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应用方案 | 靶向质谱成像助力药物早期发现药代动力学研究

来源：沃特世科技（上海）有限公司(Waters) 分类：招商 2023-12-21 17:15:07 57阅读次数

采用组合给药开展临床前药代动力学实验是提高通量的一种有效方法。质谱成像技术因其可以直观地看到药物及其代谢物在组织中的分布及变化，是非常合适的组合给药监测工具。然而，MALDI并不能检出所有目标化合物，存在一定的局限性，因此DESI MSI成为组合给药实验^1,2的优选方法。不过，DESI XS配合高分辨飞行时间(TOF)质谱仪用于非靶向分析时，有时会因灵敏度不足而无法检出全部药物和代谢物。

发布了DESI XS - Xevo TQ Absolute靶向质谱成像解决方案，将DESI XS高性能离子源与串联四极杆质谱仪Xevo TQ Absolute系统联合，借助于串联四极杆质谱仪的出色灵敏度和扫描速度的优势，显著提升了质谱成像的灵敏度和分析速度。

图. 由DESI XS和Xevo TQ Absolute组成的靶向MS成像系统。

今天，小编跟大家一起探讨如何使用这套高灵敏度、高选择性的靶向质谱成像系统完成0-6 h的免标记药物组织分布研究。

这项研究对口腔组合给药后多种组织（脑、肝和肾）中的4种非专利药物（特非那定、埃罗替尼、莫西沙星、奥氮平）及其部分已知代谢物（去甲基奥氮平、羟基奥氮平、二去甲基埃罗替尼、去甲基埃罗替尼和羧基特非那定）的空间分布进行了成像研究。在前期研究中证实MALDI技术无法检测到目标化合物，所以研究者使用DESI技术进行了进一步的研究。

实验条件

样品描述

四种药物（特非那定、埃罗替尼、奥氮平、莫西沙星）分别以25、10、10和25 mg/kg的剂量，通过口服方式实施组合给药，于给药后2 h和6 h时后收集成年雄性大鼠的脑、肝和肾组织样本。

样品制备

详见应用原文720007949。

质谱条件

采用装配DESI XS离子源的Xevo TQ Absolute质谱仪在MRM采集模式下完成。MRM通道列表以及碰撞能量见表1。每秒扫描10次，采集像素大小为50×50 m的数据。详见应用720007949。

表1. 各药物和代谢物（奥氮平、埃罗替尼、莫西沙星、特非那定、脂质）的MRM通道列表，药物及其代谢物采用相同颜色显示，药物为粗体。

软件流程

实验设置、数据采集和处理通过MassLynx与Waters High Definition Imaging (HDI) 1.7软件无缝衔接组成的工作流程完成。

表1.各药物和代谢物（奥氮平、埃罗替尼、莫西沙星、特非那定、脂质）的MRM通道列表，药物及其代谢物采用相同颜色显示，药物为粗体。

实验结果

药物在不同组织切片中的分布

本实验对9个数据集进行成像并导入到HDI 1.7中。图1为PC [34:1],K+脂质分布图，显示了脑、肾和肝组织切片的组织轮廓。

图1. HDI 1.7软件中展示在10 Hz下采集到的脑、肾和肝样本中脂质的可视化数据（对照组织、给药后2 h和给药后6 h）。

给药后2 h和6 h的组织切片上检出了所有四种药物，但对照组织中未检出。

图2-图5的RGB（红-绿-蓝）图像分别为莫西沙星、奥氮平及其代谢物、埃罗替尼及其代谢物、特非那定及其代谢物在不同组织中分布的情况；可以清晰地看出药物及其代谢物在不同时间、不同器官及不同组织的分布情况。

图2. 对照组织以及给药后2 h和6 h的脑、肾和肝组织切片中莫西沙星的图像。

图3.对照组织以及给药后2 h和6 h的组织中，奥氮平这种药物（绿色）及其代谢物去甲基奥氮平（红色）和羟基奥氮平（蓝色）的RGB图像。图中的组织切片来自脑、肾和肝。

图4.对照组织以及给药后2 h和6 h的组织中，埃罗替尼这种药物（红色）及其代谢物二去甲基埃罗替尼（绿色）和去甲基埃罗替尼（蓝色）的RGB图像。图中的组织切片来自脑、肾和肝。

图5. 对照组织以及给药后2 h和6 h的组织中，特非那定这种药物（绿色）及其活性代谢物羧基特非那定（红色）的RGB图像。图中的组织切片来自脑、肾和肝。

（左右滑动查看）

非靶向质谱成像系统与靶向质谱成像系统结果对比

为对比非靶向质谱成像系统与靶向质谱成像系统的灵敏度，本实验还在DESI XS源设置相同的DESI XS Q-Tof质谱仪上分析了一组连续组织切片（给药后2 h）。全扫描模式采集以2次扫描/秒的速度进行，质量范围为m/z 50-1,200。下面的汇总表（表2）以绿色标识检出的药物和代谢物，以红色标识未检出的药物和代谢物。

表2. 通过MRM通道（TQ质谱仪）或全扫描MS（Q-TOF质谱仪）检测到的药物（粗体）和代谢物。绿色表示检出化合物，红色表示未检出该化合物。

MRM采集模式的专属性还带来了另一个优势，能很好地区分背景信号和目标信号，由图6可见，在TQ离子图像中，组织切片之外没有检测到信号，而在脑和肝样本的非靶向全扫描离子图像中可以观察到背景信号。且靶向质谱成像具有更好的灵敏度。

图6. 给药后2 h的脑、肾和肝组织切片中去甲基埃罗替尼离子图像，分别使用DESI MRM TQ系统(10 Hz)和DESI全扫描MS Q-TOF (2 Hz)采集而得。

结论

得益于出色的灵敏度和选择性，靶向质谱成像系统有效扩展了组合给药组织实验的检测范围，能够检出种类更多的药物和代谢物。
靶向成像可以快速完成组织切片分析而不影响所得数据的质量，在相同的时间内分析更多组织或在同一个样本采集更多数据点。
DESI可对多种化合物进行高效电离，且无需进一步样品前处理，非常适用于多种药物和药物代谢物分子的成像。
在串联四极杆仪器上组合使用DESI离子源和MRM模式可以提升灵敏度，从而轻松对目标组织中治疗水平的药物进行成像，同时还能加快成像速度，满足高通量分析需求。

了解更多信息，请阅读原文或访问靶向质谱成像（MSI）。

参考文献

1. Swales JG, Tucker JW, Strittmatter N, Nilsson A, Cobice D, Clench MR, Mackay CL, Andren PE, Takáts Z, Webborn PJ, Goodwin RJ. Mass spectrometry imaging of cassette-dosed drugs for higher throughput pharmacokinetic and biodistribution analysis. Anal Chem. 2014 Aug 19;86(16):8473-80. doi: 10.1021/ac502217r. Epub 2014 Aug 8. PMID: 25084360.

2. Dannhorn A, Doria ML, J McKenzie, Ingles P, Swales JG, Hamm G, Strittmatter N, Maglenoon G, Ghaem-Maghami S, Goodwin RJ, Takats Z. Targeted Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry Imaging for Drug Distribution, Toxicity, and Tissue Classification Studies. Metabolites 2023, 13, 377. https://doi.org/10.3390/metabo13030377.