ISC 2022: BOOK OF ABSTRACTS

Význam tématu

Současný rozvoj analytické chromatografie umožňuje rychlé, účinné a velmi selektivní separace složitých směsí v potravinářském, farmaceutickém, environmentálním i biomedicínském výzkumu. Multidimenzionální chromatografické metody (GC×GC, LC×LC, SFC/MS, UHPLC–MS), nové materiály stacionárních fází i inovativní mikrofluidické přístupy zvyšují rozlišení, citlivost a specifičnost analýzy látek v různých matricích.

Cíle a přehled sympozia ISC 2022

33. mezinárodní sympozium o chromatografii (Budapešť, září 2022) představilo celou řadu přístupů k rozvoji a aplikaci vysokorozlišovacích technik. Klíčové oblasti zahrnovaly:

• Rozvoj ultra-vysokého rozlišení v GC×GC a multidimenzionální GC (Philip Marriott).
• Psychologické aspekty vědeckého uvažování a „antro­pické uvědomění“ ve výzkumu (Csaba Szántay).
• Inovativní modulace a 3D-tisk v multidimenzionální LC (Peter Schoenmakers).
• Lipidomika a klinické screeningy pomocí UHPSFC/MS pro včasné odhalení rakoviny slinivky (Michal Holčapek).
• Charakterizace selektivity fází pro SFC metodami Neueovy matice (Tony Edge).
• Kinetické diagramy jako systémově nezávislý nástroj pro srovnání výkonu GC, LC a SFC (Gert Desmet).

Použitá metodika a instrumentace

Nejdůležitější nástroje a postupy prezentované na sympoziu:

• GC×GC s cryogenní modulací a hybridními MDGC systémy (longitudinální kryotrap, Deanovy přepínače).
• UHPSFC/MS pro vysokocitlivou kvantifikaci stovek lipidů (UHPSFC s APCI/MS, LipidQuant software).
• Stacionární fáze pro HILIC, SFC a aniontovou výměnu (zwitterionické, amido-, penta-HILIC, makrocyklické antibiotické, polymerní aniontoměniče).
• 3D-tisk modulů LC×LC a mikrofluidických modulátorů GC (multicapilární reaktorové sloupky, modulátory „reverse fill-flush“).
• Microfluidické platformy pro digitální manipulaci s plynnými vzorky (adsorpční mikroprekoncentrátory)
• QbD softwarové nástroje pro modelování 3D design-space (DryLab, ChromSword), AI-přístupy pro automatizované 2D-LC.
• Kombinované HPTLC-EDA-MS hyphenace (on-line eluce hlavních řezů, multiplex bioassay, 12D-hyphenace).
• Mikroreaktory s imobilizovanými enzymy pro proteomiku, on-line HDX-MS, peptidová imobilizovaná trávení v CE-MS.

Hlavní výsledky a diskuse

Prezentované studie ukázaly, že:

• Cryogenní a mikrofluidické modulační techniky v GC×GC dovolují rozsáhlé analýzy těkavých směsí (esenciální oleje, pesticidy, aromata) s rozlišením 4-sloupkových systémů.
• UHPSFC/MS lipidomika prokazuje vysokou citlivost (> 90 % senzitivita/specificita pro kontrolu CA 19-9 u rakoviny slinivky).
• Stacionární fáze pro SFC vykazují vysokou ortogonalitu (S ≥ 51) mezi sebou při jedné gradientní metodě.
• Na kinetických diagramech lze srovnávat LC, SFC, GC bez ohledu na geometrii sloupku či teplotu, a vyhodnocovat kvalitní balení a pic capacity pro 1D i 2D systémy.
• Lipidová značení (benzoylace) a H/D pooling vedou k vysoce reprodukovatelné absolutní kvantifikaci více než stovky metabolitů.
• Hybridní on-line SFE-SFC a SFE-UHPSFC metody zvládají extrakci i separaci nepolárních i polárních složek (milk thistle, PFAS, sulfátované alkaloidy).
• Moderní stacionární fáze (z třídicky vázané i elektrostaticky vázané hyperrozvětvené polymery, PGC, kapilární monolity) umožňují efektivní separace velkých biopolymerů, oligonukleotidů i proteinů.
• Softwarové modelování, AI a uzavřené smyčky přinášejí první interpretivní automatizované metody vývoje 2D-LC.

Přínosy a praktické využití metody

Z oborového hlediska tyto pokroky umožní:

• Rychlé vysokocitlivé screeningy biomarkerů v klinice i QA/QC rutinních laboratořích.
• Detailní charakterizaci komplexních směsí (nutriční doplňky, environmentální vzorky, cenově dostupné screeningy rostlinných i potravinářských produktů).
• Precizní vývoj a validaci chromatografických metod v souladu s QbD/ICH.
• Miniaturizované, modulární a přenosné platformy pro on-site analýzy i space‐science aplikace.
• Pokročilé API-LC/MS přístupy pro měkkou ionizaci a strukturální konfirmační analýzu proteinů, polysacharidů a lipidů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Ve světle současných výsledků lze očekávat:

• Další miniaturizaci a integraci analytických kroků s využitím mikrofluidiky, 3D tisku a in situ bioreaktorů.
• Širší uplatnění digitálních metod, AI a uzavřených smyček pro automatizované vývoje komplexních LC/MS(×n) metod.
• Rozvoj univerzálních indexů a databází retenčních pólů pro RPLC, HILIC, SFC, GC×GC a jejich online sdílení v rámci komunit.
• Vývoj bioinertních povrchů a teroreticky optimalizovaných kolon pro eliminaci nespecifické adsorpce v biomolekulární analytice.
• Pokračující synergii mezi “omics” přístupy (metabolomics, proteomics, glycomics) a multidimenzionální chromatografií.

Závěr

Sympozium ISC 2022 potvrdilo, že analytická chromatografie i kapilární techniky vstupují do nové fáze, která kombinuje ultra-vysoké rozlišení, miniaturizaci, integrované mikrofluidické systémy a pokročilé softwarové platformy. Tyto nástroje významně zvyšují možnost přesné, rychlé a citlivé analýzy složitých systémů napříč obory – od kliniky, přes environmental monitoring až po chemický výzkum. Spolupráce mezi akademií a průmyslem, podpora otevřeného sdílení retenčních dat a zapojení umělé inteligence slibují další přelomové výzvy.

Reference

[1] M. Holčapek, G. Liebisch, K. Ekroos, Anal. Chem. 90 (2018) 4249.
[2] D. Wolrab et al., Anal. Bioanal. Chem. 412 (2020) 2375.
[3] G. Liebisch et al., Nat. Metab. 1 (2019) 745.
[4] J.G. McDonald et al., Nat. Metab. (2022) DOI:10.1038/s42255-022-00628-3.
[5] D. Wolrab et al., Bioinformatics 37 (2021) 4591.
[6] D. Wolrab et al., Sci. Rep. 11 (2021) 20322.
[7] D. Wolrab et al., Nat. Commun. 13 (2022) 124.