (UHPLC)는 높은 압력으로 15,000배를 절감합니다.

Metabolomics에 대한 주요 Chromatography 기술

가스 크로마토그래피 (GC)

GC는 volatile과 ]열리적 안정 metabolites에 이상적입니다. 샘플은 액체 정지 단계로 코팅된 열을 통해 전달되며, inert gas(e.g., helium)을 모바일 위상으로 전달합니다. Derivatization는 종종 극한 대사 산물 휘발성 물질을 만들기 위해 필요합니다. 일반적인 시약은 GC-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-

액체 크로마토그래피 (LC)

LC는 비 휘발성과 ] 열적 가성 화합물을 처리한다. 많은 대사학 연구 사용 반전 단계 (RP) LC]는 중대하게 극성 분자에 대한 C18 열을 가진 C18 열을 가진, 또는 hydrophilLT:7] 의 화학적 반응을 감소시키기 위한 것이다 (초경량):2FLT:7]

모세관 전기 이동법 (CE)

CE는 전기 분야에서 좁은 모세관에 전기 이동성 이동성]를 기반으로 이온을 분리합니다. 특히 highly polar 및 ] 충전 된 메타볼라이트, 핵산 및 인산과 같은 에 효과적입니다. CE-MS는 일반적으로 사용 가능한 물질의 낮은 소비에 대해 매우 적습니다.

Mass Spectrometry와 Chromatography 통합

Hyphenated 기법 – GC-MS, LC-MS, CE-MS – 메타볼로믹스의 백본입니다. 크롬 디퓨저 분리는 이온 억제를 줄이고, 화합물을 개별적으로 분석할 수 있는 질량 분광계를 허용합니다. High-resolution mass spectrometry (HRMS)(예: Q-TOF, Orbitrap)는 confidententbLT[FLT:]]](FLT:3)[FLT:]][FLT:]][FLT:]][FLT:]]][FLT:]]]

Metabolomics 작업 흐름

샘플 준비

Proper 샘플 준비는 중요합니다. Metabolites는 빠르게 진행되므로 물질 대사는 quenched] 즉시 (예를들면, 추운 메탄올)이어야 합니다. Extraction]] biphasic 액체 액체 액체 액체 액체 액체 액체 액체 액체 액체 액체 액체 액체 추출 (예를들면, 메탄올/클로폼/물) 별도의 극 및 비극 분열량. ]:]]]:]]:]]]:]]]]]]:]]]:[FLT:[FLT:[FLT:]]]]:[FLT:[FLT:[FLT:[FLT:[FLT:[FLT:[FLT:]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]:[

분리 및 탐지

크롬 방사선 조사는 관심을의 대사 산물 종류에 따라 낙관됩니다. 예를 들어, 물 / 아세토니트릴과 0.1% 산 한 벌의 기온이 풍부한 C18 열을 위해 대부분의 지질학. HILIC 란은 극한 대사 산물에 대한 높은 유기 내용 이동할 수 있는 단계를 사용합니다. 열 온도, 흐름율 및 주입량은 최고봉 수용량 및 재현성을 확대하기 위하여 조정됩니다.

Data 처리

의 분석은 의약적인 분석과 분석에 대한 분석과 분석의 분석과 분석에 대한 분석과 분석의 분석과 분석에 대한 분석과 분석의 분석과 분석에 대한 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석에 대한 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석과 분석의 분석의 분석과 분석의 분석에 대한 분석의 통합을 제공합니다.

Metabolomics 접근법

Metabolomics를 제거

Untargeted metabolomics는 이전 지식 없이 가능한 많은 metabolites로 검출하는 것을 목표로 합니다. Global profiling]는 대사 perturbations에 관하여 hypotheses를 생성합니다. Chromatography는 이용된 넓은 다수 란이어야 합니다. 예를 들면, 이중 column 접근 (RP-LC와 HILIC)는 극소화와 nonpolar 화합물을 포함합니다. Untargeted 자료는 반 양이 정량적이고 및 유효성 검사를 요구됩니다.

타겟팅된 Metabolomics

표적 대사 산물은 대사 산물의 전형적으로 놓인, 수시로 생물가의 정량화에 집중합니다. 안정되어 있는 isotope 상표가 붙은 내부 기준는 절대적인 quantification를 허용합니다. 3배 quadrupole 계기에 MRM는 높은 감도 및 특이성을 제공합니다. 착색인쇄기는 표적 화합물을 위해 낙관되고, 수시로 더 짧은 뛰기 높은 처리량을 위해 시간.

Biomarker Discovery의 Chromatography 역할

디스커버리 단계

생물지식 발견에서는, 색도계는 질병과 관련한 대사 산물을 계시하기 위하여 복잡한 생물학 액체 (플라스마, 소변, 조직 추출물)를 분리합니다. 예를 들면, 는 사슬 아미노산 (BCAAs) 는 LC-MS를 사용하여 인슐린 저항의 이른 감적으로 확인되었습니다. 표제 학문은 응고를 비교하고, 후보의 수백은 몇몇 통계적인 여과기를 통해서 감소됩니다.

유효성 검사

Promising biomarkers는 더 큰 독립적 인 코호트에서 검증되어야합니다. Chromatography는 ]reproducibility]을 유효성 검사에 필요한 제공합니다. 유지 시간 안정성과 대량 정확도는 일관된 식별을 보장합니다. ]Method validation]는 선형성, 검출, 정밀도 및 정확성의 한계를 평가합니다. 검증 된 분석실험은 임상 번역 전에 필수 임상입니다.

임상 번역

임상 진단에 대한 연구의 전환은 강력한, 높은 처리량 방법을 필요로합니다. ]homocysteine] (LC-MS/MS) 및 vitamin D metabolites (LC-MS)는 임상 실험실에서 이미 사용됩니다. 자동화 (예 :, 온라인 SPE는 LC-MS를 통해 LC-MS를 처리하는 수동으로 증가합니다.

질병 Biomarkers의 사례 연구

암 Metabolomics

암 세포는 변화 물질 대사 – Warburg effect] (대변성 글리콜로)를 전시합니다. Chromatography는 높은 lactate, 변화된 TCA 주기 중간물의 발견을 가능하게 하고, 핵 물질 대사에 있는 변화. 예를 들면, ] 2-hydroxyglutarate는 IDH-mutant gliomas에 있는 oncometabolite, GMS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-MS-

당뇨병 및 대사 증후군

Metabolic 증후군은 지질, 아미노산 및 포도당의 과도한 규칙을 포함합니다. Chromatography 학문은 BCAAs, aromatic 아미노산 ] (tyrosine, phenylalanine), 및 acylnitcarines]의 유형 2개의 유형의 예측으로, 물질 대사는 지금 확성에 있는 이성에 있는 큰 저항에 있는 이성에 있는 이성에 있는 확성에 있는 이성에 있는 많은 저항이 있습니다.

신경절제 질환

Alzheimer의, Parkinson의, 그리고 ALS는 뇌와 주변에서 대사 역기능을 포함한다. Lipidomics LC-MS를 사용하여 LC-MS를 사용하여 변화는 뇌와 뇌의 뇌질 및 sterols에 대한 변화가 밝혀졌습니다. Polyamine level (spermidine, putrescine)는 Alzheimer의 상징적 인 접근법에 의해 식별됩니다.

도전과 솔루션

Matrix 효과와 이온 억제

코에 묽게함 화합물은 MS에 있는 이온화를 억제할 수 있습니다. 더 나은 색층 분석 해결책 는 co-elution를 감소시킵니다. isotope 상표가 붙은 내부 기준 ]를 사용하여 모체 효력을 보상합니다. 2차원 색층 염색 (LC×LC) 또는 오프라인 분수는 표본을 더 청소할 수 있습니다.

데이터 재현성

Inter-lab variability는 장애물을 유지한다. Standardized protocol], 품질 관리 샘플 및 cross-laboratory studies] (e.g., NIST SRM 1950 사용) 재현성을 향상. alkylamines 또는 다른 데이터가 캘리브레이션에 따라 측정하는 시간을 감소시킨다.

대형 연구

인구 수준 대사학은 수천 개의 샘플을 처리해야합니다. [[FLT :0]]]자동 샘플 준비[FLT :1]] (로보틱) 및 [[FLT :2]]U(H)PLC 짧은 열[[FLT :3]] (예 : 5 분 그리스) 높은 처리량을 가능하게합니다. [[FLT :4]]Batch Correction[FLT : 5]] 알고리즘 (예 : g., QC 기반) 긴 보정을 통해 긴 보정을 통해.

미래 전망

높은 해상도 분리

열 기술 (예 :, [[FLT :0]]sub-2 μm 코어 쉘 입자[[FLT :1]]) 및 [FLT :2]]ion 이동성 분광법[FLT :3]] (IMS)은 충돌 교차 구간에 따라 분리의 크기를 추가합니다. [[FLT :4]]LC-IMS-MS[FLT : 5]은 가중치 및 증가 피크 용량을 해결할 수 있습니다. [LT : 6] (C) : 2 차원 (GC) : 6 차원 (GC) : 6 차원 (GC) : 2 차원 (GC) : 6 차원 (GC)

자동화 및 최소화

Microfluidic 장치 및 digital microfluidics]는 온칩 샘플 준비 및 분리를 위해 개발되고 있습니다. 자동화된 online SPE-LC-MS] 체계는 수동 단계, 재현성을 증가시킵니다. 이 기술은 임상 실험실에 더 접근할 수 있는 염색체를 만들 것입니다.

Machine Learning과 통합

기계 학습 알고리즘은 보존 시간, MS / MS spectra의 메타 비석 표기에 대한 원조를 예측하고 대형 데이터셋에 패턴을 식별합니다. 대량 스펙트럼 정보를 가진 크로마토그래피 보존 데이터를 결합하면 생체 인식에 대한 신뢰를 향상시킵니다. [[FLT :0]]Deep Learning[FLT :1]] 모델은 최적의 분리 조건을 제안할 수 있습니다.