여기 멀티 주입-모 세관에 따라 품질 관리와 향상 된 해상도 및 약물 남용 및 그들의 대사 산물의 대형 패널의 검출에 대 한 허용 하는 포괄적인 약물 감시 하는 높은 처리량 방법 설명 전기 이동 법 질량 분석입니다.
새로운 분석 방법 긴급 한 놀라운 opioid 처방전 약물 위기와 공중 보건에 주어진 높은 처리량, 아직 포괄적인 약물 검사 수 있도록 필요 합니다. 가스 크로마토그래피 탠덤 질량 분석 (GC-MS/MS) 다음 기존의 소변 마약 테스트 기반 2 계층 immunoassay 화면 또는 액체 크로마토그래피 탠덤 질량 분석 (LC-MS/MS) 메서드는 비싸고 바이어스 하는 경향이 있는 동안 학대 (DoA)의 알려진된 약물의 타겟된 패널에 제한 됩니다. 여기, 우리는 멀티 사출 모 세관 전기 이동 법 질량 분석 (MSI-CE-MS)를 사용할 때 해상도 DoA와 그들의 대사 산물의 확장 된 패널의 검출에 대 한 수 마약 감시에 대 한 개선된 방법 개요. 전체 스캔 데이터 수집을 사용 하 여 시간-의-비행 id에 대 한 긍정적인 이온 모드 감지에서 질량 분석기 (TOF-MS) 수와 함께에서 ce (< 3 분/샘플) 품질 관리와 함께 10 개의 소변 샘플의 분판 다중화와 위의 DoA의 정량화 커트 오프 수준을 권장합니다. 약물이 성체 및 분포, 배경 간섭 등의 우수한 해상도 어디에 정확한 샘플 세그먼트 사이 electrokinetic 스페이서와 MSI-CE-MS를 사용 하 여 달성 된다의 comigration 함께 질량/분자 수식 한 내부 표준 및 하나 검색 deuterated 일치 하거나 더 많은 바이오 변형 metabolites 넓은 탐지 창 DoA 식별을 용이 하 게 합니다. 또한, 소변 샘플은 복잡 한 샘플 검사 결과 없이 빠른 심사에 대 한 효소 deconjugation 하지 않고 직접 분석할 수 있습니다. MSI-CE-MS 수 있습니다 처방된 약물 준수 확인, 불법 마약 사용/대체, 공개 및 최적의 복용량 정권 평가 포함 하 여 위험이 높은 환자의 치료 모니터링에 필요한 DoA의 광범위 한 스펙트럼의 감시를 정밀 의학의 새로운 발전을 위해 필요에 따라.
오용 및 만성 통증 관리를 위한 opioids에 중독에 놀라운 증가 나타냅니다 70000 약물 과다 사망 20171에서 예상 하는 미국에와 공중 보건에 성장 위협을. 마찬가지로, 다른 다양 한 정신 약물 또한 널리 어린이 불안, 우울증, 그리고 정신 건강 문제2의 치료에 대 한 젊은 성인에 게 처방 됩니다. 그 결과, 소변 마약 검사 방법, 직장 및 법정 독물학, 널리 개발 포용 력 및 의존3,4경향이 있는 처방된 약물 치료 모니터링에 중요 한 중요성 이다. 이 잠재적인 대체, 불법 또는 nonprescribed 약물 오용 등을 공개 하면서 준수, 최적의 치료 효능과 환자 안전 보장 하기 위해 필요 합니다. 소변 약물 검사 사망에 대 한 2 계층 접근 방식에 의존 하는 현재는 초기 경쟁 immunoassay 화면 통해 이루어진 포인트의 케어 장치 또는 실험실 분석기, 뒤 확실 한 테스트를 큰 GC-MS/MS를 기반으로 그리고, 점점, LC-MS/MS5. 그러나, immunoassays는 경향이 편견, 항 체 약 바인딩할 nonspecifically 다양 한 약물 클래스는 신뢰할 수 있는 식별 및 특정 약물 또는 복잡 한 약물의 정량화 추정 화면-긍정적인 결과 생성 하 혼합물의6. 이러한 맥락에서 더 정확한 소변 약물 검사의 포괄적인 polydrug 화면7 디자이너 약물을 포함 하 여 엄청난 비용을 감안할 때 필요한 긴급 하 고 합성 소변 제품 기존의 것 들을 대상으로 분석 합니다.
함께 고해상도 MS (HRMS) 또는 orbitrap TOF 질량 분석기를 사용 하 여 높은 효율 분판 polypharmacy와 DoA8,9 패널 확장의 시대에 마약 감시를 위한 nontargeted 전략으로 제안 . 그러나, 기존의 LC 분판 느린 (> 15 분) 때문에 긴 차입 시간 해상도 대 한 화학적으로 다양 한 클래스의 DoA의 및 그들의 대사 산물을 사용 하 여 그라데이션 차입 프로그램, 정기 마약 검사에 대 한 샘플 처리량을 제한 하는. 또는 직접 분석 방법을 탈 착 이온화 (DESI)10 에 따라 하 고 레이저 다이오드 열 탈 착 (LDTD) 분리11없이 심사 빨리 마약에 대 한 허용. 그러나, 이러한 주변 이온화 방법 복잡 한 소변 표본, 따라서 독립적인 확인 테스트 요구를 분석할 때 isobaric/이성질체 방해 하는 경향이 있다.
우리 연구소는 최근 MSI-CE-MS12에 따라 고효율 분리의 해상도 데이터 충실도 유지 하면서 샘플 처리량 증가를 다중화 분리 플랫폼을 개발 했다. 새로운 데이터 워크플로 디자인 될 수 있다 MSI-CE-MS에서 볼륨 제한 biospecimens의 (즉, metabolomics) 프로 파일링 nontargeted 대사 산물에 대 한 품질 컨트롤 (QC) 대규모 인구에 필요한 일괄 수정에 대 한 허용 하는 반면 연구13. 이 경우에, 분판 단일 내에서 10 개 이상의 샘플의 직렬 주사 수 있는 기존의 칼 집 액체 인터페이스를 사용 하는 경우 정상 용 매 조건 하에서 발생 하는 용 질 이온화와 isocratic 버퍼를 사용 하 여 수행 됩니다. DoA와 그들의 대사 산물14의 다양 한 클래스의 급속 한 아직 선택적 심사에 대 한 실행 합니다. 이 연구의 초점은 더 MSI-CE-MS 효소 가수분해15에 대 한 필요성을 피할 수 “희석-와-쏴” 방법을 사용 하 여 임상 우울증 환자의 대표적인 일대에서 본격적인 소변 샘플의 직접 분석에 대 한 유효성을 검사 하. 또한, MSI-CE-MS16 직렬 샘플 플러그 사이 electrokinetic 스페이서의 구현 더 다양 한 약물이 성체/분포의 해상도 개선, 요도 방해 배경 수행 및 크로스-간섭 DoA의 대형 패널을 검사 하는 경우. 내부 표준 deuterated 일치를 사용 하는 경우 소변 표본에서 DoA의 절대 정량화 (d-는) MSI-CE-MS를 사용 하 여 때 설명 된다. 이 방법은 또한 화면-긍정적인 경우에 권장 약물 패널 혼합물에 비교 될 때의 올바른 샘플 위치 추론 뿐만 아니라 마약 식별 용이 하 게 심사 마감 수준 내에서 내부 참조/QC도 작동 같은 실행 합니다.
기존의 크로마 분판은 일반적으로 복잡 한 약 혼합물 및 열 가공을 해결 하기 위한 그라데이션 차입 뒤 다음 실행 당 단일 샘플 주입에 의존 합니다. 이러한 요구 사항을 근본적으로 제한 샘플 처리량 및 듀티 사이클 최적의 열 전환 프로그램을 사용 하는 경우에. 이러한 맥락에서 직장, 독성, 또는 GC-MS/MS와 LC-MS/MS 점점, 치료 모니터링 응용 프로그램에 대 한 높은 볼륨 소변 약물 분석은 이렇게 병렬로 수행 하지만 두 번째 계층으로 우선적으로 사용 또는 확정 때 테스트 (즉, 법적 또는 의료 컨텍스트) 필요. 이것은 데이터 분석 합병증 뿐 아니라 훨씬 더 높은 자본 투자 및 운영 비용, 공인된 실험실 내에서 여러 수단이 플랫폼 분석 샘플을 비교 했을 때. 결과적으로 immunoassays는 여전히 경향이 가양성 및 false 네거티브 많은 마약 클래스 중 신흥 디자이너 약물에 대 한 항 체 시 약에 제한 된 액세스로 임에도 불구 하 고 일상적인 마약 검사에 대 한 기본 방법 남아 있다. 이전 연구는 MSI-CE-MS에 따라 멀티플렉스 분판 한 크기 순서까지 샘플 처리량을 향상 시키기 위해 간단한 솔루션을 제공을 증명 하고있다. 또한,이 방법은 높은 데이터 충실도 효과적인 일괄 수정 및 품질 관리12,,1314의 구현에 따라 바이오 마커 발견에 대 한 새로운 데이터 워크플로 디자인에 대 한 수 있습니다. 그러나, 10 또는 더 연속 유체역학 주사 MSI-CE-MS에 도입 효율 분판, DoA에 그들의 대사 산물을 분석 하는 경우 선택도 손상 될 수 있는 유지 하는 데 필요한 효과적인 모 세관 길이 단축 인간의 소변
분리를 사용할 때 중요 한 약물 분포/이 성체의 해상도 향상 전체 모 세관 길이 (120 cm), 활용 되도록 각 유체역학 샘플 주입 다음 BGE의 electrokinetic 주사 여기, 도입 전체 검색 TOF-MS (그림 1A)에 의해 데이터 수집 합니다. 최근 보고서14의 경우에 비해 더 나은 해상도 큰 마약 패널 심사 때이 매우 중요 몇 가지 중요 한 isobaric/이성질체 DoA와 그들의 대사 산물에 대 한 달성 된다. 예를 들어, 몇 가지 중요 한 구조/기능 그룹이 성체의 해상도 실현 되었다, 3 개의 유사한 opioid 약물/대사 산물 (그림 1B), 두 메 담 페타 민, 2 개의 비관련된 opioid 분포 (그림 1C), 등 위치이 성체 (그림 1D) 모든 경우에 동일한 실행 내에서 서로 다른 calibrant 솔루션의 직렬 주입에서 샘플 이성 부정적인 소변 제어/빈에 의해 확인으로 중요 하지 않습니다. 또한, 향상 된 해상도 또한 특정 d-ISs cotinine d3 및 3, 4-methylenedioxyamphetamine (MDA), EDDP d3 등 imipramine, 패널 isobaric 약물과 관련 된 여러 간 간섭에 대 한 실현은 norfentanyl d5 및 케 타 민, 코데인-d6 및 설트랄린, 코카인-d3 그리고 졸 피 뎀. 이 결과 주요 배경 요도 방해 뿐만 아니라 다른 isobaric 방해 패널 내에서 약물이 연구 (예를 들어, noroxycodone/oxymorphone, normeperidine/methylphenidate), 더 나은 해결 확장 (예: , 소스 조각 암페타민과 크의 이온)14. 실제로, 특정 DoA의 putative 식별을 위해 두 개의 직교 매개 변수에 대 한 액세스가 거짓인 isobaric 간섭, 즉 정확한 인해 대량 d-ISs와 comigration와 결합을 줄이기 위한 중요 합니다. 또한, 하나 이상의 biotransformed 대사 산물 부모 약 hydroxylated, demethylated, 또는 그대로 glucuronide 마약 등 동일한 샘플 내에서 검색 conjugate(s), 창 확대 하면서 마약 식별으로 자신감을 더 추가 대 한 검색.
소변 약물 검사에 대 한 권장된 마감 레벨에서 지침에 따라 방법을 바이어스를 줄이기 위해 그들의 약 동학, 독성, 그리고 배경 간섭에 따라 (1000 ng/mL에서 50까지) DoA의 다른 클래스에 대 한 광범위 하 게 다 약물 남용 및 정신 건강 서비스 행정 (SAMHSA)14. MSI-CE-MS를 감지 하 여 최소한의 샘플 전처리와 소변에 직접 DoA의 다양 한 클래스를 식별에 대 한 잠재적인 알려진된 처방 기록 임상 우울증된 환자 그룹에 적용 되었습니다. 메타 돈 (처방), 암페타민 (nonprescribed/불법), 벤라팍신 (처방), 희석, 아직 nonhydrolyzed, 소변 샘플에 (처방) pregabalin의 확실 한 식별 MSI-CE-MS를 사용 하 여 때 시연 했다. 이 권장에서 첫 번째 샘플 위치에 84-약물 혼합 한 특정 주입 위치에서 검색 된 약물의 직접적인 비교에 근거 했다 심사는 내부 참조/QC 및 긍정적인 통제로 인하 수준 (그림 2)입니다. 또한, 절대 마약 정량화 때 가능한의 d 기준으로 약물에 대 한 측정 이온 응답 비율에 따라 외부 보정 곡선 (그림 3)를 사용 하 여-이다. 가장 컬럼에 분판, 달리는 마이그레이션 시간 차이 d에 영향을 미치는 중수소 효과가 없습니다-은 및 그것의 nondeuterated 약물 때문에 유사한 전기 이동 mobilities ce에서 무료 솔루션 보유. 실제로, DoA의 마이그레이션 동작 정확 하 게 ce, 즉 분자 볼륨 및 효과적인 충전 (pK는는)14그들의 기본적인 물리 화학적 속성/화학 구조에 따라 모델링 됩니다. 때문에 많은 약물도 심사 마감 레벨 조정으로 그들의 측정된 농도 보다 낮은 예상에 비해 필요 (예를 들어, 모 르 핀 glucuronide), 소변에서 배설 하기 전에 중요 한 이차 대사를 받 다 총 약물 검출을 위한 효소 가수분해를 활용 하는 방법. “희석-와-쏴” 소변 약물 테스트, 비용/시간, 샘플 처리, 그리고 잠재적인 편견 또는 일괄 유사 때문에 불완전 한 효소 가수분해를 줄이는 외의 주요 혜택은 그 추정 화면-긍정적인 경우 추가 확인은 동일한 샘플 내에서 하나 이상의 관련된 약물 metabolites의 탐지. 이것 또한 제공 한다 마약에 대 한 깊은 통찰력 개별 환자에 대 한 약 동학 및 최적 복용량 요구를 “빠른” metabolizers 또는 짧은 반감기와 처방/불법 마약에 대 한 검색을 개선 하는 동안. 또한, comigration는 일치와 d-MSI-CE-MS를 사용 하 여 때 상영 하는 신뢰할 수 있는 약물에 대 한 재생 두 가지 중요 한 기능입니다-즉, 이온의 차이 또한 수정 하는 동안 (즉, 환자 #) 정확한 샘플 주입 위치 식별 향상 된 정밀도 정확도 대 한 응답/주입 양.
미래 작동 다중화 분판 HRMS 대량 소변 마약 QC/QA 테스트에 필요한 결합의 자동화 된 데이터 처리를 촉진 하기 위하여 사용자 지정 된 소프트웨어 도구를 개발 하는 것을 목표로 합니다. DoA의 넓 스펙트럼 심사에 대 한 MSI-CE-MS의 엄격한 유효성 검사는 또한 조사 위험이 높은 환자의 큰 동료 중 처방된 약 준수 및 잠재적인 오용/대체 손상 시킬 수 있는 객관적으로 평가 하기 위해 치료 효능, 환자 안전, 및 정신 평가/진단 또한 천연/합성 cannabinoids의 포괄적인 검사에 대 한 부정적인 이온 모드 감지 필요에 따라 알칼리 성 조건 하에서 산 성/음이온의 클래스 DoA와 그들의 대사 산물의 상호 보완적인 분석 MSI-CE-MS에 의해 수행 됩니다. 이것은 중요 한 캐나다와 미국의 여러 레크리에이션 마리화나의 합법화의 어렴 풋 한 공중 위생 의미를 주어진입니다. TOF-MS에 의해 전체 스캔 데이터 수집의 중요 한 이점은 이다 소변 표본은 더 이상 후속 테스트에 사용할 수 있는 반면 다른 생활 또는 식이 노출 더 잘 평가 될 수 있다 경우에 샘플의 회고전 분석 수행할 수 없습니다. 약물 치료에 대 한 차동 응답 이해. 요약 하자면, MSI-CE-MS에 의해 급속 한 아직 정확한 약물 감시 방법 방법을 제공 합니다 직접 주입/주변 뿐만 아니라 기존의 타겟된 immunoassays 상당한 이점을 이온화-MS/MS 확인할 때 방해/바이어스 하는 경향이 있는 DoA와 증분 비용에서 복잡 한 생물 학적 샘플에서 그들의 대사 산물의 확장 된 패널.
The authors have nothing to disclose.
P.B.M. 혁신, 게놈 캐나다 맥 매스 터 대학에서 자연과학 및 공학 연구 위원회 캐나다, 캐나다 재단 지원 자금 인정을 바란다. 저자 그들의 통찰력이 토론 Seroclinix 공사에서 하 워드 리와 애질런트 기술에서 마커 스 김 박사 감사. 또한, 저자가이 연구에 사용 된 deidentified 환자 소변 샘플에 정신과의 부 및 맥 매스 터 대학에서 행동 과학 및 액세스에 대 한 세인트 조셉의 병원 기분 장애 클리닉에서 박사 자 Samaan 인정 .
7100 Capillary Electrophoresis System | Agilent Technologies Inc. | G7100A | CE instrument used for separation of drug mixtures, desalting and anotation |
6230 Series Time-of-Flight Mass Spectrometer | Agilent Technologies Inc. | G6230B | HRMS mass analyzer used for drug detection and anotation |
CE-ESI-MS Sprayer Kit | Agilent Technologies Inc. | G1603A | CE/MS coaxial sheath liquid interface and capillary casette |
1260 Infinity Isocratic Pump and Degasser | Agilent Technologies Inc. | G1310B | Isocratic pump to deliver sheath liquid/mass calibrant |
MassHunter Workstation Data Acquisition Software (B.06.01) | Agilent Technologies Inc. | — | Software used for control of CE-MS system |
MassHunter Qualitative Analysis Software (B.06.01) | Agilent Technologies Inc. | — | Software used for processing of CE-MS data |
Shortix Capillary Cutter | Agilent Technologies Inc. | 5813-4620 | Cutting tool with diamond blade used to cut capillaries |
Capillary Window Maker | Microsolv Inc. | 07200-S | Burner with 7 mm window size to remove polyimide coating from CE capillary |
Flexible Fused-silica Capillary Tubing | Polymicro Technologies Inc. | TSP05375 | Standard polyimide coated fused-silica capillary for CE separation (50 micron ID; 360 micron OD) |
Drug standards, deuterated internal standards, synthetic urine matrix (SURINE) | Cerilliant Inc. | Miscellaneous | Certified drugs of abuse reference standards (86 drug panel) with 48 deuterated internal standards and negative urine control (Surine) |