Cromatografía semidirigida de ultra alto rendimiento acoplada al análisis de espectrometría de masas de metabolitos fenólicos en plasma de adultos mayores
Summary
El objetivo de este protocolo es detectar metabolitos fenólicos en plasma utilizando un método de cromatografía semi-dirigida-espectrometría de masas.
Abstract
Un grupo de 23 ancianos recibió comidas funcionales (una bebida y un muffin) especialmente formuladas para la prevención de la sarcopenia (pérdida de masa muscular relacionada con la edad). Se tomaron muestras de plasma al inicio de la intervención y después de 30 días de consumir las comidas funcionales. Se llevó a cabo una cromatografía semi-dirigida de ultra alto rendimiento junto con un análisis de masa en tándem (UPLC-MS/MS) para identificar compuestos fenólicos y sus metabolitos. Las proteínas plasmáticas se precipitaron con etanol y las muestras se concentraron y resuspendieron en la fase móvil (acetonitrilo 1:1: agua) antes de la inyección en el instrumento UPLC-MS/MS. La separación se llevó a cabo con una columna de fase inversa C18 , y los compuestos se identificaron utilizando su masa experimental, distribución isotópica y patrón de fragmentos. Los compuestos de interés se compararon con los de los bancos de datos y la biblioteca interna semi-dirigida. Los resultados preliminares mostraron que los principales metabolitos identificados después de la intervención fueron ácido fenilacético, glicitina, ácido 3-hidroxifenilvalérico y gomisina M2.
Introduction
La sarcopenia es un trastorno esquelético progresivo relacionado con una pérdida acelerada de músculo en la población de edad avanzada. Esta condición aumenta el riesgo de caídas y conduce a actividades limitadas de la vida diaria. La sarcopenia está presente en aproximadamente el 5%-10% de las personas mayores de 65 años y alrededor del 50% de las personas de 80 años o más1. No se han aprobado fármacos específicos para el tratamiento de la sarcopenia, por lo que la prevención con actividad física y una dieta equilibrada es importante1,2. Las intervenciones nutricionales con alimentos especialmente formulados enriquecidos con proteína láctea y aminoácidos esenciales han mostrado resultados positivos en la prevención de la sarcopenia2. En otros estudios, los autores han incluido vitaminas y antioxidantes, como la vitamina E y las isoflavonas, en la dieta, aumentando los beneficios para la ganancia muscular en la cintura y las caderas3.
Brosimum alicastrum Sw. (Ramón) es un árbol que crece en las regiones tropicales mexicanas; ha sido consumido por los cultivos mayas debido a su alto valor nutricional4. Es una buena fuente de proteínas, fibra, minerales y antioxidantes fenólicos, como el ácido clorogénico5. Dado que puede ser molido en polvo y utilizado en productos de panadería o consumido en bebidas, estudios recientes han evaluado la incorporación de harina de semilla de Ramón (RSF) en diferentes alimentos para mejorar su valor nutricional. Se formuló una bebida con sabor a capuchino suplementada con RSF, que era alta en fibra dietética y tenía más de 6 g de proteína por porción, y fue altamente aceptada por los consumidores; por lo tanto, se consideró una alternativa potencial para satisfacer necesidades dietéticas especiales6. En un estudio de seguimiento, RSF también se utilizó para formular un muffin y una nueva bebida rica en proteínas, fibra dietética, micronutrientes y antioxidantes fenólicos. El muffin y la bebida se utilizaron en una intervención dietética para personas mayores, que consumieron ambos productos dos veces al día durante 30 días. Después de este período, el estado nutricional y sarcopénico de los participantes mejoró, y el contenido fenólico total de plasma aumentó7. Sin embargo, la determinación de los compuestos fenólicos totales en plasma se llevó a cabo por un método espectrofotométrico, por lo que no fue posible la identificación de los compuestos fenólicos reales que se absorbieron; además, este método no es completamente específico para los compuestos fenólicos, por lo que puede producirse cierta sobreestimación8.
La identificación y cuantificación de los compuestos fenólicos que se absorben después del consumo de alimentos ricos en estos antioxidantes es una tarea difícil pero es necesaria para demostrar la actividad biológica de estos fitoquímicos. La biodisponibilidad de la mayoría de los compuestos fenólicos es baja; menos del 5% de ellos se pueden encontrar sin transformación estructural en plasma. Los compuestos fenólicos sufren varias biotransformaciones, como la metilación, la sulfonación o la glucuronidación, que son llevadas a cabo por enterocitos y hepatocitos9. Los compuestos fenólicos también son biotransformados por la microbiota en catabolitos bacterianos que pueden ejercer sus efectos beneficiosos en el cuerpo después de ser absorbidos por el plasma10. Por ejemplo, el ácido fenilacético es un producto de la transformación bacteriana de flavonoides y proantocianidinas oligoméricas, que pueden inhibir hasta el 40% de la adhesión de bacterias (Escherichia coli) en el tracto urinario después del consumo de arándano11.
La diversidad estructural de los compuestos fenólicos naturales, sumada a la diversidad de sus metabolitos y su baja biodisponibilidad, hace que su identificación en plasma sea aún más difícil. El perfil metabolómico, utilizando plataformas de análisis espectroscópico como la resonancia magnética nuclear (RMN) y la espectroscopia de masas en tándem (MS / MS), es probablemente el mejor enfoque para lograr este objetivo; desafortunadamente, el equipo no es de fácil acceso, y el desarrollo de protocolos de análisis aún es limitado12. Varios estudios han reportado EM / EM junto con un sistema de separación (como la cromatografía líquida) como una estrategia para reducir la complejidad de los espectros de masas en estudios metabolómicos. La reciente introducción de métodos de separación por cromatografía líquida (UPLC) de ultra alto rendimiento ha reducido el tiempo de análisis y ha aumentado la resolución y la sensibilidad en comparación con los protocolos líquidos convencionales de alto rendimiento, por lo que los sistemas UPLC-MS/MS han sido rápidamente ampliamente aceptados por la comunidad de metabolómica analítica13. De esta manera, algunos estudios han investigado metabolitos fenólicos y detectado derivados glucuronidados del ácido cafeico, quercetina y ácido ferúlico, así como derivados sulfonados del ácido siríngrico y vanílico en el plasma de individuos después de la ingesta de arándano14. Los protocolos anteriores han destinado a encontrar compuestos fenólicos y metabolitos fenólicos en biofluidos como el plasma. Estos protocolos se basaron en la identificación y cuantificación mediante cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC) acoplada a un detector UV-vis15. Sin embargo, tales protocolos requieren el uso de estándares auténticos para evaluar la identificación absoluta y la cuantificación precisa. Una amplia gama de estudios han identificado los metabolitos más comunes en los biofluidos (formas sulfonadas, glucuronidas y metiladas) por UPLC-MS y UPLC-MS/MS; sin embargo, gran parte de los metabolitos bacterianos no ha sido reportado debido a la falta de bases de datos que contengan su información completa16. La identificación de metabolitos se complica por el costo y la disponibilidad comercial de los estándares de metabolitos. Por lo tanto, la mejor estrategia puede ser el análisis de metabolitos MS/MS no dirigido o semidirigido, que se basa en el uso de información de características moleculares (m/z, masa exacta monoisotópica, distribución isotópica y patrón de fragmentación) para determinar la identidad química y compararla con bases de datos en línea disponibles gratuitamente que contienen metabolitos de polifenoles identificados en biofluidos después del consumo de ricos en polipolifenoles12 . Las bases de datos más importantes utilizadas en los estudios UPLC-MS/MS para la identificación de compuestos fenólicos y sus metabolitos son la Human Metabolome Database (HMDB), LipidBlast Library, METLIN Library y otras bases de datos complementarias, como PubChem, ChemSpider y Phenol Explorer17.
En el presente estudio, se desarrolló un método semi-dirigido UPLC-MS/MS para analizar las muestras plasmáticas del grupo de ancianos involucrados en el estudio de consumo de magdalenas y bebidas que contenía RSF7. Los datos de diferentes bases de datos gratuitas en línea de metabolitos plasmáticos se recopilaron e integraron en una base de datos especializada. El software del equipo puede acceder automáticamente a esta base de datos para identificar los metabolitos polifenólicos en las cinco muestras de plasma antes y después de la intervención nutricional de 30 días. Esto se hace para identificar los principales compuestos fenólicos, o sus metabolitos, que se absorben de los alimentos funcionales especialmente formulados diseñados para la prevención de la sarcopenia.
Protocol
Representative Results
Discussion
La identificación y cuantificación de los fitoquímicos bioactivos que se absorben después del consumo de un alimento o complemento alimenticio son cruciales para demostrar y comprender los beneficios para la salud de estos compuestos y los alimentos que los contienen. En el presente trabajo se desarrolló el método UPLC-MS/MS, dirigido únicamente a la identificación de los principales compuestos fenólicos y sus metabolitos que aumentaron en concentración en plasma tras una intervención nutricional de 30 días c…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores agradecen el apoyo financiero del CONACYT, México (CB- 2016-01-286449) y UACJ-PIVA (Proyectos 313-17-16 y 335-18-13). OAMB desea agradecer al CONACYT por su beca de doctorado. Se agradece el apoyo técnico de la oficina de Producción Multimedia de la UACJ.
Materials
| Acetonitrile | Tedia | Al1129-001 | LC Mass spectrometry |
| Autosampler | Agilent Technologies | G4226A | 1290 Infinity series |
| C18 reverse phase column | Agilent Technologies | 959757-902 | Zorbax Eclipse plus C18 2.1×50 mm, 1.8 μm; Rapid resolution HD |
| Centrifuge | Eppendorf | 5452000018 | Mini Spin; Rotor F-45-12-11 |
| Column compartment with thermostat | Agilent Technologies | G1316C | 1290 Infinity series |
| Diode Array Detector (UV-Vis) | Agilent Technologies | G4212B | 1260 Infinity series |
| Electrospray ionnization source | Agilent Technologies | G3251B | Dual sprayer ESI source |
| Formic acid | J.T. Baker | 0128-02 | Baker reagent, ACS |
| Mass Hunter Data Acquisition | Agilent Technologies | G3338AA | |
| Mass Hunter Personal Compound Datbase and Library Manager | Agilent Technologies | G3338AA | |
| Mass Hunter Qualitative Analysis | Agilent Technologies | G3338AA | |
| Microcentrifuge tube | Brand | BR780546 | Microcentrifuge tube, 2 mL with lid |
| Pure ethanol | Sigma-Aldrich | E7023-1L | 200 proof, for molecular biology |
| Q-TOF LC/MS | Agilent Technologies | G6530B | 6530 Accurate Mass |
| Quaternary pump | Agilent Technologies | G4204A | 1290 Infinity series |
| Syringe filter | Thermo Scientific | 44514-NN | 17 mm, 0.45 μm, nylon membrane |
| Thermostat | Agilent Technologies | G1330B | 1290 Infinity series |
| Vial | Agilent Technologies | 8010-0199 | Amber, PFTE red silicone 2 mL with screw top and blue caps |
| Vial insert | Agilent Technologies | 5183-2089 | Vial insert 200 μL for 2mL standard opening, conical |
| Water | Tedia | WL2212-001 | LC Mass spectrometry |
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