Artykuły w Czytelni Medycznej o SARS-CoV-2/Covid-19

Chcesz wydać pracę habilitacyjną, doktorską czy monografię? Zrób to w Wydawnictwie Borgis – jednym z najbardziej uznanych w Polsce wydawców książek i czasopism medycznych. W ramach współpracy otrzymasz pełne wsparcie w przygotowaniu książki – przede wszystkim korektę, skład, projekt graficzny okładki oraz profesjonalny druk. Wydawnictwo zapewnia szybkie terminy publikacji oraz doskonałą atmosferę współpracy z wysoko wykwalifikowanymi redaktorami, korektorami i specjalistami od składu. Oferuje także tłumaczenia artykułów naukowych, skanowanie materiałów potrzebnych do wydania książki oraz kompletowanie dorobku naukowego.

Poniżej zamieściliśmy fragment artykułu. Informacja nt. dostępu do pełnej treści artykułu tutaj
© Borgis - Medycyna Rodzinna 1/2009, s. 15-21
*Joanna Kałużna-Czaplińska, Wioletta Grys, Jacek Rynkowski
Techniki łączone oparte na spektrometrii mas we współczesnych badaniach klinicznych1)
Coupled techniques based on mass spectrometry in modern clinical research
Instytut Chemii Ogólnej i Ekologicznej, Wydział Chemiczny Politechniki Łódzkiej
Dyrektor Instytutu: prof. dr hab. Jacek Rynkowski
Summary
Coupled techniques have been widely applied in clinical research. They allow moniotring of metabolite concentrations in biological samples, such as body fluids, tissues and breath. Especially chromatography coupled with mass spectrometry is a very effective tool used to describe complex mixtures. Other the techniques used in clinical research are: gas chromatography-tandem mass spectrometry (GC-MS/MS), liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS), liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS), liquid chromatography-nuclear magnetic resonance-mass spectrometry (LC-NMR-MS) and capillary electrophoresis-mass spectrometry (CE-MS). These methods are applied in diagnostics and prognosis of diseases. Finding adequate biomarkers enables right diagnosis. Thanks to which early medical intervention is possible. Coupled techniques are used in the following studies: investigations of pharmacokinetics, pharmacodynamics, bioequivalence and bioavailability of medications, doping control and drug control, and clinical assestment of risk of occupational exposure to harmful substances. Thanks to those techniques the specificity and sensitivity of the analysis increase. They allow rapid and easy procedure, and in most cases do not require complicated sample pretreatment. They are more reliable and adequate for determination the trace concentrations in biological samples than classic biochemical investigations.
Wstęp
Techniki łączone oparte na spektrometrii mas znajdują zastosowanie w metabolomicznych badaniach chemii klinicznej. Analizy takie dotyczą ludzkiego metabolomu – czyli metabolitów obecnych w komórkach, do których zalicza się głównie związki organiczne (aminokwasy, kwasy organiczne, kwasy tłuszczowe, węglowodany, witaminy i tłuszcze), przy czym związki nieorganiczne i formy pierwiastkowe również mogą być przedmiotem badań. Techniki te umożliwiają śledzenie zmian w stężeniach produktów przemiany materii w próbkach biologicznych, takich jak np. płyny ustrojowe oraz tkanki. Zawartości metabolitów w tych matrycach mogą wykraczać ponad szacowany na 10-7-10-9 rząd wielkości (1). Niniejszy artykuł stanowi przegląd technik łączonych opartych na spektrometrii mas, znajdujących zastosowanie w: diagnostyce i monitoringu chorób, badaniach farmakokinetyki, farmakodynamiki, biorównoważności i dostępności biologicznej leków, kontroli dopingowej i narkotykowej oraz ocenie ryzyka narażenia zawodowego i środowiskowego na szkodliwe substancje. Metodami tymi są: chromatografia gazowa-spektrometria mas (GC-MS), chromatografia gazowa-tandemowa spektrometria mas (GC-MS/MS), chromatografia cieczowa-spektrometria mas (LC-MS), chromatografia cieczowa-tandemowa spektrometria mas (LC-MS/MS), chromatografia cieczowa-jądrowy rezonans magnetyczny-spektrometria mas (LC-NMR-MS) oraz elektroforeza kapilarna-spektrometria mas (CE-MS).
W metabolomice technikę GC-MS opisuje się jako „złoty standard”, pomimo że jest niewygodna dla nielotnych metabolitów o wysokich masach cząsteczkowych. Zakres metabolomu jest w dużym stopniu określany przez lotność składników próbki, zarówno niederywatyzowanych, jak i derywatyzowanych (1). Przyrządy LC-MS nie osiągnęły jeszcze takiego stopnia rzetelności wyników, który w codziennej rutynowej praktyce osiągają instrumenty GC-MS. Niemniej jednak urządzenia LC-MS zyskują uznanie w przypadkach, kiedy mamy do czynienia z materiałami zbyt nielotnymi lub termicznie nietrwałymi, aby mogły być przepuszczone w niezmienionej postaci przez chromatograf gazowy. LC-MS jest metodą o potencjalnie większych możliwościach zastosowawczych, również przygotowanie próbek przed analizą często jest prostsze. Połączenia chromatografu ze spektrometrem tandemowym (GC-MS/MS oraz LC-MS/MS) służą do badań skomplikowanych mieszanin (możliwa jest identyfikacja powyżej kilkudziesięciu związków w próbce), wzrastają zatem specyficzność i czułość analizy (2). W technice LC-NMR-MS połączenie obu detektorów dostarcza bogactwa informacji, pozwalających na identyfikację związków w przypadku niekompletnego rozdziału za pomocą chromatografii cieczowej oraz obecności współeluowanych związków przeszkadzających, NMR wykorzystuje się jako pomoc w identyfikacji metabolitów, MS zaś umożliwia czułą analizę (3). W przypadku CE-MS rozdział składników mieszaniny może być regulowany przez zmianę pH, technika ta jest przydatna, gdy inne metody analityczne nie umożliwią uzyskania dobrych wyników. Połączenie CE-MS otwiera więcej analitycznych możliwości: wzrost czułości, specyficzności i potencjalna identyfikacja nieznanych związków. Zastosowanie takiego rozwiązania nie wymaga skomplikowanego wstępnego przygotowania próbek (4).
Techniki łączone w diagnostyce i prognostyce chorób
Techniki łączone znajdują zastosowanie w diagnostyce chorób metabolicznych. Wiele wrodzonych wad metabolicznych, klasyfikowanych jako kwasice organiczne, w których kwasy organiczne są obecne w moczu oraz zaburzenia metabolizmu aminokwasów, zostało odkrytych przy użyciu GC/MS (5). Umożliwia ona rozpoznanie np.: kwasicy metylomalonowej, kwasicy propionowej, kwasicy izowalerianowej, kwasicy glutarowej typu I i typu II, zaburzeń cyklu mocznikowego, kwasicy dikarboksylowej, kwasicy mleczanowej, choroby syropu klonowego, neuroblastomy (dziecięcego nowotworu mózgu), tyrozynemii, fenyloketonurii, alkaptonurii, hipermetioninemii, cystonurii, lizynurii, galaktozemii oraz zaburzeń utleniania mitochondrialnych kwasów tłuszczowych (5, 6). Poza badaniem moczu, diagnoza zaburzeń kwasów organicznych może być wykonana prenatalnie poprzez analizę płynu owodniowego. Dowiedziono, iż technika GC/MS umożliwia w tym przypadku 100% trafność diagnozy, potwierdzoną późniejszymi postnatalnymi badaniami moczu. Pozwala to na zapobieganie przypadkom nagłej i niespodziewanej śmierci niemowląt z powodu kwasic organicznych (7). Technikę sprzężenia chromatografii gazowej ze spektrometrią mas stosuje się również do wykrycia kwasu homowanilinowego (metabolitu dopaminy) oraz kwasu wanilinomigdałowego (metabolitu adrenaliny i noradrenaliny) w moczu pacjentów z zespołem Costello, genetycznie uwarunkowanym schorzeniem metabolicznym, charakteryzującym się deformacjami ciała oraz zwiększonym ryzykiem wystąpienia nowotworów, włącznie z nerwiakiem niedojrzałym (8). Inne wrodzone, genetycznie uwarunkowane zaburzenie – zespół SLO, jest z powodzeniem rozpoznawane dzięki technologii GC/MS. Organizm osób z tym schorzeniem nie jest zdolny do wytwarzania cholesterolu. Technikę łączoną stosuje się do identyfikacji w moczu metabolitów neuroaktywnych steroidów, takich jak pregnanetriol i progesteron (9, 10). Analiza profili acylokarnityn w osoczu, w celu zdiagnozowania defektów związanych z metabolizmem rozgałęzionych aminokwasów, zaburzeń utleniania kwasów tłuszczowych oraz kwasic organicznych, jest możliwa dzięki technice LC-MS/MS (11). Ponadto LC-MS/MS to wygodna technika do oznaczenia w osoczu 17 α-hydroksyprogesteronu (metabolicznego prekursora kortyzolu), którego podniesione poziomy są markerami wrodzonego przerostu nadnerczy. Choroba ta może prowadzić do śmierci, a jej leczenie jest możliwe przy wczesnej diagnozie. Czułość oraz specyficzność LC-MS/MS sprawiają, że otrzymywane wyniki są dokładniejsze niż badania biochemiczne (12).
Chromatograficzne techniki łączone oparte na spektrometrii mas są z powodzeniem stosowane w diagnostyce chorób układu pokarmowego. Norton i wsp. wykorzystali HPLC/MS/MS do rozdziału i jednoczesnej identyfikacji enancjomerów kwasu mlekowego w moczu. Podniesione poziomy kwasu D-mlekowego, wykrywane w ludzkich płynach fizjologicznych, często świadczą o obecności bakterii w przewodzie pokarmowym lub jelitach, biomonitoring odgrywa tutaj ważną rolę z punktu widzenia pewnych schorzeń, takich jak chociażby zespół krótkiego jelita (13). Rak jelita grubego jest jedną z najpowszechniejszych przyczyn śmiertelności na nowotwory złośliwe w skali światowej. Istotne jest tutaj poszukiwanie nowych prognostycznych i diagnostycznych markerów, jak i poznanie specyficznego szlaku metabolicznego komórek rakowych tego organu. Zimmermann i wsp. jako pierwsi określili jakościowe różnice w profilach lotnych metabolitów linii komórek rakowych jelita grubego w porównaniu do prawidłowych komórek. Rozbieżności te dotyczyły ketonów i alkoholi, które zostały oznaczone za pomocą chromatografii gazowej sprzężonej ze spektrometrią mas (GC/MS). Wykryte zostały związki po raz pierwszy związane z ludzkim metabolizmem: undekan-2-ol oraz pentadekan-2-on (14).
Technika GC/MS daje także duże możliwości oznaczenia w oddechu lotnych biomarkerów gruźlicy płuc. Identyfikowanymi związkami są: naftalen, 1-metyl, 3-heptanon, metylocykloheksan, heptan, 2,2,4,6,6-pentametyl, benzen, 1-metyloetyl, cykloheksan oraz 1,4-dimetyl. Badania próbek wydychanego powietrza, pośród ogromu znalezionych w nich związków, umożliwiają rozróżnienie pacjentów hospitalizowanych od grupy kontrolnej (15).
Innym obszarem zastosowań technik łączonych jest diagnostyka chorób sercowo-naczyniowych. GC/MS wykorzystuje się do pomiaru poziomu izoprenu, węglowodoru będącego miernikiem stresu oksydacyjnego, w próbkach oddechu pacjentów cierpiących na przewlekłą niewydolność serca (16). Stres tlenowy odgrywa także krytyczną rolę w miażdżycy tętnic. W poszukiwaniu markerów stresu oksydacyjnego, analizuje się skład lipidów błony komórkowej erytrocytów u chorych na cukrzycę typu drugiego. Dzięki chromatografii gazowej połączonej ze spektrometrią mas znaleziono w komórkach krwi 3,5,7-cholestarien, będący produktem utlenienia cholesterolu. Zatem stosowana technika jest użyteczna w prognozowaniu przedklinicznej miażdżycy tętnic u chorych (17). Haigh i wsp. zmierzyli poziomy cytotoksycznych i miażdżycorodnych utlenionych produktów cholesterolu (oksysteroli) w żółci oraz kamieniu żółciowym, pobranych od pacjentów podczas zabiegu wycięcia pęcherzyka żółciowego, przy pomocy GC/MS. W badanych próbkach zidentyfikowano cholesta-4,6-dien-3-on oraz cholest-4-en-3-on (18).
8-hydroksy-2´deoksyguanozyna (8OHdG) jest rozważana jako doskonały marker utleniających uszkodzeń DNA związanych z chorobami, takimi jak np. rak. Związek ten można oznaczać za pomocą GC/MS w moczu pacjentów z różnymi nowotworami złośliwymi. Technika ta stanowi idealną metodę do monitorowania podniesionych stężeń tego nukleozydu w płynie ustrojowym chorych oraz do obrazowania jego stopniowego spadku u pacjentów przyjmujących chemioterapię oraz poddawanych leczeniu chirurgicznemu (19).
Varesio i wsp. zastosowali CE-MS oraz LC-MS do wykrycia w osoczu peptydów beta-amyloidowych (Ab), markerów choroby Alzheimer (AD). Związki te odkładają się w mózgu osób z tym zaburzeniem neurozwyrodnieniowym, a później gromadzą się we krwi. Ich identyfikacja i oznaczenie w osoczu może więc być pomocne w diagnozie AD. Zbadano, że LC-MS jest bardziej odpowiednią techniką do monitorowania peptydów Ab w płynach biologicznych niż CE-MS ze względu na większą czułość. Choć elektroforeza kapilarna posiada tę zaletę, że umożliwia regulację rozdziału przez korekcję pH analitu roztworem buforowym, to jednak niedostateczna czułość CE-MS w zakresie pewnych stężeń biologicznych może utrudniać analizę (20).
Techniki łączone w badaniach farmakokinetyki, farmakodynamiki, biorównoważności oraz dostępności biologicznej leków
Chromatograficzne techniki łączone oparte na MS znalazły zastosowanie w monitoringu terapii nowotworowych. LC-MS/MS jest wykorzystywana do oszacowania farmakokinetyki i biorozprzestrzeniania się moteksafiny gadolinium (MGd) używanej w leczeniu: dziecięcych guzów mózgu, chłoniakach, rakach trzustki i dróg żółciowych. LC-MS/MS, wykazująca się krótkim czasem analizy i wyjątkową selektywnością, może być używana do rutynowych badań klinicznych próbek osocza (21). Zorza i Puozzo zastosowali chromatograf cieczowy sprzężony ze spektrometrem mas do oznaczenia vinorelbiny, alkaloidowego leku przeciwnowotworowego w osoczu, krwi, moczu i kale. Podanie tego środka drogą pokarmową wymaga informacji o jego metabolizmie i w konsekwencji większej czułości i specyficzności analitycznych narzędzi (22). Terapia borowo-neutronowa (BNCT) jest metodą leczenia niektórych typów nowotworów, zwłaszcza mózgu, np. gliboblastomy. Polega ona na wprowadzaniu do organizmu nieradioaktywnych związków boru, które możliwie selektywnie osadzają się w tkance nowotworowej, następnie napromieniowuje się pacjentów wiązką neutronów, w wyniku czego powstają cząstki o małym zasięgu, które niszczą lokalne komórki rakowe. Istnieją doniesienia literaturowe o stosowaniu techniki łączonej CE-MS w próbkach biologicznych, w celu oceny skuteczności tej obiecującej w leczeniu nowotworów terapii. Badania takie są potrzebne, gdyż precyzyjna wiedza na temat drogi dystrybucji związków boru w tkankach nowotworowych i zdrowych jest wciąż niedostateczna. Pitois i wsp. oznaczyli aminokwasowe związki boru (BPA) w szczepach ludzkich komórek, natomiast Mauri i wsp. w moczu chorych przed i po dożylnym podaniu tych związków. Elektroforeza kapilarna umożliwia separację BPA od aminokwasów bez potrzeby szczególnego przygotowania próbek, natomiast spektrometria mas z pułapką jonową i jonizacją przez elektrorozpylanie zapewnia wysoką czułość i selektywność takiej analizy (23, 24).

Powyżej zamieściliśmy fragment artykułu, do którego możesz uzyskać pełny dostęp.

Płatny dostęp tylko do jednego, POWYŻSZEGO artykułu w Czytelni Medycznej
(uzyskany kod musi być wprowadzony na stronie artykułu, do którego został wykupiony)

Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu wraz z piśmiennictwem , należy wprowadzić kod:

Kod (cena 19 zł za 7 dni dostępu) mogą Państwo uzyskać, przechodząc na tę stronę.
Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.

 

 

Płatny dostęp do wszystkich zasobów Czytelni Medycznej

Aby uzyskać płatny dostęp do pełnej treści powyższego artykułu wraz z piśmiennictwem oraz WSZYSTKICH około 7000 artykułów Czytelni, należy wprowadzić kod:

Kod (cena 49 zł za 30 dni dostępu) mogą Państwo uzyskać, przechodząc na tę stronę.
Wprowadzając kod, akceptują Państwo treść Regulaminu oraz potwierdzają zapoznanie się z nim.

otrzymano: 2009-01-03
zaakceptowano do druku: 2009-01-12

Adres do korespondencji:
*Joanna Kałużna-Czaplińska
Instytut Chemii Ogólnej i Ekologicznej, Wydział Chemiczny Politechniki Łódzkiej
ul. Żeromskiego 116, 90-924 Łódź
tel.: (0-42) 631 31 10, 503 973 571
e-mail: jkaluzna@p.lodz.pl

Medycyna Rodzinna 1/2009
Strona internetowa czasopisma Medycyna Rodzinna