ASMS ve el lanzamiento de un nuevo alto

May 05, 2023

NUEVA YORK – En la conferencia anual de la Sociedad Estadounidense de Espectrometría de Masas esta semana en Houston, Thermo Fisher Scientific y Bruker presentaron instrumentos que podrían aumentar sustancialmente el poder de los análisis proteómicos.

Los dos instrumentos ofrecen mejoras tanto en el rendimiento como en la profundidad de la cobertura y deberían abordar los desafíos en una variedad de aplicaciones proteómicas, incluidas áreas de investigación particularmente candentes como los experimentos basados ​​en plasma y de una sola célula.

El nuevo espectrómetro de masas timsTOF Ultra de Bruker es la última edición de su línea de instrumentos timsTOF. Estos instrumentos han tenido una aceptación sustancial por parte de los investigadores de proteómica desde que se lanzaron por primera vez en 2016, lo que representa un gran desafío para la tecnología Orbitrap de Thermo Fisher, que había dominado el espacio durante gran parte de la década anterior.

Karl Mechtler, jefe de proteómica en el Instituto de Investigación de Patología Molecular de Viena, dijo que el nuevo instrumento reunió aspectos del timsTOF SCP existente de Bruker, que está diseñado para el análisis de células individuales y otras muestras de pequeño volumen, y su timsTOF HT, que es más específico. hasta análisis proteómicos profundos y de alto rendimiento de muestras a granel, incluido el plasma.

El Ultra mejora las capacidades de análisis de muestras pequeñas del SCP, al mismo tiempo que permite un análisis de alto rendimiento de muestras más grandes, dijo Mechtler, aunque sugirió que para muestras particularmente complicadas como el plasma, el timsTOF HT probablemente seguiría siendo el mejor instrumento.

En la reunión de ASMS de esta semana, Bruker destacó la capacidad de Ultra para la proteómica unicelular, en particular, señalando en los materiales de prensa que el instrumento puede identificar aproximadamente 5000 proteínas a nivel de una sola célula y cuantificar más de 4800 proteínas en coeficientes de variación de menos de 20 por ciento.

Mechtler presentó datos en la reunión de usuarios de Bruker esta semana que su laboratorio había generado usando el instrumento Ultra. En el Ultra, él y sus colegas pudieron medir aproximadamente 6000 grupos de proteínas con un coeficiente medio de variación del 10 por ciento en un estándar de 250 picogramos (aproximadamente equivalente a la cantidad de proteína en una sola célula) en comparación con alrededor de 5000 proteínas con un CV medio del 12 por ciento usando el SCP. Al observar las células HeLa y K562 individuales reales (a diferencia de los estándares), su laboratorio identificó, respectivamente, 3803 y 3221 proteínas utilizando Ultra.

Si bien Bruker's Ultra es una actualización de una plataforma existente, el nuevo lanzamiento de Thermo Fisher, Orbitrap Astral MS, marca la introducción de una nueva tecnología, el analizador Astral (para seguimiento asimétrico sin pérdidas) de la compañía. Al igual que un analizador de tiempo de vuelo (TOF), el Astral mide el viaje de los iones a lo largo de una pista dentro del instrumento y su llegada a la superficie de un detector. Sin embargo, según la compañía, el Astral logra una transmisión de iones significativamente mejor que un instrumento TOF típico, con más del 80 por ciento de los iones llegando al detector. El sistema utiliza espejos de iones asimétricos para formar una trampa electrostática abierta, creando una pista de 30 metros de largo para que los iones corran.

El instrumento también incluye un cuadrupolo al frente y un analizador Orbitrap. El analizador Astral ofrece una frecuencia de exploración de hasta 200 Hz y una resolución de 80 000, mientras que Orbitrap ofrece frecuencias de exploración de hasta 40 Hz y una resolución de hasta 480 000. La opción Biofarmacéutica de Orbitrap permite el análisis de moléculas de hasta m/z 8.000.

Los orbitraps proporcionan una resolución significativamente mayor que los analizadores TOF. Sin embargo, los TOF ofrecen velocidades de escaneo mucho más altas y, en los últimos años, muchos investigadores de proteómica se han movido hacia estos instrumentos más rápidos. Como dijo a GenomeWeb el año pasado Ben Orsburn, investigador de proteómica en el departamento de farmacología y ciencias moleculares de la Universidad Johns Hopkins y ex científico sénior de aplicaciones de campo en proteómica para Thermo Fisher, la alta velocidad de los instrumentos TOF como timsTOF de Bruker y ZenoTOF de Sciex hicieron le resultó difícil volver a los instrumentos más lentos basados ​​en Orbitrap.

Con su frecuencia de escaneo de 200 Hz, el Astral debería ayudar a Thermo Fisher a abordar esta brecha de velocidad. En comparación, el ZenoTOF ofrece una velocidad máxima de 133 Hz, mientras que el timsTOF HT de Bruker, anteriormente el instrumento de primera línea de la compañía, tiene una velocidad máxima de 150 Hz. Mientras tanto, el nuevo instrumento Ultra de Bruker alcanza un máximo de 300 Hz.

Esta velocidad resultará útil para los flujos de trabajo de adquisición independiente de datos (DIA), que Bradley Hart, director sénior de marketing de ciencias analíticas y marketing de productos de espectrometría de masas de ciencias de la vida en Thermo Fisher, dijo que es un nuevo punto de énfasis para la empresa.

Si bien Thermo Fisher ha desarrollado y ofrecido flujos de trabajo DIA durante mucho tiempo para su uso en sus instrumentos basados ​​en Orbitrap, Hart dijo que tradicionalmente ha puesto más recursos en los flujos de trabajo utilizando la adquisición dependiente de datos y el etiquetado de etiquetas de masa en tándem.

Esto, dijo, puso a la compañía un poco fuera de sintonía con algunos de sus clientes y el espacio proteómico en general a medida que los flujos de trabajo DIA crecían en popularidad.

"Fue nuestra falla", dijo Hart sobre el fracaso de Thermo Fisher para priorizar los flujos de trabajo DIA. "Creíamos que DIA tenía algunos desafíos, tal vez no era reproducible, los números estaban por todas partes en lo que respecta a las identificaciones y cuantitativamente [era] cuestionable. Pero supongo que nuestros clientes demostraron que estábamos equivocados en mucho de maneras."

Esta realización llevó a la compañía a reconstruir sus ofertas DIA, dijo Hart, destacando una nueva configuración DIA que combina su sistema Vanquish NEO UHPLC, las columnas µPAC NEO HPLC, EASY-Spray Nano Source y el software Proteome Discoverer con el algoritmo de búsqueda Chimerys. Esta configuración no es específica del Orbitrap Astral, pero el instrumento muestra un gran rendimiento cuando se utiliza para flujos de trabajo DIA. Según Thermo Fisher, es capaz de realizar experimentos DIA utilizando gradientes de LC de 13,4 minutos (100 muestras por día) que miden más de 8500 proteínas en el lisado de células HeLa.

Joshua Coon, profesor de química biomolecular y química en la Universidad de Wisconsin-Madison y usuario de acceso temprano del Orbitrap Astral, dijo que usando el instrumento, su laboratorio había medido 8,000 proteínas en líneas celulares y muestras de células cerebrales con un tiempo de ocho minutos. gradiente de LC. En otro experimento, el laboratorio dividió esas muestras en ocho fracciones, ejecutó cada una con un gradiente de ocho minutos y midió 12 000 proteínas en poco más de una hora.

"Eso es, creo, bastante notable", dijo Coon. "Eso significa que si desea realizar estudios a gran escala, realmente abre la puerta para tener el rendimiento que necesita. Hemos mejorado [en el rendimiento], pero este es un paso adelante notable".

Jennifer Van Eyk, directora de los laboratorios de biomarcadores de precisión del Centro Médico Cedars-Sinai, ha estado utilizando el Orbitrap Astral para análisis proteómicos de plasma, donde también parece proporcionar un aumento sustancial en el poder sobre la instrumentación preexistente. Van Eyk dijo que en experimentos que ejecutan 60 muestras por día en plasma no empobrecido, el nuevo instrumento puede medir entre 2 y 2,5 veces más proteínas que las medidas usando el mismo flujo de trabajo en el instrumento 480 Exploris de Thermo Fisher.

"Estamos extrayendo no solo más proteínas, sino más proteínas cuantificables y proteínas que son repetibles, lo que significa que, si analizamos [una muestra] cinco veces, la vemos las cinco veces", dijo. "Es un gran salto".

Quizás lo más impresionante es el rendimiento que permite el instrumento, dijo Van Eyk, y señaló que ella y sus colegas han obtenido buenos datos y una cobertura profunda de hasta 180 muestras de plasma sin agotar por día.

"Con 180 muestras [por día], de repente se puede empezar a hablar de ejecutar 10 000 muestras y luego se convierte en un estudio de población", dijo.

"Creemos que este instrumento tiene el potencial de comenzar a [habilitar] estudios de cohortes grandes y de alto rendimiento real para la proteómica, y finalmente llegar realmente a la medicina de precisión y la medicina personalizada", dijo Hart. Dijo que en su trabajo interno, la compañía había demostrado que el instrumento puede medir aproximadamente 600 proteínas en muestras de plasma no fraccionadas y no empobrecidas cuando se ejecutan a una velocidad de 180 muestras por día.

El fraccionamiento y el enriquecimiento de muestras de plasma permite que el instrumento sea mucho más profundo. Hart dijo que con la plataforma Proteograph de Seer, que utiliza nanopartículas para enriquecer muestras de plasma para análisis proteómicos, el Orbitrap Astral puede medir aproximadamente 6000 proteínas en plasma con un rendimiento de cuatro muestras por día. Ese rendimiento debería aumentar con el reciente lanzamiento de la nueva versión de Seer de su kit de ensayo Proteograph, el Proteograph XT. Mientras que el kit original requería que los usuarios dividieran sus muestras en cinco fracciones, lo que significa que cada muestra requería cinco ejecuciones de LC-MS separadas, el XT requiere solo dos fracciones, lo que significa que cada muestra requiere solo dos ejecuciones de LC-MS separadas. En los datos que Thermo Fisher mostró esta semana en ASMS, Orbitrap Astral pudo medir aproximadamente 6000 proteínas en alrededor de 30 muestras de plasma por día utilizando el nuevo kit XT.

Coon, que es usuario de la plataforma Proteograph de Seer pero aún no la ha usado con el Orbitrap Astral, también citó el sólido desempeño del instrumento en plasma, y ​​señaló que su laboratorio pudo medir aproximadamente 1500 proteínas en plasma no empobrecido y no enriquecido usando un 50- gradiente de LC de un minuto y había desarrollado un método de infusión directa de un minuto en el instrumento capaz de medir alrededor de 200 proteínas por muestra.

Coon dijo que si bien "los lanzamientos de especificaciones masivas a menudo tienden a ser impulsos reales pero modestos", veía el Orbitrap Astral como un avance más dramático. "Creo que es un gran problema".

Los datos proteómicos de plasma generados en el Orbitrap Astral "son realmente espectaculares", dijo Mechtler, aunque señaló que queda por ver qué tan bien se sostiene una vez que el instrumento se usa más ampliamente. También dijo que los datos que ha visto para los experimentos de una sola célula indican que Ultra es el sistema con mejor rendimiento en este sentido, ya que ofrece una cuantificación reproducible para una mayor cantidad de proteínas.

"Las dos máquinas son realmente espectaculares", dijo Mechtler. “Yo no diría 'compre esta máquina, o compre esta máquina'. Ambos son realmente geniales".