ヘッドスペース吸着抽出ガスクロマトグラフィー質量分光法により、ヒト気道細胞培養からの揮発性排出量を測定する

人間の呼吸器は、揮発性の代謝産物を吐き出しの呼吸に放出し、非侵襲的な健康診断に利用できます。この代謝プロセスの起源を理解するために、我々のグループは、固相マイクロエクストラクションGASクロマトグラフィーマス分析（SPME-GC-MS）を使用して、ヒト上皮細胞培養の上のヘッドスペースを以前に分析しました。現在の作業では、ヘッドスペースの吸着抽出（HSSE）に吸着剤で覆われた磁気攪拌バーを採用することにより、モデルを改善します。吸着剤コーティングされた攪拌棒分析物の回復は、SPMEよりも97個多くの化合物を捕獲し、52倍増加しました。私たちのデータは、HSSEが攪拌棒の吸着抽出（SBSE）を介して液体抽出よりも好まれていることを示しています。これは、培地コントロールと比較した細胞サンプルに固有の揮発性物質を区別できませんでした。2つの異なる細胞媒体も比較され、揮発性分析にはOpti-MEM®が好ましいことがわかりました。抽出時間（24時間）、脱着温度（300°C）、脱着時間（7分）などのHSSE分析パラメーターを最適化しました。最後に、抽出、脱着、クロマトグラフィー、検出からの誤差を説明するために、5mLの細胞培地ごとに842ngの重水素脱neを導入することにより、細胞培養VOC研究の内部標準を開発しました。この改善されたモデルは、ウイルス感染症や細菌感染症などの摂動によって引き起こされる上皮VOCの変化、改善された非侵襲的肺診断の機会を開くことによって引き起こされる将来の代謝細胞培養研究のプラットフォームとして機能します。

The human respiratory tract releases volatile metabolites into exhaled breath that can be utilized for noninvasive health diagnostics. To understand the origin of this metabolic process, our group has previously analyzed the headspace above human epithelial cell cultures using solid phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (SPME-GC-MS). In the present work, we improve our model by employing sorbent-covered magnetic stir bars for headspace sorptive extraction (HSSE). Sorbent-coated stir bar analyte recovery increased by 52 times and captured 97 more compounds than SPME. Our data show that HSSE is preferred over liquid extraction via stir bar sorptive extraction (SBSE), which failed to distinguish volatiles unique to the cell samples compared against media controls. Two different cellular media were also compared, and we found that Opti-MEM® is preferred for volatile analysis. We optimized HSSE analytical parameters such as extraction time (24 h), desorption temperature (300 °C) and desorption time (7 min). Finally, we developed an internal standard for cell culture VOC studies by introducing 842 ng of deuterated decane per 5 mL of cell medium to account for error from extraction, desorption, chromatography and detection. This improved model will serve as a platform for future metabolic cell culture studies to examine changes in epithelial VOCs caused by perturbations such as viral or bacterial infections, opening opportunities for improved, noninvasive pulmonary diagnostics.