Das Exposom ist das Maß der gesamten Umwelteinflüsse und hat einen signifikanten Einfluss auf die menschliche Gesundheit. Die Exposomforschung untersucht typischerweise komplexe biologische Proben und bewertet tausenden kleinen Molekülen, die mit chemischen Expositionsereignissen in Verbindung stehen. Um umfassende Daten zu erhalten, haben sich LC-MS/MS für die gerichtete Analyse und/oder LC-HRMS für die nicht-gerichtete Analyse (NTA) als bevorzugte analytische Werkzeuge in diesem Bereich etabliert. Gerichtete Assays konzentrieren sich auf die Quantifizierung vordefinierter Verbindungen mit hoher Genauigkeit und Präzision, während NTA unbekannte Chemikalien identifizieren kann. Selbst mit diesen Techniken leiden Exposom Studien weiterhin unter Problemen mit Sensitivität und Reproduzierbarkeit, aufgrund von Matrixeffekten und Interferenzen in komplexen biologischen Proben sowie der Herausforderung von typischerweise sehr geringen Analytmengen. Dies unterstreicht den kritischen Bedarf an fortschrittlicher Probenvorbereitung und gerichteter LC-MS/MS-Analyse. Dennoch bleiben geeignete Methoden, die Empfindlichkeit, breite Analytenabdeckung, Methodenrobustheit und hohen Probendurchsatz ausbalancieren, weiterhin ein wesentlicher Engpass in der Exposomforschung. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, wurde ein Festphasenextraktionsprotokoll (SPE) im 96-Well-Plattenformat für eine Gruppe von 94 hochdiversen Expositionsverbindungen in menschlichem Urin und Plasma unter Verwendung gerichteter LC-MS/MS entwickelt. Die etablierte SPE-Methode erwies sich im Vergleich zu einem routinemäßig verwendeten Proteinpräzipitationsansatz als etwa 10-mal schneller, wenn die geschätzte Gesamtbearbeitungszeit der Probenvorbereitung verglichen wurde. Die Anwendbarkeit der Methode für NTA wurde mittels LC-HRMS getestet und mit dem Proteinpräzipitationsprotokoll, unter Verwendung von NIST-Standardreferenzmaterialien für Urin (SRM 3672) und Plasma (SRM 1950), verglichen. Die Proteinpräzipitationsmethode zeigte eine vorteilhafte Leistung, während das SPE-Protokoll vielversprechende Ergebnisse lieferte. Als nächsten Schritt wurde ein skalierbarer Workflow entwickelt und intern validiert, um >230 Biomarker in menschlichem Urin, Plasma und Serum mittels gerichteter LC-MS/MS zu analysieren, wobei die entwickelte SPE-Methode zur Probenaufreinigung genutzt wurde. Die Empfindlichkeit und Robustheit der Methode wurden für die meisten Analyten in den untersuchten Matrizen demonstriert. 200 Urinproben von schwangeren Frauen einer longitudinalen Schwangerschaftskohorte wurden analysiert. Mehr als 100 Analyten wurden detektiert, einige davon zum ersten Mal in einer US-amerikanischen Biomonitoring-Studie für Urin. Dieser fortschrittliche Workflow gleicht Analytenabdeckung, Empfindlichkeit, Robustheit und Probendurchsatz aus und erfüllt somit die strengen Leistungsanforderungen für zukünftige Exposom-Forschung im Bereich der öffentlichen und personalisierten Prävention.
Yunyun Gu (Wed,) studied this question.