Large-scale targeted biomarker analysis of volatile organic compounds in breath by TD-GC-MS

Význam tématu

Analýza VOC v dechu nabízí neinvazivní a rychlý přístup k detekci onemocnění a monitorování zdravotního stavu.
Metoda TD-GC-MS zajišťuje vysokou citlivost a přesnost při identifikaci složité směsi těkavých sloučenin.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo vyvinout cílený analytický workflow pro dechové biomarkery plně integrovaný v rámci Chromeleon CDS.
Studie se zaměřila na detekci a kvantifikaci 200 cílových VOC s podporou deuterovaných interních standardů.

Použitá metodika a instrumentace

Tento postup kombinuje:

• Sběr dechu pomocí přístroje ReCIVA® spojený s CASPER dodávkou čistého vzduchu.
• Termodesorpční jednotku Markes TD100xr a GC-MS systém Thermo Scientific Orbitrap Q Exactive.
• Řízení a zpracování dat v Chromeleon CDS verze 7.3.2 MUb v cloudové infrastruktuře.

Hlavní výsledky a diskuse

• Analytický běh generuje až 6 GB dat na sekvenci, roční objem dat dosahuje přes 5 TB.
• Vysoká spolehlivost identifikací (Tier 1) díky composite scoringu (mass accuracy ≤ 5 ppm, koeluce ≤ 0,01 min, poměry iontů ± 20 %).
• Automatizované system suitability testy (SST) s inteligentním řízením běhu (IRC) zajišťují kvalitu a minimalizují selhání analýzy kritických vzorků.
• Kvantitativní rozsahy metody pokrývají 20–4000 ng se zachováním RSD < 20 % pro více než 70 % cílových sloučenin napříč sekvencemi a studiemi.

Přínosy a praktické využití metody

• Kompletní, auditovatelný a compliance-ready workflow od sběru vzorků až po výsledky.
• Škálovatelné cloudové prostředí umožňuje centrální řízení přístrojů, úložiště dat a vzdálený přístup.
• Interaktivní nástroje pro vizualizaci a curation dat usnadňují rychlé posouzení kvality a integraci dlouhodobých studií.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření Breath Biopsy VOC Atlas o nové látky a související metadata.
• Integrace algoritmů strojového učení pro zlepšení detekce a interpretace dat.
• Propojení dechové analýzy s dalšími omickými platformami pro komplexní klinický screening.
• Vývoj přenosných a miniaturizovaných zařízení pro bodové diagnostické aplikace.

Závěr

Vyvinutý TD-GC-MS workflow pro dechové biomarkery poskytuje robustní, vysoce důvěryhodnou a plně integrovanou metodu s významným klinickým a průmyslovým potenciálem.

Reference

• Arulvasan W. et al. (2024) High-quality identification of volatile organic compounds (VOCs) originating from breath. Metabolomics 20(5):102.
• Arulvasan W. et al. (2025) Optimized breath analysis: customized analytical methods and enhanced workflow for broader detection of VOCs. Metabolomics 21(1):17.
• Schrimpe-Rutledge A.C. et al. (2016) Untargeted metabolomics strategies-challenges and emerging directions. J Am Soc Mass Spectrom 27(12):1897–1905.
• Xie Z. et al. (2024) Detection of COVID-19 by quantitative analysis of carbonyl compounds in exhaled breath. Sci Rep 14(1):14568.