高溶出強度で溶媒に溶解したダンシル化口腔がん組織メタボロームを分析するための強化されたNANO-LC-MS

背景：ゲノミクスやプロテオミクスとともに、組織メタボロミクス分析は、腫瘍形成の調節メカニズムに関する重要な洞察を提供します。代謝産物検出感度を高めるために、質量分析（MS）の代謝物分離とイオン化を改善するために、ダンシル化などの化学同位体標識（CIL）技術が開発されました。ただし、高アセトニトリル含有量を伴う溶媒中の疎水性誘導体の代謝産物の溶解により、少量の逆相（RP）カラムを備えた液体クロマトグラフィー（LC）システムの使用が制限されます。この研究では、この問題に対処するためのオンライン希釈設計を備えたNANO-LC-MSシステムを確立し、口腔がん組織メタボロームの敏感な分析を可能にしました。 結果：NANO-LCシステムは、RPトラップ列の前にオンラインサンプル希釈を備えたフローパスデザインと、分析列に入る前にトラップ列の逆流を特徴としています。オンライン希釈設計の有無にかかわらず、他のNANO-LCシステムと比較して、私たちのシステムはTコネクタベースの希釈法の優位性を示しています。人気のあるMicro-LCシステムに必要なサンプルの1/20のみを使用して、NANO-LCは、親水性および疎水性代謝物の両方で同様の回復率を持つ多くのピークペアを検出し、公平な結果を確保します。32個の口腔扁平上皮癌（OSCC）組織サンプルと隣接する非癌組織（ANT）の一致したペアは、NANO-LCシステムを使用して高スループットCILメタボローム分析を受けました。以前のMicro-LCメソッドと比較して、NANO-LC-MSシステムは検出感度の強化を示し、サンプル要件を大幅に削減します。 重要性：私たちの調査結果は、サンプル量が限られているメタボロミック分析のためのプラットフォームの有効性を強調しています。強力な溶解に溶解したサンプルを分析するNANO-LCシステムの能力は、RPLCまたは同様の溶媒の非互換性の問題に直面している他の分離方法を使用して、他の疎水性化合物を処理するための潜在的な用途を示唆しています。このアプローチは、経口癌の新しい代謝物バイオマーカーを特定し、腫瘍形成の理解を進め、臨床応用を強化することを約束します。

BACKGROUND: Tissue metabolomics analysis, alongside genomics and proteomics, offers crucial insights into the regulatory mechanisms of tumorigenesis. To enhance metabolite detection sensitivity, chemical isotope labeling (CIL) techniques, such as dansylation, have been developed to improve metabolite separation and ionization in mass spectrometry (MS). However, the dissolution of hydrophobic derivatized metabolites in solvents with high acetonitrile content limits the use of liquid chromatography (LC) systems with small-volume reversed-phase (RP) columns. In this study, we established a nano-LC-MS system with an online dilution design to address this issue, enabling sensitive analysis of oral cancer tissue metabolomes. RESULTS: Our nano-LC system features a flow path design with online sample dilution before an RP trap column and backflushing of the trap column before entering the analytical column. Compared to other nano-LC systems, both with and without online dilution designs, our system demonstrates the superiority of the T-connector-based dilution method. Using only 1/20th of the sample required for popular micro-LC systems, our nano-LC detects a larger number of peak pairs with similar recovery rates for both hydrophilic and hydrophobic metabolites, ensuring unbiased results. Thirty-two matched pairs of oral squamous cell carcinoma (OSCC) tissue samples and adjacent noncancerous tissues (ANTs) underwent high-throughput CIL-metabolome analysis using our nano-LC system. Compared to our previous micro-LC methods, the nano-LC-MS system exhibits enhanced detection sensitivity, significantly reducing sample requirements. SIGNIFICANCE: Our findings highlight the efficacy of our platform for metabolomic analysis with limited sample amounts. The nano-LC system's ability to analyze samples dissolved in strong eluents suggests potential applications for handling other hydrophobic compounds using RPLC or other separation methods facing similar solvent incompatibility issues. This approach holds promise for identifying novel metabolite biomarkers for oral cancers, advancing our understanding of tumorigenesis, and enhancing clinical applications.