Hmotnostní spektrometrie v bioanalytické chemii

Mgr. Monika Skrutková Langmajerová, Ph.D.

Doctoral thesis

Mass spectrometry in bioanalytical chemistry

Abstract:

Nezbytnou součástí pochopení komplexních živých systémů je kvalitativní a kvantitativní stanovení bioanalytů. Následně lze hledat vztahy mezi těmito prvky a sledovat jejich změny při fyziologických i patologických procesech. Tyto bioanalyty jsou z pohledu fyzikálně-chemických vlastností velmi rozdílné a z toho vyplývají i různé použité separační a detekční metody. Jednou z používaných detekčních metod je hmotnostní spektrometrie (MS). Její velkou výhodou je univerzálnost a rychlost. Současně je to i vysoce specifická a citlivá metoda, která umožňuje kvalitativní a kvantitativní analýzu bioanalytů ve složitých matricích, což vede k širokému uplatnění této metody. Díky vývoji nových typů iontových zdrojů v posledních desetiletích je možné převést jak malé molekuly, tak rozličné biomakromolekuly do plynné fáze a následně je analyzovat. V případě vhodnosti předseparovat komplexní směs vzorků, lze využít kapilární elektroforézu (CE), protože umožnuje nízkou spotřebu vzorku a také ostatních reagencií. Analýza je rychlá, nevyžaduje značení analytů a je možné ji automatizovat. V předložené dizertační práci byla využita CE ve spojení s MS pro studium v několika oblastech. Tato metoda byla nápomocná při objasnění metabolismu léčiv zprostřed-kovaným cytochromy P450. Zajímavých výsledků bylo dosaženo také při studiu hyaluronidasy, při stanovení kinetických konstant a inhibičního potenciálu několika substancí. Další oblastí bylo stanovení aminokyselin a dalších kladně nabitých metabolitů. Metoda byla použita při analýze kultivačních mediích získaných při neinvazivní preimplantační diagnostice lidských embryí. Odvozenou metodou byly zkoumány stejné bioanalyty v plasmě a moči těhotných žen s ohledem na gestační diabetes mellitus.

Abstract:

Qualitative and quantitative determination of bioanalytes is an essential part for understanding of the living systems complexity. Subsequently, it is possible to search for relationships between these elements and observe their changes in physiological and pathological processes. These bioanalytes are very different from physicochem-ical properties point of view, therefore different separation and detection methods are used. The mass spectrometry (MS) is one of the used detection methods. Its great advantage is versatility and speed. At the same time, it is a highly specific and sensitive method that allows qualitative and quantitative analysis of bioanalytes in complex matrices, which leads to the wide application of this method. Thanks to the development of a new types of ion sources in recent decades, it is possible to convert both small molecules and various biomacromolecules into the gas phase and then analyze them. If it is convenient to preseparate a complex mixture of samples, capillary electrophoresis (CE) can be used because it allows low consumption of the sample as well as other reagents. The analysis is fast, does not require analyte labeling and can be automated. In this dissertation CE was used in connection with MS for the study several areas. This method was helpful in elucidating drug metabolism mediated by cytochromes P450. Interesting results were obtained also for study of hyaluronidase system, in the determination of kinetic constants and inhibitory potential of several substances. Last area was amino acids and other positively charged metabolites. CE-MS was used for analysis of culture media originating from the non-invasive preimplantation diagnosis of human embryos. Derived method was used for examination of the same bioanalytes in the plasma and urine of pregnant women with the respect to the gestation diabetes mellitus.

Keywords

bioanalytical chemistry, capillary electrophoresis, mass spectrometry, CE-MS interfaces, EMMA, TDLFP, amino acids, hyaluronic acid, drug metabolism

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 15. 10. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 27. 10. 2021
• Supervisor: prof. RNDr. Zdeněk Glatz, CSc.
• Reader: RNDr. Václav Kašička, CSc., prof. Ing. Ivan Mikšík, DrSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry / Biochemistry