Diseño innovador de espectrometría de masas podría permitir la detección de abundancias ultrabajas

La espectrometría de masas es fundamental para identificar y cuantificar moléculas en muestras biológicas complejas, pero los instrumentos convencionales suelen analizar los iones de forma secuencial, lo que puede limitar la detección de especies poco frecuentes.

Investigadores describen ahora un prototipo que paraleliza el procesamiento de iones para mejorar la sensibilidad en la detección de analitos de baja abundancia en matrices complejas. Los resultados muestran un rango dinámico y una relación señal-ruido mejorados, lo que podría permitir la detección de moléculas que antes eran indetectables con las trampas de iones estándar.

La mayoría de los sistemas actuales analizan una o pocas poblaciones de iones a la vez, una limitación que puede ralentizar los análisis, aumentar los costos y ocultar moléculas escasas pero informativas en la proteómica y metabolómica de células individuales. Dado que las proteínas y los metabolitos no se pueden amplificar como los ácidos nucleicos, las señales débiles se ven fácilmente enmascaradas por el ruido de fondo. Por lo tanto, mejorar la sensibilidad y el rendimiento es un obstáculo recurrente para obtener resultados moleculares completos.

Investigadores de la Universidad Rockefeller (Nueva York, EE. UU.) desarrollaron un prototipo llamado MultiQ-IT que enfría, atrapa, filtra y redirige más de mil millones de iones simultáneamente. Diseñado para reemplazar la etapa central de captura de iones, este dispositivo cúbico cuenta con cientos de aberturas controladas eléctricamente. Los iones se ralentizan por colisiones con el gas residual, se mueven de forma estocástica dentro de la cámara y pueden retenerse o dirigirse de manera que se manipulen muchas poblaciones de iones a la vez, en lugar de una por una.

El equipo amplió el diseño de seis aberturas a más de 1.000 y demostró que un único flujo de iones entrante puede dividirse en múltiples flujos paralelos para su análisis simultáneo. En una configuración de 486 puertos, MultiQ-IT almacenó hasta diez mil millones de cargas, aproximadamente mil veces la capacidad de las trampas de iones convencionales. La aplicación de una pequeña barrera de voltaje a través de las salidas permitió que los iones de fondo con carga simple escaparan, mientras que los iones con carga múltiple y ricos en información se retuvieron, mejorando la relación señal-ruido hasta 100 veces y revelando proteínas previamente indetectables.

En un diseño de 1.134 puertos, tan solo 39 puertos abiertos alcanzaron la mitad de la eficiencia de agotamiento máxima, lo que refleja el transporte paralelo observado en los poros biológicos. Esta mayor sensibilidad podría, por ejemplo, mejorar la detección de péptidos reticulados de baja abundancia utilizados para mapear grandes complejos proteicos. Los hallazgos describen un modelo físico para instrumentos más rápidos y sensibles, y apuntan hacia la proteómica unicelular rutinaria de alto rendimiento. El trabajo se publica en Science Advances.

“La capacidad de ejecutar tantas reacciones químicas en paralelo fue lo que transformó la secuenciación del genoma, que costaba mil millones de dólares, en algo que cuesta alrededor de 100 dólares. Lo mismo sucedió con la computación mediante GPU. Y eso es lo que estamos intentando lograr con la espectrometría de masas”, afirmó Brian T. Chait, profesor titular de la cátedra Camille y Henry Dreyfus en la Universidad Rockefeller.

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