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质谱成像 实现药物使用履历的可视化

蓝冠信息网 2020/06/19 19:25:30 点击 63 次
[导读] 进行毛发纵轴方向截面的成像质谱分析,则可实现观察伴随毛发生长药物分布的变化情况、即实现药物使用履历的可视化。

 模型毛发样本中的药物成像 -面向药物摄取履历的观察-

  成像质谱分析法越来越广泛地应用于各领域中。由于毛发增长时会极微量地吸收当时所摄取的药物,因此,毛发作为记录药物使用履历的“磁带”式的样本备受关注。实际应用中经常使用 LCMS 等对从毛发中提取的药物进行分析。但是因提取操作的原因导致毛发中药物分布信息损失。如果能进行毛发纵轴方向截面的成像质谱分析,则可实现观察伴随毛发生长药物分布的变化情况、即实现药物使用履历的可视化。这项技术有望在法医学、临床医学、用药管理以及科学搜查等领域进行应用。

  E. Matsuo, T. Yamamoto

药物摄取模型毛发样本的制作

  选择与兴奋剂(甲基苯丙胺)结构类似的、市售止咳药成分甲氧那明(MOP)作为模型化合物(分析对象)。原本应在口服药物通过血液循环被输送到发根和头皮后,对毛发所吸收的物质进行观察。本实验采用制作添加 MOP 的“模型毛发样本”的方法,如表 1 所示。具体而言,通过将未摄取药物的人的毛发浸入 MOP 水溶液(配制多种不同浓度)中使其进行物理吸收,按照上述方式制作高浓度(A)、低浓度(B)的模型毛发样本以及在不含 MOP 的水中处理的阴性控制样本(C),以供分析。

图1.png

  图 1 甲基苯丙胺(左)、甲氧那明(MOP)(右)的结构式

  表1.png

  模型毛发样本的前处理和定量评价

  清洗模型毛发样本 A 以及 B 的表面后,根据试验法 * 提取MOP,使用液相色谱进行分析。结果显示,毛发中的 MOP 含量在模型毛发样本 A 中定量 83.1 ng/mg、在 B 中为 20.0 ng/mg,与实际摄取了 MOP 和兴奋剂的人的毛发样品所报告的浓度没有较大偏差。

  甲氧那明标准品的分析

  在模型毛发样本的分析之前,对 MOP 的标准溶液(50 pmol/mL),使用微滴法进行质谱分析(图 2)。使用 CHCA 作为基质进行分析,观察到 m/z 180.14 的 [M+H]+ 峰(图 2 上红色三角)。将其作为前体离子进行 MS/MS 分析得到的质谱图如图 2 下所示。本次分析考虑到今后在实际样品中的应用,选择特异性较高的 MS/MS 方式(m/z 180.14 > 149.10),进行成像质谱分析。

图2.png

  图 2 甲氧那明(MOP)标准品的一级质谱图(上)、MS/MS(下)质谱图 

图3.jpg

 图 3 iMScope TRIO (左)和 iMLayer(右)

  成像质谱分析用毛发切片的制作和分析结果

  使用导电双面胶带固定模型毛发,使用切片机仔细地进行切片,切去大约毛发直径一半左右,制成毛发的纵切切片。通过iMLayer(图3右)升华CHCA处理样本,使用iMScope TRIO (图 3 左),按照表2中所示的条件进行分析。

表2.png

  首先,按照较大激光直径(50 μm)进行测量,得到毛发整体成像(图 4)。光学图像中仅在毛发部位,检测到目标化合物甲氧那明的离子,并确认在阴性控制样本中无该化合物的信号(图 4c)。毛发从表面按顺序由角质层(Cuticle)、皮质(Cortex)、髓质(Medulla)三层结构构成。但是,使用 50 μm 的空间分辨率无法对直径为 50~150 μm 的毛发内部不同结构进行分析。另一方面,如果使用 iMScope TRIO 进一步进行更高空间分辨率(激光径的最小设定 5 μm)的测定,则有望实现更加详细的药物分布的可视化分析。因此,接下来进行了激光直径为 10 μm 时的测定(图 5)。结果表明,在本次制作的模型毛发中,甲氧那明在角质层到皮质的范围内分布,在中心的髓质部分基本没有分布。

图4.png

图4 激光径 50 μm 下的毛发样本 A(a)、样本 B(b)、样本 C(c)、等药剂成像

图5.png

图 5 激光直径 10 μm 下的毛发样本 A(a)以及样本 B(b)的目标药物成像结果

图6.png

图 6 采用两步法法(升华+喷雾)在激光直径 10 μm 下的毛发样本 A(a)以及样本 B(b)的目标药物成像结果

  上述使用的“升华法”能够在保持高空间分辨率的前提下进行测定,但是,有时会对灵敏度有影响(参考 Application News No. B62)。因此,对于该毛发样本,使用“两步法”采用升华后再进一步追加喷雾的方式涂覆基质后,再进行成像分析。结果如图 6 所示,检测信号的强度(采用 BG 的峰值补偿后的值)约提高 3~6 倍,能够更加明确地显示药物的定位分布情况。

  考察

  本次使用甲氧那明添加的毛发样品,进行了高空间分辨率的成像质谱分析,获得详细显示毛发中药物分布的成像结果。

  毛发在生长过程中,一边在根部吸收血液中的药物等,一边以每个月约 1cm 的速度生长。因此,毛发也被比喻为记录药物使用履历的磁带,在法医学和科学搜查中得到了应用,今后有望在用药管理、兴奋剂检查等更广泛的领域中应用。

  本应用报告中记载的添加毛发样本的制作过程与洗发香波、头发营养产品、头发定型产品和染发剂等头发护理用品的使用情况有很多共通点,因此,上述分析技术可以用于这些产品的开发和评价工作、进一步为头发的美容、健康作出贡献。


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