Evaluation of Metabolite Variation by a Pooled Sample Approach between Normal Control and Traumatic Brain Injury Mice Using GCxGC-TOFMS with Data Analysis Using a Software Driven Reference Feature

Význam tématu

Analýza metabolomických profilů poskytuje cenné informace o biochemických změnách spojených s patologickými stavy. Upořádané porovnání kontrolních a traumaticky poškozených vzorků může odhalit biomarkery TBI a přispět k vývoji diagnostických a terapeutických strategií.

Cíle a přehled studie

Studie si klade za cíl implementovat pooled sample přístup při analýze trimethylsilyl-derivatizovaných vzorků myšího mozku pomocí GCxGC-TOFMS a využít softwarové funkce Reference k rychlé identifikaci metabolických odchylek mezi TBI a kontrolními skupinami.

Použitá metodika

Vzorky čtyř traumaticky poškozených (TBI) a čtyř kontrolních extraktů mozku byly derivatizovány BSTFA+1 % TMCS, pooled a analyzovány v trojích injekcích. Reference metoda porovnává retenční časy, plošné velikosti a spektrální shodu proti uživatelsky definovanému standardu kontrolní skupiny s tolerancí 50–150 % plošné odchylky.

Použitá instrumentace

• GCxGC-TOFMS: LECO Pegasus® 4D
• GC: Agilent 7890 s dvoustupňovým quad jet modulačním modulem a autosamplerem GERSTEL MPS2
• Primární kolona: Rxi-5SilMS, 30 m × 0,25 mm × 0,25 µm
• Sekundární kolona: Rxi-17Sil-MS, 1,25 m × 0,25 mm × 0,25 µm
• Přenosová linka: 280 °C; modulátor: offset 30 °C, perioda 4 s, hot pulse 0,5 s, cooldown 1,5 s
• Injekce splitless, objem 1 µL, heliové nosné plynové médium (1,5 mL/min)
• Teplotní program primární kolony: 50 °C (0,5 min) → 300 °C (5 °C/min, 6 min); sekundární: 55 °C → 305 °C (5 °C/min, 6 min)
• MS parametry: 45–700 m/z, akvizice 200 spekter/s, ionizační zdroj 230 °C, akviziční prodleva 450 s

Hlavní výsledky a diskuse

Targetovaný screening odhalil 16 derivatizovaných aminokyselin a cukrů, z nichž řada (např. glutamát, taurín, aspartát) vykazovala zvýšené hladiny po TBI (Out of Tolerance). Untargeted přístup zjistil 169 analyzovaných metabolitů mimo toleranci, 212 shodných signálů a 7 nenalezených sloučenin. GCxGC-TOFMS ve spojení s módem Reference umožňuje rychlou a spolehlivou detekci významných odchylek ve vzorcích složitých biologických matic.

Přínosy a praktické využití metody

• Efektivní screening velkých vzorkových poolů šetří čas i spotřební materiál
• Vysoké chromatografické rozlišení a rychlá TOFMS detekce zvyšují citlivost a selektivitu
• Automatizovaná porovnávací analýza pomocí funkce Reference usnadňuje identifikaci potenciálních biomarkerů

Budoucí trendy a možnosti využití

Metodu lze rozšířit o multi-omics přístupy, využít strojové učení pro pokročilé zpracování dat, validovat na klinických modelech a adaptovat pro studie dalších onemocnění nebo různých typů biologických vzorků.

Závěr

Pooled sample přístup v kombinaci s GCxGC-TOFMS a softwarovým standardem Reference prokázal rychlý, efektivní a spolehlivý screening metabolitických změn u traumatického poškození mozku. Metoda představuje perspektivní nástroj pro objevování biomarkerů a srovnávací analýzu v preklinickém výzkumu.

Reference

A. Scafidi et al., Journal of Neurochemistry, 109 (2009) 189-197. Delayed Cerebral Oxidative Glucose Metabolism After Traumatic Brain Injury in Young Rats.
P. Nilsson et al., Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism, 10 (1990) 631-637. Changes in Cortical Extracellular Levels of Energy-Related Metabolites and Amino acids Following Concussive Brain Injury in Rats.