La metabolòmica ha aconseguit un avenç revolucionari amb el desenvolupament d’un nou i complet assaig de metabolòmica dirigida per analitzar metabolits en mostres de sèrum i plasma. Aquest projecte, dirigit en col·laboració pel grup del Dr. David S. Wishart al Metabolomics Innovation Centre (TMIC) de la Universitat d’Alberta, Canadà, i el grup de la Dra. Cristina Andres-Lacueva al Grup de Recerca de Biomarcadors i Metabolòmica Nutricional i Alimentària de la Universitat de Barcelona-CIBERFES, Espanya, té com a objectiu abordar una limitació clau de la metabolòmica dirigida tradicional, que normalment cobreix menys de 200 metabolits. La cobertura limitada de metabolits ha restringit l’impacte de la metabolòmica dirigida en la recerca clínica i en el descobriment de biomarcadors. En resposta, aquest equip ha desenvolupat l’assaig MEGA, que quantifica més de 700 metabolits, millorant significativament la profunditat analítica de la recerca en metabolòmica i permetent una major comprensió de diverses vies bioquímiques.
Innovació tecnològica darrere del MEGA
L’assaig MEGA utilitza cromatografia líquida acoblada a espectrometria de masses en tándem (LC–MS/MS) en mode de monitoratge de reaccions múltiples (MRM), aconseguint tant alta precisió com una àmplia cobertura de metabolits. Es van utilitzar estàndards interns isotòpicament marcats (ISTDs) juntament amb reactius de derivatització isotòpicament marcats per a una quantificació precisa dels metabolits. A més, l’assaig utilitza un format de placa de 96 pous que permet el processament de mostres a gran escala. La preparació de les mostres inclou dues derivatitzacions: fenilisotiocianat (PITC) per aminoàcids, amines biògenes i lípids, i 3-nitrofenilhidracina (3-NPH) per àcids orgànics. L’anàlisi es realitza en un sistema UHPLC-QTRAP mitjançant quatre mètodes en temps d’execució breus: mètodes LC en fase reversa, Panel A (aminoàcids, amines biògenes; temps d’execució de 9 minuts), Panel B (àcids orgànics; 12 minuts de temps d’execució), i Injecció de Flux Directe, DFI 1 i DFI 2 (lípids; temps d’execució de 3 minuts per a cadascun). La quantificació de les dades es realitza mitjançant una eina web pròpia anomenada LC-Autofit, que permet l’anàlisi i la generació d’informes en poques hores. Aquesta configuració no només assegura la precisió en la quantificació dels metabolits, sinó que també la fa eficient i rendible per al maneig de grans volums de mostres, la qual cosa és essencial per a estudis que busquen descobrir marcadors metabòlics en diversos grups de pacients.
Àmplia cobertura de metabolits per a coneixements clínics
Amb la capacitat de detectar i quantificar 721 metabolits que abasten 20 classes químiques, incloent-hi 64 aminoàcids i derivats, 53 àcids orgànics, 19 amines biògenes, 22 nucleobases i nucleòsids, 4 catecolamines, 9 metabolits de la via de quinurenina-triptòfan, 7 cetones i àcids ceto, 9 derivats d’indol, 3 vitamines i derivats, 4 sulfats, 1 dipèptid, 242 triglicèrids, 75 fosfatidilcolines, 40 acilcarnitines, 22 èsters de colesterol, 44 diglicèrids, 36 ceramides, 19 hexosilceramides, 14 lisofosfatidilcolines, 14 esfingomielines, 9 dihexosilceramides, 6 trihexosilceramides, 2 sucres i 3 metabolits diversos, l’assaig MEGA proporciona una cobertura sense precedents de metabolits clínicament rellevants que juguen rols essencials en la salut i la malaltia. Investigadors i clínics poden utilitzar aquesta informació per identificar nous biomarcadors per a condicions com malalties cardiovasculars, el deteriorament cognitiu i trastorns metabòlics, marcant un desenvolupament transformador per al diagnòstic de precisió i el seguiment terapèutic.
Validació rigorosa i aplicacions en el món real
L’assaig ha estat validat rigorosament a través de proves exhaustives de calibratge, precisió i exactitud, complint amb alts estàndards en la recerca en metabolòmica. Els límits de detecció es van determinar entre 1,4 nM i 10 mM, les taxes de recuperació van oscil·lar entre el 80% i el 120%, i la precisió quantitativa va ser inferior al 20%. El seu rendiment va ser confirmat mitjançant comparació amb l’espectroscòpia de RMN utilitzant un estàndard de plasma conegut, l’estàndard de plasma NIST® SRM 1950®, que va mostrar una correlació sòlida amb desviacions menors al 15%. El valor de l’assaig també es va demostrar en un estudi clínic centrat en el deteriorament cognitiu lleu, en què va ajudar a mesurar canvis metabòlics en resposta a una intervenció amb dieta mediterrània. Els compostos significatius amb disminució de concentració, com ceramides, glucosilceramides, triglicèrids i fosfatidilcolines, podrien indicar una millora en el deteriorament cognitiu, ja que es va observar una disminució en els nivells de concentració després de l’aplicació de la dieta mediterrània. Aquests descobriments necessiten més exploració, però subratllen el potencial de l’assaig en estudis de nutrició, investigació de malalties i intervencions clíniques.
Direccions futures i accessibilitat del MEGA
En el futur, l’assaig té el potencial de convertir-se en una eina estàndard en la recerca clínica i estudis de metabolòmica a causa de la seva compatibilitat amb diverses plataformes d’espectrometria de masses i la seva facilitat d’ús. L’equip ha prioritzat fer que l’assaig sigui accessible per laboratoris de tot el món, democratitzant l’accés a dades de metabolòmica d’alta qualitat. En tancar les bretxes en l’anàlisi de metabolits, l’assaig no només millora les capacitats de recerca, sinó que també contribueix a l’objectiu més ampli d’avançar en la medicina de precisió i l’atenció mèdica personalitzada.
Referències
- Zhang, L.; Zheng, J.; Johnson, M.; Mandal, R.; Cruz, M.; Martinez-Huélamo, M.; Andres-Lacueva, C.; Wishart, D.S. A Comprehensive LC-MS Metabolomics Assay for Quantitative Analysis of Serum and Plasma. Metabolites 2024, https://doi.org/10.3390/metabo1411062214, 622.
- Cardelo, M.P.; Corina, A.; Leon-Acuña, A.; Quintana-Navarro, G.M.; Alcala-Diaz, J.F.; Rangel-Zuñiga, O.A.; Camargo, A.; Conde-Gavilan, C.; Carmona-Medialdea, C.; Vallejo-Casas, J.A.; et al. Effect of the Mediterranean diet and probiotic supplementation in the management of mild cognitive impairment: Rationale, methods, and baseline characteristics. Front Nutr 2022, 9, 1037842, doi:10.3389/fnut.2022.1037842.
- https://www.tmicwishartnode.ca/product/mtx-mega-assay-lc-ms-targeted-3