Amarengo

Articles and news

LC-MS / MS in the clinical lab: strengths, applications, challenges

historiallisesti massaspektrometrialla on ollut vain vähän käyttöä kliinisissä laboratorioissa, mutta Ilmanpaine-ionisaatiomenetelmien (API) yhdistäminen tandem-massaspektrometriaan on avannut tämän teknologian kliiniselle laboratorioareenalle. Tämän teknologian uutuus näyttää olevan samankaltainen kuin immunomäärityksissä 1970-luvulla ja polymeraasiketjureaktiossa eli PCR: ssä 1980-luvulla.1 Tandem-massaspektrometria löysi tiensä kliinisiin laboratorioihin 1990-luvun alussa vastasyntyneiden veriläiskien asyylikarnitiinien ja aminohappojen analyysillä. Viimeisen vuosikymmenen aikana nestekromatografialla tandem-massaspektrometria (LC-MS/MS) on ollut yhä tärkeämpi rooli kliinisessä analyysissä. Nykyään on tavallista löytää se laboratorioissa, joissa käytetään endokrinologian, toksikologian, farmakologian ja terapeuttisen lääkevalvonnan sovelluksia. Koska hinnat perus LC-MS / MS järjestelmien lasku, enemmän kliinisiä labs uskaltaa tätä tekniikkaa.

yleiskatsaus LC-MS/MS

massaspektrometria mittaa ionisoituneen molekyylin ja sen fragmentti-ionien massa-varaussuhdetta (m/z). Massaspektri on kuvaaja, joka kuvaa m/z ionien intensiteettiä tai ionien runsautta.2 a tandem massaspektrometri on kaksi massa selektiivisiä laitteita (quadrupoles) järjestetty sarjassa, joka valitsee esiaste ionin (tietyn m/z) vastaavan analyytin, joka on sitten suunnattu törmäyssoluun, jossa hyvin alhainen virtaus törmäyskaasun on vastuussa hajoamisesta esiastetta ionien useita tuote-ioneja. Törmäyskennon taakse sijoitetusta toisesta kvadrupolista etsitään tuote-ioneja, jotka muodostuvat niiden m/z-suhteen mukaan.

itse törmäyssolu voi edustaa pientä kvadrupolia; siksi termiä kolmoiskvadrupolimassaspektrometri voidaan käyttää synonyymisesti. Kvantifiointia varten LC-MS / MS: llä molekyylit syötetään MASSASPEKTROMETRIIN API: n kautta, mikä mahdollistaa ionien muodostumisen. Primaarisia ionisointitekniikoita on kaksi, electrospray Ionisation (ESI) ja atmospressure chemical Ionisation (APCI). Eri: tä käytetään ensisijaisesti varattujen lajien analysointiin, kun taas APCI: tä käytetään varaamattomista tai vaikeasti varattavista lajeista. ESI on ”pehmeä” ionisaatioprosessi (hyvin alhainen energia), jossa ehjään kantamolekyyliin saadaan yleensä yksi tai useita varauksia.

LC-MS/MS-taudin vahvuudet

spesifisyys: esiasteen ionin valinta ensimmäisen kvadrupolin kanssa ja tuotteen fragmentointi-ionin valinta toisen kvadrupolin kanssa tandem-massaspektrometrillä voi osoittaa tietyn molekyylin erittäin spesifisen havaitsemisen.

laaja käyttökohde: toisin kuin GC/MS, LC-MS/MS ei rajoitu haihtuviin molekyyleihin (yleensä molekyylipaino on alle 500 Da). Koska useimmat biologisesti aktiiviset molekyylit ovat polaarisia, termolabiileja ja haihtumattomia, LC-MS/MS on paremmin suunnattu tällaisten molekyylien havaitsemiseen. Lisäksi näytteiden valmistus on yleensä yksinkertaista eikä vaadi derivointitekniikoita. LC-MS/MS-määritykset on yleensä optimoitu lyhyempiin käyttöaikoihin; siksi paljon suurempi näytteen läpimenokyky voidaan toteuttaa verrattuna GC / MS: ään

joustavuus: uusia määrityksiä voidaan tyypillisesti kehittää house (”home brew”) erittäin joustavasti ja lyhyessä ajassa edellyttäen, että suoritetaan kattava validointi.

tiedon runsaus: yksi analyyttinen LC-MS/MS-suoritus, nopean ionivalintaelektroniikan ansiosta, moniparametriset, lähes rinnakkaiset analyysit massaspektrometrillä, voi tuottaa suuren määrän kvantitatiivisia tai kvalitatiivisia tuloksia.

soveltamisalat

vastasyntyneen seulonta: LC-MS/MS-taudin alustava tutkimus kliinisessä areenassa oli sen soveltaminen vastasyntyneiden metabolian synnynnäisten virheiden seulontaan.3 tällä hetkellä monissa teollisuusmaissa LC-MS/MS käytetään rutiininomaisessa vastasyntyneen seulonnassa synnynnäisten aineenvaihdunnan virheiden varalta. Tällä hetkellä vastasyntyneiden seulonta kuivuneissa veriläiskissä käsittää yli 30 sairautta, joihin kuuluvat orgaaniset hapot, aminohapot ja rasvahappojen hapettumisvirheet. Lisäksi tandem-massaspektrometriaa on käytetty muiden metaboliittien,kuten virtsan oligosakkaridien,4 sulfatidin,5 erittäin pitkäketjuisten rasvahappojen,6 pitkäketjuisten sappihappojen,7 metyylimalonihapon, 8 seulontaan sekä porfyrias9: n tutkimiseen ja seulontaan potilaille, joilla on puriini-ja pyrimidiinimetabolian perinnöllisten häiriöiden riski.10

terapeuttisen lääkepitoisuuden seuranta: Immunosuppressiivisen sirolimuusin (rapamysiinin) kehittäminen elinsiirron jälkeisten elinten hylkimisreaktioiden estämiseen oli tärkein ärsyke LC-MS/MS-taudin käyttöönotossa kliinisessä laboratoriossa. LC-MS / MS-menetelmiä on käytettävissä takrolimuusin, sirolumuksen ja siklosporiinin samanaikaiseen määrittämiseen.11 LC-MS/MS-menetelmiä on saatavilla eri lääkeryhmille, kuten sytotoksisille lääkkeille, 12 antiretroviraalisille lääkkeille,13 trisyklisille masennuslääkkeille,14 epilepsialääkkeille, 15 epilepsialääkkeille 16 … Kun pyrkimys kohti yksilöllisempää lääkeannostelua jatkuu, näiden lääkeryhmien LC-MS/MS-analysoinnista tulee yhä rutiininomaisempaa.

Drugs-of-abuse and pain-management testing: GC/MS on edelleen yleisimmin käytetty tekniikka toksikologisessa testauksessa; LC-MS/MS on kuitenkin saamassa jalansijaa kyseisellä alueella yksinkertaisen näytteenvalmistuksen, ilman derivointivaatimusta ja lyhyempien juoksuaikojen vuoksi. Suorat huumeseulonnat virtsasta on raportoitu 17 ja menetelmiä on saatavilla monilääkepaneeleissa väärinkäytön seulontaan,18 ja bentsodiatsepiinien vahvistamiseen,19 useiden lääkeaineiden, kuten buprenorfiinin ja sen metaboliittien,20 amfetamiinin ja 21 opioidin mittaamiseen.22

Endokrinologia ja steroiditestaus: radioimmunomääritys ja entsyymi-immunomääritykset olivat tärkeimmät tekniikat steroidien mittaamiseksi kliinisissä laboratorioissa. Immunomääritykset kärsivät monista rajoituksista, kuten spesifisyyden puutteesta, rajallisesta dynaamisesta alueesta ja matriisivaikutuksista. LC-MS/MS: n tuloa pidetään innovatiivisena analyyttisenä teknologiana, jota sovelletaan useisiin analyyseihin endokrinologian laboratoriossa, pääasiassa eri steroidien kvantifiointiin. Analyysi 25 (OH) D3-ja D2-tasot LC-MS/MS on saanut vauhtia,23 ja LC-MS/MS menetelmiä on kehitetty erilaisia steroideja, kuten testosteroni, aldosteroni, kortisoli, progesteroni, estrioli…24

haasteet

LC-MS / MS-tekniikka on voitettava tiettyjä haasteita ennen kuin hyppy erikoistunut, teknisesti monimutkainen tekniikka valtavirran kliininen laboratoriotestaus. Vaikka instrumentoinnin hinta ja monimutkaisuus ovat laskeneet, haasteita ovat esimerkiksi määritysten kehittäminen, määritysten standardointi kautta linjan sekä erittäin pätevän teknisen henkilöstön koulutus ja ylläpito.

menetelmän kehittäminen ja validointi: Suurin osa kliinisessä laboratoriossa käytetyistä LC-MS / MS-menetelmistä voidaan sijoittaa laboratorion kehittämään testiluokkaan, koska ne olivat ” kotikutoisia.”Tätä tekniikkaa toteuttavien laboratorioiden odotetaan kehittävän testiä ja tekevän perusteellisen validoinnin ennen kuin ne otetaan rutiinikäyttöön. Laboratorioiden odotetaan valmistavan talossa tai hankkivan kaupallisesti korkealaatuisia standardeja, deuteroituja sisäisiä standardeja ja laadunvalvontamateriaaleja. Valmistavat yritykset pyrkivät esittämään elintarvike – ja lääkeviraston (FDA) hyväksymiä testipakkauksia kliinisen laboratorion käyttöön. Ensimmäinen tällainen pakkaus oli Waters MassTrak Immunosuppressants kit (Waters, Milford, MA), jolle FDA hyväksyi immunosuppressiivisen takrolimuusin (FK506; Prograf) kvantifioinnin maksa-ja munuaisensiirtopotilaiden kokoverinäytteistä apuna takrolimuusihoidon hallinnassa. Koska samanlaisia sarjoja tulee FDA selvitetty, ja kaupallisempia kalibraattoreita, laadunvalvontamateriaaleja ja standardeja tulee saataville, nämä auttavat lievittämään joitakin haasteita LC-MS/MS: n laajamittainen käyttö kliinisissä laboratorioissa.

standardointi: erittäin spesifisten mittausten etuna on laboratorioerojen eroavuus eri LC-MS/MS-menetelmien välillä, koska suurin osa on ”kotitekoista.”Massaspektrometrian standardoinnin ja yhdenmukaistamisen puute on suuri haaste, joka on voitettava, jotta tätä teknologiaa voidaan käyttää laajemmin kliinisissä laboratorioissa. Endocrine Society and the Centers for Disease Control and Prevention julkaisi alkuvuodesta 2010 konsensusilmoituksen varmistaakseen erittäin tarkan testosteronitestauksen, joka johtaa parempaan diagnosointiin, hoitoon ja taudin ehkäisyyn standardoitujen määritysten avulla.25 tämän pyrkimyksen tavoitteena on saavuttaa erittäin tarkka ja luotettava testosteronin mittaus käyttämällä sekä LC-MS/MS-että immunomäärityksiä. Yhdistyneessä kuningaskunnassa on käytettävissä D-vitamiinin määritystä koskeva ulkoinen pätevyystestausohjelma, jota kutsutaan nimellä DEQAS, D-vitamiinin ulkoista laadunvarmistusjärjestelmää varten. DEQAS-valmisteen yleisenä tavoitteena on varmistaa 25 hydroksi-D (25ohd) – ja 1, 25 dihydroksivitamiini-d (1, 25(OH)2D) – määritysten analyyttinen luotettavuus.

tekninen osaaminen: Erittäin pätevän henkilöstön koulutusta ja ylläpitoa tarvitaan menetelmien kehittämisen ja validoinnin lisäksi myös päivittäisessä toiminnassa. Tohtoritason lahjakkuutta saatetaan tarvita testien toteuttamiseen ja vianetsintään, mutta ei massaspektrometrin päivittäiseen toimintaan.

massaspektrometriaan perehtyneet Laboratorioteknologit ovat enemmän kuin kykeneviä päivittäisiin operaatioihin; tällaisen asiantuntemuksen löytäminen on kuitenkin haastavaa. American Association for Clinical Chemistry on perustanut uuden yhdeksän kurssin sertifikaattiohjelman tandem-massaspektrometrian käyttämiseksi kliinisessä laboratoriossa.

Charbel Abou-Diwan, PhD
, on kliinisen kemian jatko-tutkija Emoryn yliopiston lääketieteellisen tiedekunnan patologian laitoksella Atlanta GA: ssa.

  1. Vogeser M, Seger C. a decade of HPLC-MS/MS in the rutinary clinical laboratory–goals for further developments. Clin Biochem. 2008;41(9):649-662.
  2. Dooley KC. Tandem-massaspektrometria kliinisen kemian laboratoriossa. Clin Biochem. 2003;36(6):471-481.
  3. Rashed MS, et al. Seulotaan veriläiskiä aineenvaihdunnan synnynnäisten virheiden varalta elektrospray – tandem-massaspektrometrillä mikrotiitterin eräprosessilla ja tietokonealgoritmilla epänormaalien profiilien automaattiseen merkitsemiseen. Clin Chem. 1997; 43(7):1129-1141.
  4. Rozaklis T, et al. Oligosakkaridien määrittäminen Pompen taudissa elektrospray-ionisaatio – tandem-massaspektrometrialla. Clin Chem. 2002;48(1):131-139.
  5. Whitfieldin PD, et al. Karakterisointi virtsan sulfatidien metakromaattinen leukodystrofia käyttäen electrospray ionisaatio-tandem massaspektrometria. Mol Genet Metab. 2001;73(1):30-37.
  6. Johnson DW. Alkyylidimetyyliaminoetyyliesterijodidit rasvahappojen parempaan analysointiin elektrospray – ionisaation tandem-massaspektrometrian avulla. Nopea Massaspektromi. 2000;14(21):2019-2024.
  7. Johnson DW, et al. Konjugoitumattomien C(27) sappihappojen nopea ja kvantitatiivinen analyysi plasma-ja verinäytteistä tandem-massaspektrometrialla. J Lipid Res. 2001; 42(1): 9-16.
  8. Magera MJ, et al. Metyylimalonihappo mitattuna plasmasta ja virtsasta vakaan isotooppilaimennuksen ja elektrospray tandem-massaspektrometrian avulla. Clin Chem. 2000; 46(11):1804-1810.
  9. Ford RE, et al. Porfobilinogeenin kvantitatiivinen mittaus virtsasta stabiilisotooppilaimennusnestekromatografia-tandem-massaspektrometria. Clin Chem. 2001;47(9):1627-1632.
  10. Ito t, et al. Puriini-ja pyrimidiinimetabolian häiriöiden riskipotilaiden nopea seulonta nestemäisen virtsan tai virtsan liottamien suodatinpaperisuikaleiden HPLC-electrospray tandem-massaspektrometrialla. Clin Chem. 2000;46(4):445-452.
  11. Volosov A, Napoli KL, Soldin SJ. Kolmen keskeisen immunosuppressiivisen aineen samanaikainen yksinkertainen ja nopea kvantifiointi nestekromatografialla – tandem-massaspektrometria. Clin Biochem. 2001;34(4):285-290.
  12. Lennard L. sytotoksisten lääkkeiden terapeuttinen lääkeseuranta. Br J Clin Pharmacol. 2001; 52 täydennys 1: 75s-87S.
  13. Gu J, Soldin SJ. Tandem-massaspektrometrisen menetelmän muuttaminen 17 HIV-lääkkeen samanaikaisen kvantifioinnin mahdollistamiseksi, mukaan lukien atatsanaviiri ja tipranaviiri. Clin Chem Acta. 2007;378(1-2):222-224.
  14. Kollroser M, Schober C. Seitsemän trisyklistä masennuslääkettä määritetään samanaikaisesti ihmisen plasmasta suoraruiskutuksella HPLC-APCI-MS-MS ioniloukkuilmaisimella. Ther Drug Monit. 2002;24(4):537-544.
  15. Oertel R, et al. Kolmen antikonivulsantin samanaikainen määrittäminen hydrofiilisellä vuorovaikutuksella LC-MS J Sep Sci. 2009;32(2):238-243.
  16. Bardin S, et al. Fenytoiinin vapaan tason määrittäminen ihmisen plasmasta nestekromatografialla/tandem-massaspektrometrialla. J Pharm Biomed-anaalista. 2000;23(2-3):573-579.
  17. Fitzgerald RL, Rivera JD, Herold DA. Laajakirjoinen huumeiden tunnistaminen suoraan virtsasta nestekromatografian avulla-tandem-massaspektrometria. Clin Chem. 1999;45(8 Pt 1):1224-1234.
  18. Eichhorst JC, et al. Huumeiden väärinkäytön testaus tandem-massaspektrometrialla: nopea, yksinkertainen menetelmä immunomääritysten korvaamiseksi. Clin Biochem. 2009;42(15):1531-1542.
  19. Glover SJ, Allen KR. Bentsodiatsepiinien mittaaminen virtsasta nestekromatografialla-tandem-massaspektrometria: immunomäärityksellä seulottujen näytteiden vahvistaminen. Ann Clin Biochem. 2010;47(2):111-117.
  20. Polettini A, Huestis MA, Simultaneous determination of buprenorphine, norbuprenorphine, and buprenorphine-glucuronide in plasma by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. J Chromatogr. B: Biomedical Sciences and Applications, 2001. 754(2): p. 447-459.
  21. Wu TY, Fuh MR. Determination of amphetamine, methamphetamine, 3,4-methylenedioxyamphetamine, 3,4-methylenedioxyethylamphetamine, and 3,4-methylenedioxymethamphetamine in urine by online solid-phase extraction and ion-pairing liquid chromatography with detection by electrospray tandem mass spectrometry. Nopea Massaspektromi. 2005;19(6):775-780.
  22. Musshoff F, et al. Automatisoitu ja täysin validoitu LC-MS / MS-menettely, jolla määritetään samanaikaisesti 11 palliatiivisessa hoidossa käytettävää opioidia ja 5 niiden metaboliittia. J Massaspektromi. 2006;41(5):633-640.
  23. El-Khoury JM, Reineks EZ, Wang S. Progress of liquid chromatography-mass spectrometry in measurement of vitamin metabolites and analogs. Clin Biochem. 2011;44(1):66-76.
  24. Kushnir MM, et al. Nestekromatografia tandem-massaspektrometria steroidien analysointiin kliinisissä laboratorioissa. Clin Biochem. 2011;44(1):77-88.
  25. Rosner W, Vesper H. Toward excellence in testosterone testing: a consensus statement. J Clin Endocrinol Metab. 2010;95(10):4542-4548.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.