Nuevo desarrollo de un ensayo completo de metabolómica dirigida para analizar metabolitos en muestras de suero y plasma.
La metabolómica ha logrado un avance revolucionario con el desarrollo de un nuevo y completo ensayo de metabolómica dirigida para analizar metabolitos en muestras de suero y plasma.
Este proyecto, dirigido en colaboración por el grupo del Dr. David S. Wishart en el Metabolomics Innovation Centre (TMIC) de la Universidad de Alberta, Canadá, y el grupo de la Dra. Cristina Andres-Lacueva en el Grupo de Investigación de Biomarcadores y Metabolómica Nutricional y Alimentaria de la Universidad de Barcelona-CIBERFES, España, tiene como objetivo abordar una limitación clave de la metabolómica dirigida tradicional, que normalmente cubre menos de 200 metabolitos.
La cobertura limitada de metabolitos ha restringido el impacto de la metabolómica dirigida en la investigación clínica y en el descubrimiento de biomarcadores. En respuesta, este equipo ha desarrollado el ensayo MEGA, que cuantifica más de 700 metabolitos, mejorando significativamente la profundidad analítica de la investigación en metabolómica y permitiendo una mayor comprensión de diversas vías bioquímicas.
Innovación tecnológica detrás del MEGA
El ensayo MEGA utiliza cromatografía líquida acoplada a espectrometría de masas en tándem (LC–MS/MS) en modo de monitoreo de reacciones múltiples (MRM), logrando tanto alta precisión como una amplia cobertura de metabolitos. Se utilizaron estándares internos marcados isotópicamente (ISTDs) junto con reactivos de derivatización marcados isotópicamente para una cuantificación precisa de los metabolitos.
Además, el ensayo emplea un formato de placa de 96 pocillos que permite el procesamiento de muestras a gran escala. La preparación de las muestras incluye dos derivatizaciones: fenilisotiocianato (PITC) para aminoácidos, aminas biógenas y lípidos, y 3-nitrofenilhidrazina (3-NPH) para ácidos orgánicos.
El análisis se lleva a cabo en un sistema UHPLC-QTRAP mediante cuatro métodos con tiempos de ejecución breves: métodos LC en fase reversa, Panel A (aminoácidos, aminas biógenas; tiempo de ejecución de 9 minutos), Panel B (ácidos orgánicos; 12 minutos de tiempo de ejecución), e Inyección de Flujo Directo, DFI 1 y DFI 2 (lípidos; tiempo de ejecución de 3 minutos cada uno).
La cuantificación de los datos se realiza mediante una herramienta web propia llamada LC-Autofit, que permite el análisis y la generación de informes en pocas horas. Esta configuración no solo garantiza la precisión en la cuantificación de los metabolitos, sino que también la hace eficiente y rentable para el manejo de grandes volúmenes de muestras, lo que es esencial para estudios que buscan descubrir marcadores metabólicos en diversos grupos de pacientes.
Amplia cobertura de metabolitos per a conocimientos clínicos
Con la capacidad de detectar y cuantificar 721 metabolitos que abarcan 20 clases químicas, incluyendo 64 aminoácidos y derivados, 53 ácidos orgánicos, 19 aminas biógenas, 22 nucleobases y nucleósidos, 4 catecolaminas, 9 metabolitos de la vía de quinurenina-triptófano, 7 cetonas y ácidos ceto, 9 derivados de indol, 3 vitaminas y derivados, 4 sulfatos, 1 dipéptido, 242 triglicéridos, 75 fosfatidilcolinas, 40 acilcarnitinas, 22 ésteres de colesterol, 44 diglicéridos, 36 ceramidas, 19 hexosilceramidas, 14 lisofosfatidilcolinas, 14 esfingomielinas, 9 dihexosilceramidas, 6 trihexosilceramidas, 2 azúcares y 3 metabolitos diversos, el ensayo MEGA proporciona una cobertura sin precedentes de metabolitos clínicamente relevantes que desempeñan roles esenciales en la salud y la enfermedad.
Investigadores y clínicos pueden utilizar esta información para identificar nuevos biomarcadores para condiciones como enfermedades cardiovasculares, el deterioro cognitivo y trastornos metabólicos, marcando un desarrollo transformador para el diagnóstico de precisión y el seguimiento terapéutico.
Validación rigorosa y aplicaciones en el mundo real
El ensayo ha sido validado rigurosamente a través de pruebas exhaustivas de calibración, precisión y exactitud, cumpliendo con altos estándares en la investigación en metabolómica. Los límites de detección se determinaron entre 1,4 nM y 10 mM, las tasas de recuperación oscilaron entre el 80% y el 120%, y la precisión cuantitativa fue inferior al 20%.
Su rendimiento fue confirmado mediante comparación con la espectroscopia de RMN utilizando un estándar de plasma conocido, el estándar de plasma NIST® SRM 1950®, que mostró una correlación sólida con desviaciones menores al 15%.
El valor del ensayo también se demostró en un estudio clínico centrado en el deterioro cognitivo leve, en el que ayudó a medir cambios metabólicos en respuesta a una intervención con dieta mediterránea. Los compuestos significativos con disminución de concentración, como ceramidas, glucosilceramidas, triglicéridos y fosfatidilcolinas, podrían indicar una mejora en el deterioro cognitivo, ya que se observó una reducción en sus niveles de concentración tras la aplicación de la dieta mediterránea.
Estos hallazgos requieren más exploración, pero subrayan el potencial del ensayo en estudios de nutrición, investigación de enfermedades e intervenciones clínicas.
Direcciones futuras y accesibilidad del MEGA
En el futuro, el ensayo tiene el potencial de convertirse en una herramienta estándar en la investigación clínica y en estudios de metabolómica debido a su compatibilidad con diversas plataformas de espectrometría de masas y su facilidad de uso.
El equipo ha priorizado hacer que el ensayo sea accesible para laboratorios de todo el mundo, democratizando el acceso a datos de metabolómica de alta calidad.
Al cerrar las brechas en el análisis de metabolitos, el ensayo no solo mejora las capacidades de investigación, sino que también contribuye al objetivo más amplio de avanzar en la medicina de precisión y la atención médica personalizada.
Referencias
- 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