小说临床质谱应用程序:从基础研究到临床应用

质谱(MS)曾经是化学家的域内主要分子结构表征。然而,在短短的十年中,证明了它的多功能性女士,因为它推出了一个新方法微生物特异性识别,远远超过了其他方法,敏感性,减轻或成本。尽管女士已经在临床用于测定分析物的浓度,商业女士fda的发布平台微生物鉴定使技术更大的风险。女士现在是越来越熟悉,欢迎各种临床应用,从实验室检测分析物量化诊断应用传染病,先天性代谢缺陷和癌症,包括进军外科医生的套件的发明iKnife。

女士基本知识、优点和缺点

不同类型的女士的技术存在,但它是最常表现为气相色谱法(gc - MS)女士,女士液相色谱(质),串联女士(MS / MS、gc - MS / MS质/ MS),和matrix-assisted激光解吸/电离飞行时间(MALDI-TOF)的临床应用。各种方法的基本原理是相似的。分析物之前色谱分离的电离或直接电离和分析使用他们的特定质荷比记录在一个光谱。在目标方法,特定的山峰被用来识别特定分析物,即。、药物或类固醇。在一个没有针对性的方法,结合模式,分析了峰值的算法或数据库中已知的样本相比,例如,对一个已知的微生物微生物鉴定。

“质谱的力量,尤其是当结合色谱,是增强敏感性和特异性及其能力测量几个临床分析物在一个多路复用方式,”保罗Jannetto解释说,博士,临床质谱实验室的副主任实验医学和病理学系在梅奥诊所,在描述一些女士优势。此外,该技术是适应因为化验可以开发新颖的分析物或应用程序。同时这是它的一个缺点。”仍围绕着女士的最大挑战之一,是发展所需的技术知识,验证,和支持临床试验在这些乐器,因为大多数应用程序将内部检验科已经得到了(LDTs)。结果,知识和熟练的个人需要,不仅开发健壮的临床化验,但维护,及时排除和服务这些乐器。此外,公司将需要适应FDA指南,所以也会有被监管考虑新公司实现。”

女士为实验室测试

女士作为高度敏感和具体技术,是理想的量化biofluids的小分子,如类固醇,非法药物,或滥用和治疗处方药物。例如,调节的浓度免疫抑制剂(如他克莫司)是至关重要的;如果水平太低,这增加了组织排斥的风险,而如果水平过高,可能导致毒性和对移植器官的破坏。女士也可以检测和定量较大的生物分子,如蛋白质。例如,它可以用来监测分析甲状腺癌患者治疗后的甲状腺球蛋白甲状腺滤泡细胞产生的糖蛋白和甲状腺癌复发的生物标志物。

“大规模spectrometry-based方法也被用来确定病例单克隆丙种球蛋白病的伽马免疫球蛋白,它是在生产过程中可能发生血液恶性肿瘤,”Jannetto博士阐述了更新颖的应用程序。“当前实验室检测采用蛋白质凝胶电泳,immunofixation,和自由轻链分析,然而他们遭受低敏感性和高成本。另一方面,女士每样提供一个敏感的和低成本的选择。女士也可以用来量化血清水平的单克隆抗体免疫治疗,它可以区分从内生单克隆抗体。”

女士代谢物和先天性代谢异常(IEM)

目标识别特定小分子代谢物的女士在新生儿biofluids使一些iem的诊断。例如,缺陷脂肪酸氧化可以确定通过acylcarnitine剖析。其他iem女士可以帮助诊断包括胱氨酸病,戊二酸尿I型,溶酶体疾病,跨越一系列的疾病,例如Fabry疾病,戈谢病,Krabbe疾病,黏多醣症类型I和II, a / B型疾病和尼曼氏病C疾病和筛疾病。最近的趋势没有针对性,系统生物学利用代谢组学检测改变整个代谢物,这可能被绑回某一代谢酶的突变,因此IEM。这种方法在临床使用,但还没有一个活跃的研究领域。

微生物识别女士

“目前,大规模spectrometry-based方法识别微生物被采用在微生物实验室在美国由于识别时间短与传统的技术相比,Jannetto博士补充道:“这是迄今为止最著名的临床应用女士。“这是一个改变游戏规则在微生物学实验室。一个patient-derived biofluid培养和菌落分析仪器女士,产生一个光谱可以匹配建立数据库。“虽然只对微生物的一个子集,fda不申请分枝杆菌,丝状真菌和罕见的微生物的研究只使用(RUO)数据库。改进的技术也进一步缩短分析时间,如测试抗菌药物敏感性或者直接评价血培养或生物膜。

癌症诊断和手术的女士

Matrix-assisted激光解吸/电离成像质谱(MALDI IMS)是一个女士与空间信息的组合。女士收集整个组织光谱样本,生成一个空间地图女士。到目前为止,主要是用于分析癌组织用于诊断目的,即。,differentiating tumor from healthy tissue, or for prognostic purposes, i.e., predicting patient survival. The method is not FDA-cleared but could be适合临床使用。

另一个新兴的工具称为智能刀或女士iKnife艾滋病进行肿瘤切除的外科医生。它电离肿瘤组织采用快速蒸发电离质谱(兰斯)。分析了离子注入到一个质谱仪和实时区分肿瘤和正常组织。这有助于肿瘤边界轮廓,通知医生在切除肿瘤。Zoltan Takats伦敦帝国理工学院分析化学教授发明了iKnife。他的灵感当他观察到一个电设备。“这一定是在2007年或2008年,我的第一反应是它必须产生电离分子,我们可以通过质谱检测!’”他回忆说,当概念第一次意识到他。“我们借了一个古老的透热设备来测试它是否起了作用。而且它确实!在目前的格式,外科医生使用iKnife正如他们将他们的常规电设备。其余的仪器,离子的质量记录,后面发生的现场,手术以外的区域。问题仍然是反馈——外科医生不能看iKnife的分析操作时电脑屏幕上的输出。要克服这一点,我们正在测试一种广泛的选项从音频信号增强现实。”

iKnife“学习”如何区分肿瘤与正常组织使用一个训练算法。“首先,iKnife用于一组已知的癌症和健康的组织样本。检测到分子物种的数量,形成特征模式典型的肿瘤或健康组织。接下来,从这种学习模式,iKnife预测原位在手术中肿瘤组织和邻近的正常组织,从而指导外科医生在肿瘤切除,Takats教授解释说:“他的发明。它是高度敏感的(78.6 - -97.4%)和特定的(89.7 - -100%)区分肿瘤,良性腺瘤,边缘肿瘤组织和健康组织体外patient-derived结直肠,乳房,妇科肿瘤样本。iKnife甚至进入飞行员在乳腺癌临床试验(REI-EXCISE),子宫内膜癌症。“我们目前也计划开始在结直肠息肉分类研究内镜检查。我们也打算使用设备来识别卵巢癌腹膜转移,”iKnife Takats教授他的计划。

与许多新兴技术一样,也拥抱女士组学与应用趋势蛋白质组学(例如,在patient-derived等离子体),代谢组学,lipidomics。一个令人兴奋的新方向是“volatome”,整个组合的挥发性有机化合物(挥发性有机化合物的仪器)组成呼出的气息。正在研究的“质谱分析挥发性有机化合物的仪器作为一种无创性工具等各种疾病的早期诊断肺癌Jannetto博士解释说:“这开发技术。除了应用程序,改进仪器设计、易用性和大小,是推进。“几个女士仪器制造商正在致力于简化系统,他们希望将收到FDA-clearance,需要最少的专业知识,“Jannetto博士总结道。“制造商也开始减少仪表的大小不影响敏感性和特异性。“最终,这样小型女士仪器可用于诊断即时测试。