代谢组学:长途旅行从实验室到诊所
最近的改进技术使同步大量的代谢物的检测和定量生物样本。在这里,我们审查的挑战和创新在代谢组学技术,找出这些工具是如何影响临床生物标志物的发现。
液相色谱-光谱法(质),利用每个分子的独特的化学性质,分开在质谱分析之前,正成为诸多代谢组学研究的主要技术。
“大概四分之三的分析现在使用质主要是由于它能够衡量数以百计的分子在一个示例中,“丹尼尔教授说阿布的华盛顿大学的线粒体和代谢中心。
这种技术使用色谱分离复杂混合物中的分子,如血液样本。代谢组学研究,这通常是实现两种方式——使用疏水或亲水列。
“分子分离出来的缺乏倾向于表面,”阿布解释道。
一旦离开了列,分子检测在质谱仪。
”分子的组合柱的保留时间和它的质量是两个相关的参数,我们用来描述它,”博士说Aalim Weljie,宾夕法尼亚大学的药理学研究助理教授。
“暗物质”
质的一大优势是其敏感性——它可以检测代谢物在浓度非常低,提供良好的覆盖的代谢物。但是缺点是,大部分的这些未知的分子——被一些研究者“黑暗代谢物”。
“如果你正在做一个没有针对性分析,大约10到20%的出来是通过数据库和其他可识别的搜索,但剩下的90%,我们不知道它们是什么,“Weljie解释道。
现在一些高分辨率的仪器帮助研究人员确定一个分子的化学公式,但其具体结构可以仍然难以捉摸。但更新的方法,如串联质谱,可以帮助提供线索。
“我们选择父分子分解成更小的碎片和观察模式,“Weljie说。
也通过最近的创新提供帮助cheminformatics,它使用一些结构信息的计算方法与实验数据。
驯服不稳定
在过去,稳定也是一个很大的挑战质限制多少样品可以分析仪器之前改变了信号强度。
后你会运行50个样品如果你再次重复第一个示例,它看起来不同如何第一次那样,”阿布解释道。
这意味着之间缺乏可比性数据所产生的不同的机器或实验室。阿布说:“在过去,每个质谱仪是自己的生物!”
但现在情况正在改善,由于更稳定的仪器和更好的质量控制方法的发展。
“人们现在谈论运行样本和看大概相同的分子和报告相同的结果——这是开始在过去的几年中,“阿布说。
先进的分离技术
Ultraperformance液相色谱(UPLC),这使得仪器能够承受更高的压力,可以提高速度、分辨率和灵敏度。工业实验室更快的运行时间是非常有益的,但许多学术实验室也获得了利益。
“您可以运行更大规模的研究和质谱仪将更稳定,因为你只是跑的更快,”阿布解释道。
最近,微- - -nanoflow液相色谱也有助于进一步提高灵敏度。
“UPLC和传统色谱两毫升每分钟流量,但是这些新技术在微——或者只工作,“Weljie解释道。
Nanoflow极其敏感,所以可以用来分析分子浓度很低,但它可能是一个挑战来执行由于困难连接到质谱分析仪器。
“微流位于两者之间——所以,你有一些慢的优点没有暴露自己管道的流量问题。这是一个重大进步但还不普遍,“Weljie说。
探讨血脂的秘密
“脂质分子越来越重要,他们似乎对许多疾病很敏感,特别是神经系统疾病和某些癌症——例如,我们做了一个研究确定血脂变化与卵巢癌有关说:“阿布。
其他人正在看使用脂质作为预后标志物的潜力。
磁矩
“你把你的核磁共振样品,这是一个高场磁体将核自旋-代谢组学,通常的氢原子,然后利用射频脉冲检测,”阿布解释道。
核磁共振非常量化,但它缺乏敏感性。
“你可以恢复信息代谢物的浓度在一个复杂的样品像血,“Weljie解释道。“但代谢物的数量你可以看到每样是相对有限的。”
但新技术正在寻找方法来提高信号。例如,许多实验室开始使用低温冷却核磁共振探头。
“根据示例,您可以增加敏感性,三到五次“Weljie说。
到诊所
然而,最大的对未来的希望是围绕创建面板的生物标记物,可以帮助现货在个体代谢变化——例如,帮助国旗远远领先于任何疾病的发病症状或选择正确的治疗。尽管最近的爆炸在调查潜在的生物标记物,需要向我们精密医学,将需要更多的研究来将这些转化为强大的临床诊断工具。
“这不是因为技术不能这样做,只是生物标志物的验证是具有挑战性的,”阿布解释道。
大规模研究验证的关键,科学家在人们参与人口研究多年。核磁共振可以分析这些大样本集的一个优势,因为其稳定性。
“质谱只是没到级别运行成千上万的样本,你可以做核磁共振,”阿布说。
研究人员也在努力结合大型数据集在所有的组学信息,可以提供更大的能力和信心在他们的结果。
“如果你看到一个改变代谢产物和酶的变化,可能还有一个生物可核查的改变,”阿布说。
使药物更精确
“有很多令人兴奋的事情发生在新陈代谢,但是仍然还有很多工作要做,理解不同的生物应力的变化关系,”阿布说。
但是最近的技术进步探索代谢物产生新的领域研究人员的热情。
”刚刚开始成熟的工具现在我们有进入空间和问这些问题在一个真正的,我认为这是令人兴奋的时刻,”Weljie说。
