Intégration de l'extraction de phase solide miniaturisée et détection de la LC-MS / MS de la 3-nitrotyrosine dans l'urine humaine pour les applications cliniques
Summary
Une méthode de spectrométrie de masse en tandem en masse (LC-MS / MS) sélective et sensible couplée à une extraction efficace en phase solide sur une microplaque à 96 puits d'échange de cations (MCX) à mode mixte a été développée pour la mesure de la 3-nitrotyrosine libre ( 3-NT) dans l'urine humaine à haut débit, ce qui convient aux applications cliniques.
Abstract
La 3-nitrotyrosine gratuite (3-NT) a été largement utilisée comme biomarqueur possible pour le stress oxydatif. Des niveaux accrus de 3-NT ont été rapportés dans une grande variété de pathologies. Cependant, les méthodes existantes ne présentent pas suffisamment de sensibilité et / ou de spécificité nécessaire pour mesurer le faible niveau endogène de 3-NT de manière fiable et sont trop lourdes pour les applications cliniques. Par conséquent, une amélioration analytique est nécessaire de manière urgente pour quantifier avec précision les niveaux de 3-NT et vérifier le rôle du 3-NT dans les pathologies. Ce protocole présente le développement d'une nouvelle détection par spectrométrie de masse en tandem (LC-MS / MS) en chromatographie en phase liquide associée à une extraction miniaturisée en phase solide (SPE) pour la mesure rapide et précise de 3-NT dans l'urine humaine en tant que biomarqueur non invasif Pour le stress oxydatif. SPE à l'aide d'une plaque à 96 puits a nettement simplifié le processus en combinant le nettoyage des échantillons et l'enrichissement de l'analyte sans dégradation fastidieuse et les étapes d'évaporation, Réduisant la consommation de solvants, l'élimination des déchets, le risque de contamination et le temps de traitement global. L'emploi d'acétate d'ammonium 25 mM (NH 4 OAc) à pH 9 lorsque la solution d'élution SPE a considérablement amélioré la sélectivité. La réponse du signal de spectrométrie de masse a été améliorée grâce au réglage des transitions de surveillance de réaction multiple (MRM). L'utilisation de 0,01% de HCOOH comme additif sur une colonne de pentafluorophényle (PFP) (150 mm x 2,1 mm, 3 μm) a amélioré la réponse du signal d'autre 2,5 fois et a raccourci le temps de fonctionnement global à 7 min. Une limite de quantification inférieure (LLOQ) de 10 pg / mL (0,044 nM) a été obtenue, ce qui représente une amélioration significative de la sensibilité par rapport aux dosages rapportés. Cette méthode simplifiée, rapide, sélective et sensible permet de traiter deux plaques d'échantillons d'urine (n = 192) dans une période de 24 heures. Compte tenu de la performance analytique nettement améliorée et de l'échantillonnage d'urine non invasif et peu coûteux, l'analyse proposée est bénéfique pour les études précliniques et cliniquesétudes.
Introduction
Les effets du stress oxydatif sur la présentation clinique ont été poussés au premier plan ces dernières années 1 . L'un des biomarqueurs à explorer est la 3-nitrotyrosine (3-NT), un produit final stable formé lorsque des espèces réactives d'azote (RNS) interagissent avec la tyrosine, un précurseur de neurotransmetteur de catécholamine. Alors que 3-NT peut avoir une valeur clinique comme biomarqueur pour RNS in vivo, les changements substantiels des propriétés et des fonctions de la tyrosine peuvent affecter négativement les protéines correspondantes et les fonctions cellulaires 1 , 2 . Des recherches émergentes ont suggéré que le 3-NT peut jouer un rôle important dans les conditions inflammatoires 3 , les troubles neurodégénératifs 4 , 5 , les maladies cardiovasculaires 6 et le diabète 7 , ainsi que les conditions liées au stress oxydatif. Cependant, ces obseLes retombées sont basées sur les résultats de méthodologies dépourvues de sensibilité et / ou de sélectivité 8 , 9 , 10 , 11 . Les énormes plages de concentration de 3-NT pour les échantillons biologiques précédemment rapportés dans la littérature révèlent que des problèmes d'analyse sérieux sont associés à ces tests et que des améliorations techniques sont nécessaires pour quantifier avec précision les niveaux de 3-NT et vérifier son rôle dans la pathologie de ces conditions .
La quantification de 3-NT libre dans les matrices biologiques présente un défi spécial pour l'homme et l'instrument 8 , 9 , 10 , 11 . Tout d'abord, le niveau de traces du 3-NT endogène exige une détection ultra-sensible; Deuxièmement, l'existence de nombreux analogues structurellement similaires, en particulier la tyrosine, qui est présente dansVaste excès, nécessite un degré élevé de sélectivité; Troisièmement, la formation artefactuelle de 3-NT par nitration de tyrosine avec nitrate et nitrite omniprésent nécessite une attention particulière lors de la préparation de l'échantillon afin d'éviter une fausse surestimation de 3-NT.
Parmi une grande variété de méthodologies utilisées pour mesurer 3-NT, la MS / MS a été considérée comme la méthode de l'étalon-or en raison de sa sensibilité et de sa sélectivité supérieures 11 , 12 , 13 , 14 . La MS / MS couplée à la chromatographie en phase gazeuse (GC) offre la meilleure sensibilité, cependant, les étapes indispensables de dérivatisation de l'échantillon sont trop fastidieuses et nécessitent beaucoup de temps pour être efficaces pour l'utilité clinique 15 , 16 . LC-MS / MS n'exige pas une dérivation complexe de l'échantillon, ce qui en fait l'option la plus prometteuse. Néanmoins, il existe plusieurs obstacles à surmonter tels que le seLa sensibilité aux méthodes de LC-MS / MS rapportées dans la littérature doit être améliorée pour la mesure de 3-NT 7 , 17 , 18 à faible abondance et le temps de retournement relativement long doit être raccourci pour les applications à haut débit 12 , 13 , 17 , 19 .
En outre, en considérant les applications cliniques, la matrice biologique utilisée joue un rôle important. Il devrait être facile et peu coûteux d'obtenir et non invasif si possible 20 , 21 , 22 . Le plasma, l'échantillon traditionnellement utilisé dans la littérature, n'est pas une matrice cliniquement souhaitable, donc une méthodologie utilisant une urine non invasive et rentable a été recherchée.
Plusieurs tentatives de développement relDes méthodologies LC-MS / MS spécifiques et spécifiques ont été faites en utilisant l'urine 9 , 10 , 11 . Cependant, ils sont tous dépourvus d'être sélectifs, fiables ou efficaces pour une utilisation clinique. L'efficacité de la SPE prédominante à l'aide d'une cartouche traditionnelle en phase inversée (type C18) en tant que nettoyage d'échantillon pour l'analyse 3-NT a été mise en doute et une SPE séquentielle d'échange de cations (SCX) et de phase inverse C18-OH a été proposée 6 , 7 , 19 . Une méthode de LC-MS / MS récemment développée a utilisé un processus de purification multi-étapes de C18 SPE manuelle, chromatographie liquide à haute pression préparative (HPLC) et SPE en ligne pour l'analyse de 3-NT 23 . Bien que cette méthode soit assez sensible à des fins cliniques, avec un LLOQ de 0,041 nM, le processus de nettoyage était intensif et fastidieux et requiRouge 3 mL d'urine, ce qui limite sa faisabilité à un débit élevé. Un polymère à empreinte moléculaire a été utilisé comme sorbant de SPE pour améliorer l'efficacité du processus de nettoyage 14 , mais le LLOQ (0,7 μg / mL) résultant n'était pas assez faible pour les spécimens cliniques. Une autre méthode requiert une LC-MS / MS bidimensionnelle (2D) et une chromatographie par immunoaffinage pour le nettoyage de l'échantillon afin d'atteindre une limite de détection (LOD) de 0,022 nM 24 . Bien que toutes ces méthodes aient fait des progrès dans l'évaluation de 3-NT, aucune n'a atteint la sensibilité, la fiabilité et l'efficacité nécessaires aux applications cliniques.
Afin d'étudier la pathologie du 3-NT libre et son rôle de biomarqueur du stress oxydatif dans les milieux cliniques, nous avons développé une méthodologie simple, efficace, précise et précise permettant des applications cliniques à haut débit 25 . Une excitation de mode mixte miniaturisé excLa microplaque d'extraction à 96 puits (MCX) a été mise en place pour réaliser un nettoyage et un enrichissement simple et efficace de l'échantillon de 3-NT dans une seule extraction en contournant les inconvénients observés dans les méthodes existantes qui nécessitent une dérivation, une évaporation et une 2D-LC. La Chromatographie liquide avec 0,02% de HCOOH en tant qu'additif en phase mobile offrait une réponse de signal améliorée avec un temps de cycle rapide. La sélectivité a été améliorée par l'application d'une solution d'élution NH 4 OAc légère pour l'élution sélective de 3-NT et l'utilisation de la transition MRM à la fois pour 3-NT et l'étalon interne (IS). L'effet de la matrice a été compensé en utilisant une quantité réduite d'un isotope préféré 13 marqué C-IS pour la quantification. Avec l'avènement de cette méthodologie, les chercheurs et les cliniciens pourront vérifier le rôle du 3-NT dans les conditions cliniques et explorer davantage l'impact du stress oxydatif.
Protocol
Representative Results
Discussion
Des variations substantielles des concentrations précédemment rapportées dans la littérature pour le 3-NT endogène libre dans les échantillons d'urine humaine révèlent des problèmes méthodologiques associés aux dosages disponibles 8 , 9 , 10 , 11 . La détermination précise du faible niveau basal de 3-NT dans l'urine humaine reste une tâche difficile qui nécessite des pr?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs reconnaissaient Scott Howard et Abigail Marinack pour le soutien général et la coordination de ce travail.
Materials
| 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 | |
| 2mL 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 32mm screw neck vial | Waters | 600000751CV | |
| LCGC certified 12 x 32mm 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 |
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