应用方案 | 靶向质谱成像助力药物早期发现药代动力学研究
今天,小编跟大家一起探讨如何使用这套高灵敏度、高选择性的靶向质谱成像系统完成0-6 h的免标记药物组织分布研究。
这项研究对口腔组合给药后多种组织(脑、肝和肾)中的4种非专利药物(特非那定、埃罗替尼、莫西沙星、奥氮平)及其部分已知代谢物(去甲基奥氮平、羟基奥氮平、二去甲基埃罗替尼、去甲基埃罗替尼和羧基特非那定)的空间分布进行了成像研究。在前期研究中证实MALDI技术无法检测到目标化合物,所以研究者使用DESI技术进行了进一步的研究。
四种药物(特非那定、埃罗替尼、奥氮平、莫西沙星)分别以25、10、10和25 mg/kg的剂量,通过口服方式实施组合给药,于给药后2 h和6 h时后收集成年雄性大鼠的脑、肝和肾组织样本。
详见应用原文720007949。
采用装配DESI XS离子源的Xevo TQ Absolute质谱仪在MRM采集模式下完成。MRM通道列表以及碰撞能量见表1。每秒扫描10次,采集像素大小为50×50 m的数据。详见应用720007949。
表1. 各药物和代谢物(奥氮平、埃罗替尼、莫西沙星、特非那定、脂质)的MRM通道列表,药物及其代谢物采用相同颜色显示,药物为粗体。
实验设置、数据采集和处理通过MassLynx与Waters High Definition Imaging (HDI) 1.7软件无缝衔接组成的工作流程完成。
表1.各药物和代谢物(奥氮平、埃罗替尼、莫西沙星、特非那定、脂质)的MRM通道列表,药物及其代谢物采用相同颜色显示,药物为粗体。
本实验对9个数据集进行成像并导入到HDI 1.7中。图1为PC [34:1],K+脂质分布图,显示了脑、肾和肝组织切片的组织轮廓。
图1. HDI 1.7软件中展示在10 Hz下采集到的脑、肾和肝样本中脂质的可视化数据(对照组织、给药后2 h和给药后6 h)。
给药后2 h和6 h的组织切片上检出了所有四种药物,但对照组织中未检出。
图2-图5的RGB(红-绿-蓝)图像分别为莫西沙星、奥氮平及其代谢物、埃罗替尼及其代谢物、特非那定及其代谢物在不同组织中分布的情况;可以清晰地看出药物及其代谢物在不同时间、不同器官及不同组织的分布情况。
图2. 对照组织以及给药后2 h和6 h的脑、肾和肝组织切片中莫西沙星的图像。
图3.对照组织以及给药后2 h和6 h的组织中,奥氮平这种药物(绿色)及其代谢物去甲基奥氮平(红色)和羟基奥氮平(蓝色)的RGB图像。图中的组织切片来自脑、肾和肝。
图4.对照组织以及给药后2 h和6 h的组织中,埃罗替尼这种药物(红色)及其代谢物二去甲基埃罗替尼(绿色)和去甲基埃罗替尼(蓝色)的RGB图像。图中的组织切片来自脑、肾和肝。
图5. 对照组织以及给药后2 h和6 h的组织中,特非那定这种药物(绿色)及其活性代谢物羧基特非那定(红色)的RGB图像。图中的组织切片来自脑、肾和肝。
(左右滑动查看)
为对比非靶向质谱成像系统与靶向质谱成像系统的灵敏度,本实验还在DESI XS源设置相同的DESI XS Q-Tof质谱仪上分析了一组连续组织切片(给药后2 h)。全扫描模式采集以2次扫描/秒的速度进行,质量范围为m/z 50-1,200。下面的汇总表(表2)以绿色标识检出的药物和代谢物,以红色标识未检出的药物和代谢物。
表2. 通过MRM通道(TQ质谱仪)或全扫描MS(Q-TOF质谱仪)检测到的药物(粗体)和代谢物。绿色表示检出化合物,红色表示未检出该化合物。
MRM采集模式的专属性还带来了另一个优势,能很好地区分背景信号和目标信号,由图6可见,在TQ离子图像中,组织切片之外没有检测到信号,而在脑和肝样本的非靶向全扫描离子图像中可以观察到背景信号。且靶向质谱成像具有更好的灵敏度。
图6. 给药后2 h的脑、肾和肝组织切片中去甲基埃罗替尼离子图像,分别使用DESI MRM TQ系统(10 Hz)和DESI全扫描MS Q-TOF (2 Hz)采集而得。
得益于出色的灵敏度和选择性,靶向质谱成像系统有效扩展了组合给药组织实验的检测范围,能够检出种类更多的药物和代谢物。
靶向成像可以快速完成组织切片分析而不影响所得数据的质量,在相同的时间内分析更多组织或在同一个样本采集更多数据点。
DESI可对多种化合物进行高效电离,且无需进一步样品前处理,非常适用于多种药物和药物代谢物分子的成像。
在串联四极杆仪器上组合使用DESI离子源和MRM模式可以提升灵敏度,从而轻松对目标组织中治疗水平的药物进行成像,同时还能加快成像速度,满足高通量分析需求。
了解更多信息,请阅读原文或访问靶向质谱成像(MSI)。
1. Swales JG, Tucker JW, Strittmatter N, Nilsson A, Cobice D, Clench MR, Mackay CL, Andren PE, Takáts Z, Webborn PJ, Goodwin RJ. Mass spectrometry imaging of cassette-dosed drugs for higher throughput pharmacokinetic and biodistribution analysis. Anal Chem. 2014 Aug 19;86(16):8473-80. doi: 10.1021/ac502217r. Epub 2014 Aug 8. PMID: 25084360.
2. Dannhorn A, Doria ML, J McKenzie, Ingles P, Swales JG, Hamm G, Strittmatter N, Maglenoon G, Ghaem-Maghami S, Goodwin RJ, Takats Z. Targeted Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry Imaging for Drug Distribution, Toxicity, and Tissue Classification Studies. Metabolites 2023, 13, 377. https://doi.org/10.3390/metabo13030377.
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