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Desorción/ionización láser asistida por matriz

Espectómetro de masas MALDI TOF

En espectrometría de masas , la desorción/ionización láser asistida por matriz ( MALDI ) es una técnica de ionización que utiliza una matriz que absorbe energía láser para crear iones a partir de moléculas grandes con una fragmentación mínima. [1] Se ha aplicado al análisis de biomoléculas ( biopolímeros como ADN , proteínas , péptidos y carbohidratos ) y varias moléculas orgánicas (como polímeros , dendrímeros y otras macromoléculas ), que tienden a ser frágiles y fragmentarse cuando se ionizan mediante métodos de ionización más convencionales. Es similar en carácter a la ionización por electrospray (ESI) en que ambas técnicas son formas relativamente suaves (baja fragmentación) de obtener iones de moléculas grandes en la fase gaseosa, aunque MALDI normalmente produce muchos menos iones multicargados.

La metodología MALDI es un proceso de tres pasos. En primer lugar, la muestra se mezcla con un material de matriz adecuado y se aplica a una placa de metal. En segundo lugar, un láser pulsado irradia la muestra, lo que desencadena la ablación y la desorción de la muestra y el material de matriz. Por último, las moléculas de analito se ionizan al ser protonadas o desprotonadas en la columna caliente de gases ablacionados, y luego se pueden acelerar hacia el espectrómetro de masas que se utilice para analizarlas. [2]

Historia

El término ionización por desorción láser asistida por matriz (MALDI) fue acuñado en 1985 por Franz Hillenkamp , ​​Michael Karas y sus colegas. [3] Estos investigadores descubrieron que el aminoácido alanina podía ionizarse más fácilmente si se mezclaba con el aminoácido triptófano y se irradiaba con un láser pulsado de 266 nm. El triptófano absorbía la energía del láser y ayudaba a ionizar la alanina no absorbente. Los péptidos de hasta 2843 Da, el péptido melitina, podían ionizarse cuando se mezclaban con este tipo de "matriz". [4] El gran avance para la ionización por desorción láser de moléculas grandes se produjo en 1987 cuando Koichi Tanaka de Shimadzu Corporation y sus colaboradores utilizaron lo que llamaron el "método de metal ultrafino más matriz líquida" que combinaba partículas de cobalto de 30 nm en glicerol con un láser de nitrógeno de 337 nm para la ionización. [5] Utilizando esta combinación de láser y matriz, Tanaka fue capaz de ionizar biomoléculas tan grandes como la proteína carboxipeptidasa-A de 34.472 Da. Tanaka recibió una cuarta parte del Premio Nobel de Química de 2002 por demostrar que, con la combinación adecuada de longitud de onda láser y matriz, se puede ionizar una proteína. [6] Karas y Hillenkamp fueron posteriormente capaces de ionizar la proteína albúmina de 67 kDa utilizando una matriz de ácido nicotínico y un láser de 266 nm. [7] Se lograron mejoras adicionales mediante el uso de un láser de 355 nm y los derivados del ácido cinámico ácido ferúlico , ácido cafeico y ácido sinapínico como matriz. [8] La disponibilidad de láseres de nitrógeno pequeños y relativamente económicos que operan a una longitud de onda de 337 nm y los primeros instrumentos comerciales introducidos a principios de los años 1990 llevaron la MALDI a un número cada vez mayor de investigadores. [9] Hoy en día, se utilizan principalmente matrices orgánicas para la espectrometría de masas MALDI.

Matriz

La matriz está formada por moléculas cristalizadas , de las cuales las tres más utilizadas son el ácido sinapínico , el ácido α-ciano-4-hidroxicinámico (α-CHCA, alfa-ciano o alfa-matriz) y el ácido 2,5-dihidroxibenzoico (DHB). [15] Se prepara una solución de una de estas moléculas, a menudo en una mezcla de agua altamente purificada y un disolvente orgánico como acetonitrilo (ACN) o etanol. Normalmente se añade una fuente de contraiones como el ácido trifluoroacético (TFA) para generar los iones [M+H]. Un buen ejemplo de una matriz-solución sería 20 mg/mL de ácido sinapínico en ACN:agua:TFA (50:50:0,1).

Notación para sustituciones de ácido cinámico

La identificación de compuestos de matriz adecuados se determina en cierta medida por ensayo y error, pero se basan en algunas consideraciones de diseño molecular específicas. Tienen un peso molecular bastante bajo (para permitir una vaporización fácil), pero son lo suficientemente grandes (con una presión de vapor lo suficientemente baja) para no evaporarse durante la preparación de la muestra o mientras están en el espectrómetro de masas. A menudo son ácidos, por lo tanto, actúan como una fuente de protones para fomentar la ionización del analito. También se han informado matrices básicas. [16] Tienen una fuerte absorción óptica en el rango UV o IR, [17] de modo que absorben rápida y eficientemente la irradiación láser. Esta eficiencia se asocia comúnmente con estructuras químicas que incorporan varios enlaces dobles conjugados , como se ve en la estructura del ácido cinámico . Están funcionalizados con grupos polares, lo que permite su uso en soluciones acuosas. Normalmente contienen un cromóforo .

La solución de matriz se mezcla con el analito (por ejemplo, proteína -muestra). Una mezcla de agua y disolvente orgánico permite que tanto las moléculas hidrofóbicas como las solubles en agua ( hidrofílicas ) se disuelvan en la solución. Esta solución se coloca sobre una placa MALDI (normalmente una placa metálica diseñada para este fin). Los disolventes se vaporizan, dejando solo la matriz recristalizada, pero ahora con moléculas de analito incrustadas en cristales MALDI. Se dice que la matriz y el analito están cocristalizados. La cocristalización es una cuestión clave a la hora de seleccionar una matriz adecuada para obtener un espectro de masas de buena calidad del analito de interés.

En el análisis de sistemas biológicos, las sales inorgánicas, que también forman parte de los extractos de proteínas, interfieren en el proceso de ionización. Las sales se pueden eliminar mediante extracción en fase sólida o lavando las gotas secas de MALDI con agua fría. [18] Ambos métodos también pueden eliminar otras sustancias de la muestra. La mezcla de matriz y proteína no es homogénea porque la diferencia de polaridad conduce a una separación de las dos sustancias durante la cocristalización. El diámetro del punto del objetivo es mucho mayor que el del láser, lo que hace necesario realizar muchos disparos láser en diferentes lugares del objetivo, para obtener el promedio estadístico de la concentración de la sustancia dentro del punto del objetivo.

El naftaleno y los compuestos similares al naftaleno también se pueden utilizar como matriz para ionizar una muestra.

La matriz se puede utilizar para ajustar el instrumento para ionizar la muestra de diferentes maneras. Como se mencionó anteriormente, las reacciones similares a ácido-base se utilizan a menudo para ionizar la muestra, sin embargo, las moléculas con sistemas pi conjugados , como los compuestos similares al naftaleno, también pueden servir como aceptor de electrones y, por lo tanto, como matriz para MALDI/TOF. [19] Esto es particularmente útil para estudiar moléculas que también poseen sistemas pi conjugados. [20] La aplicación más utilizada para estas matrices es estudiar compuestos similares a la porfirina, como la clorofila . Se ha demostrado que estas matrices tienen mejores patrones de ionización que no dan como resultado patrones de fragmentación extraños o pérdida completa de cadenas laterales. [21] También se ha sugerido que las moléculas similares a la porfirina conjugada pueden servir como matriz y escindirse eliminando la necesidad de un compuesto de matriz separado. [22]

Instrumentación

Diagrama de un instrumento MALDI TOF. La matriz de muestra ionizada por energía radiante se expulsa desde la superficie. La muestra se desplaza hasta el analizador de masas y se detecta sustancialmente.

Existen varias variaciones de la tecnología MALDI y hoy en día se producen instrumentos comparables para propósitos muy diferentes, desde más académicos y analíticos hasta más industriales y de alto rendimiento. El campo de la espectrometría de masas se ha expandido hasta requerir espectrometría de masas de resolución ultraalta, como los instrumentos FT-ICR [23] [24], así como más instrumentos de alto rendimiento. [25] Como muchos instrumentos MALDI MS se pueden comprar con una fuente de ionización intercambiable ( ionización por electrospray , MALDI, ionización a presión atmosférica , etc.), las tecnologías a menudo se superponen y muchas veces se podría utilizar potencialmente cualquier método de ionización suave. Para más variaciones de métodos de ionización suave, consulte: Desorción láser suave o Fuente de iones .

Láser

Las técnicas MALDI suelen emplear el uso de láseres UV como láseres de nitrógeno (337 nm) y láseres Nd:YAG de frecuencia triplicada y cuadruplicada (355 nm y 266 nm respectivamente). [26]

Las longitudes de onda del láser infrarrojo utilizadas para la MALDI infrarroja incluyen el láser Er:YAG de 2,94 μm, el oscilador paramétrico óptico de infrarrojo medio y el láser de dióxido de carbono de 10,6 μm . Aunque no son tan comunes, los láseres infrarrojos se utilizan debido a su modo de ionización más suave. [27] La ​​MALDI infrarroja también tiene la ventaja de una mayor eliminación de material (útil para muestras biológicas), menos interferencia de baja masa y compatibilidad con otros métodos de espectrometría de masas de desorción láser sin matriz.

Tiempo de vuelo

Objetivo de muestra para un espectrómetro de masas MALDI

El tipo de espectrómetro de masas más utilizado con MALDI es el espectrómetro de masas de tiempo de vuelo (TOF), debido principalmente a su amplio rango de masas. El procedimiento de medición TOF también es ideal para el proceso de ionización MALDI, ya que el láser pulsado toma "disparos" individuales en lugar de trabajar en funcionamiento continuo. Los instrumentos MALDI-TOF suelen estar equipados con un reflectrón (un "espejo de iones") que refleja los iones utilizando un campo eléctrico. Esto aumenta la trayectoria de vuelo de los iones, lo que aumenta el tiempo de vuelo entre iones de diferente m/z y aumenta la resolución. Los instrumentos TOF de reflectrón comerciales modernos alcanzan un poder de resolución m/Δm de 50.000 FWHM (ancho completo medio máximo, Δm definido como el ancho de pico al 50% de la altura de pico) o más. [28]

MALDI se ha acoplado con IMS -TOF MS para identificar péptidos fosforilados y no fosforilados. [29] [30]

Se ha demostrado que la espectroscopia MALDI- FT-ICR MS es una técnica útil cuando se desean mediciones MALDI-MS de alta resolución. [31]

Presión atmosférica

La desorción/ionización láser asistida por matriz (MALDI) a presión atmosférica (AP) es una técnica de ionización (fuente de iones) que, a diferencia de la MALDI al vacío, funciona en un entorno atmosférico normal. [32] La principal diferencia entre la MALDI al vacío y la AP-MALDI es la presión a la que se crean los iones. En la MALDI al vacío, los iones se producen normalmente a 10 mTorr o menos, mientras que en la AP-MALDI los iones se forman a presión atmosférica. En el pasado, la principal desventaja de la técnica AP-MALDI en comparación con la MALDI al vacío convencional ha sido su sensibilidad limitada; sin embargo, los iones se pueden transferir al espectrómetro de masas con alta eficiencia y se han informado límites de detección de attomoles. [33] La AP-MALDI se utiliza en espectrometría de masas (MS) en una variedad de aplicaciones que van desde la proteómica hasta el descubrimiento de fármacos. Los temas populares que se abordan mediante la espectrometría de masas AP-MALDI incluyen: proteómica; Análisis de masas de ADN, ARN, PNA, lípidos, oligosacáridos, fosfopéptidos, bacterias, moléculas pequeñas y polímeros sintéticos, aplicaciones similares a las disponibles también para instrumentos MALDI de vacío. La fuente de iones AP-MALDI se acopla fácilmente a un espectrómetro de masas con trampa de iones [34] o cualquier otro sistema MS equipado con ionización por electrospray (ESI) o fuente nanoESI.

Se sabe que la MALDI con ionización a presión reducida produce principalmente iones con una sola carga (ver "Mecanismo de ionización" a continuación). Por el contrario, la ionización a presión atmosférica puede generar analitos altamente cargados, como se demostró por primera vez para los infrarrojos [35] y más tarde también para los láseres de nitrógeno. [36] La carga múltiple de analitos es de gran importancia, porque permite medir compuestos de alto peso molecular como las proteínas en instrumentos que solo proporcionan rangos de detección m/z más pequeños , como los cuadrupolos. Además de la presión, la composición de la matriz es importante para lograr este efecto.

Aerosol

En la espectrometría de masas de aerosoles , una de las técnicas de ionización consiste en disparar un láser a gotitas individuales. Estos sistemas se denominan espectrómetros de masas de partículas individuales (SPMS) . [37] La ​​muestra puede mezclarse opcionalmente con una matriz MALDI antes de la aerosolización.

Mecanismo de ionización

El láser se dispara a los cristales de la matriz en el punto de la gota seca. La matriz absorbe la energía del láser y se cree que principalmente la matriz se desorbe e ioniza (por adición de un protón ) por este evento. La columna caliente producida durante la ablación contiene muchas especies: moléculas de matriz neutrales e ionizadas, moléculas de matriz protonadas y desprotonadas, grupos de matriz y nanogotas . Las especies ablacionadas pueden participar en la ionización del analito, aunque el mecanismo de MALDI aún se debate. Luego se cree que la matriz transfiere protones a las moléculas del analito (por ejemplo, moléculas de proteína), cargando así el analito. [38] Un ion observado después de este proceso consistirá en la molécula neutral inicial [M] con iones agregados o eliminados. Esto se llama ion cuasimolecular, por ejemplo [M+H] + en el caso de un protón agregado, [M+Na] + en el caso de un ion de sodio agregado, o [MH] − en el caso de un protón eliminado. La MALDI es capaz de crear iones con carga simple o con carga múltiple ([M+nH] n+ ) dependiendo de la naturaleza de la matriz, la intensidad del láser y/o el voltaje utilizado. Nótese que todas estas son especies de electrones pares. Se pueden observar señales iónicas de cationes radicales (moléculas fotoionizadas), por ejemplo, en el caso de moléculas de matriz y otras moléculas orgánicas.

El modelo de transferencia de protones en fase gaseosa, [2] implementado como el modelo de dinámica física y química acoplada (CPCD), [39] del láser UV MALDI postula procesos primarios y secundarios que conducen a la ionización. [40] Los procesos primarios implican la separación de carga inicial a través de la absorción de fotones por la matriz y la acumulación de energía para formar pares de iones de la matriz. La formación de iones primarios ocurre a través de la absorción de un fotón UV para crear moléculas en estado excitado por

S 0 + hν → S 1
S1 + S1 → S0 + Sn​
S1 + Sn → M ++ M−​

donde S 0 es el estado electrónico fundamental, S 1 el primer estado electrónico excitado y S n es un estado electrónico excitado superior. [39] Los iones del producto pueden ser pares de iones de transferencia de protones o de transferencia de electrones, indicados por M + y M − arriba. Los procesos secundarios implican reacciones ion-molécula para formar iones analito.

En el modelo del superviviente afortunado, los iones positivos se pueden formar a partir de grupos altamente cargados producidos durante la ruptura del sólido que contiene la matriz y el analito.

El modelo del superviviente afortunado (mecanismo de ionización de grupos [2] ) postula que las moléculas de analito se incorporan a la matriz manteniendo el estado de carga de la solución. [41] [42] La formación de iones se produce a través de la separación de carga tras la fragmentación de los grupos eliminados por láser. [2] Los iones que no se neutralizan por recombinación con fotoelectrones o contraiones son los denominados supervivientes afortunados.

El modelo térmico postula que la alta temperatura facilita la transferencia de protones entre la matriz y el analito en el líquido de la matriz fundida. [43] La relación ion-neutro es un parámetro importante para justificar el modelo teórico, y la cita errónea de la relación ion-neutro podría resultar en una determinación errónea del mecanismo de ionización. [44] El modelo predice cuantitativamente el aumento de la intensidad iónica total en función de la concentración y la afinidad protónica de los analitos, y la relación ion-neutro en función de las fluencias láser. [45] [46] Este modelo también sugiere que los aductos de iones metálicos (por ejemplo, [M+Na] + o [M+K] + ) se generan principalmente a partir de la disolución inducida térmicamente de la sal. [47]

El método de ionización asistida por matriz (MAI) utiliza una preparación de matriz similar a MALDI pero no requiere ablación láser para producir iones de analito de compuestos volátiles o no volátiles. [48] Simplemente exponer la matriz con analito al vacío del espectrómetro de masas crea iones con estados de carga casi idénticos a la ionización por electrospray. [49] Se sugiere que es probable que existan puntos en común mecanísticos entre este proceso y MALDI. [42]

El rendimiento iónico se estima típicamente en un rango de 10 −4 a 10 −7 , [50] con algunos experimentos que insinúan rendimientos incluso más bajos de 10 −9 . [51] El problema de los bajos rendimientos iónicos se había abordado, ya poco después de la introducción de MALDI mediante varios intentos, incluida la post-ionización utilizando un segundo láser. [52] La mayoría de estos intentos mostraron solo un éxito limitado, con bajos aumentos de señal. Esto podría atribuirse al hecho de que se utilizaron instrumentos de tiempo de vuelo axial, que operan a presiones en la región de la fuente de 10 −5 a 10 −6 , lo que resulta en una rápida expansión de la columna con velocidades de partículas de hasta 1000 m/s. [53] En 2015, se informó de una postionización láser exitosa, utilizando una fuente MALDI modificada operada a una presión elevada de ~3 mbar acoplada a un analizador de masas de tiempo de vuelo ortogonal, y empleando un láser de postionización ajustable por longitud de onda, operado a una longitud de onda de 260 nm a 280 nm, por debajo del umbral de ionización de dos fotones de las matrices utilizadas, lo que elevó los rendimientos iónicos de varios lípidos y moléculas pequeñas hasta en tres órdenes de magnitud. [54] Este enfoque, llamado MALDI-2, debido al segundo láser y al segundo proceso de ionización similar a MALDI, se adoptó posteriormente para otros espectrómetros de masas, todos equipados con fuentes que operan en el rango bajo de mbar. [55] [56]

Aplicaciones

Bioquímica

En proteómica , MALDI se utiliza para la identificación rápida de proteínas aisladas mediante electroforesis en gel : SDS-PAGE , cromatografía de exclusión por tamaño , cromatografía de afinidad , intercambio iónico fuerte/débil, etiquetado de proteínas codificadas por isótopos (ICPL) y electroforesis en gel bidimensional . La huella de masa de péptidos es la aplicación analítica más popular de los espectrómetros de masas MALDI-TOF. Los espectrómetros de masas MALDI TOF/TOF se utilizan para revelar la secuencia de aminoácidos de los péptidos mediante desintegración posterior a la fuente o disociación inducida por colisión de alta energía (para más usos, consulte espectrometría de masas ).

MALDI-TOF se ha utilizado para caracterizar modificaciones postraduccionales . Por ejemplo, se ha aplicado ampliamente para estudiar la metilación y desmetilación de proteínas . [57] [58] Sin embargo, se debe tener cuidado al estudiar modificaciones postraduccionales por MALDI-TOF. Por ejemplo, se ha informado que la pérdida de ácido siálico se ha identificado en artículos cuando se ha utilizado ácido dihidroxibenzoico (DHB) como matriz para el análisis MALDI MS de péptidos glicosilados. Utilizando ácido sinapínico, 4-HCCA y DHB como matrices, S. Martin estudió la pérdida de ácido siálico en péptidos glicosilados por desintegración metaestable en MALDI/TOF en modo lineal y modo reflector. [59] Un grupo de Shimadzu Corporation derivó el ácido siálico mediante una reacción de amidación como una forma de mejorar la sensibilidad de detección [60] y también demostró que la matriz de líquido iónico reduce la pérdida de ácido siálico durante el análisis MALDI/TOF MS de oligosacáridos sialilados. [61] THAP, [62] DHAP, [63] y una mezcla de 2-aza-2-tiotimina y fenilhidrazina [64] se han identificado como matrices que podrían usarse para minimizar la pérdida de ácido siálico durante el análisis MALDI MS de péptidos glicosilados. Se ha informado que se puede lograr una reducción en la pérdida de algunas modificaciones postraduccionales si se usa MALDI IR en lugar de MALDI UV. [65]

Además de las proteínas, MALDI-TOF también se ha aplicado para estudiar lípidos . [66] Por ejemplo, se ha aplicado para estudiar las reacciones catalíticas de las fosfolipasas . [67] [68] Además de los lípidos, los oligonucleótidos también se han caracterizado mediante MALDI-TOF. Por ejemplo, en biología molecular, una mezcla de ácido 5-metoxisalicílico y espermina se puede utilizar como matriz para el análisis de oligonucleótidos en espectrometría de masas MALDI, [69] por ejemplo después de la síntesis de oligonucleótidos .

Química orgánica

Algunas macromoléculas sintéticas, como los catenanos y rotaxanos , los dendrímeros y los polímeros hiperramificados, y otros conjuntos, tienen pesos moleculares que se extienden hasta miles o decenas de miles, donde la mayoría de las técnicas de ionización tienen dificultades para producir iones moleculares. MALDI es un método analítico simple y rápido que puede permitir a los químicos analizar rápidamente los resultados de dichas síntesis y verificar sus resultados. [ cita requerida ]

Polímeros

En la química de polímeros, MALDI se puede utilizar para determinar la distribución de masa molar . [70] Los polímeros con polidispersidad mayor a 1,2 son difíciles de caracterizar con MALDI debido a la discriminación de la intensidad de la señal frente a oligómeros de mayor masa. [71] [72] [73]

Una buena matriz para polímeros es ditranol [74] o AgTFA. [75] La muestra debe mezclarse primero con ditranol y luego agregarse el AgTFA; de lo contrario, la muestra precipitará fuera de la solución.

Microbiología

Ejemplo de un algoritmo de evaluación de una posible infección bacteriana en casos sin objetivos específicos solicitados (no bacterias, micobacterias, etc.), con las situaciones y los agentes más comunes observados en un entorno hospitalario comunitario de Nueva Inglaterra. La prueba MALDI-TOF se observa en múltiples situaciones en la fila de "pruebas del mismo día" en la parte inferior central.

Los espectros MALDI-TOF se utilizan a menudo para la identificación de microorganismos como bacterias u hongos. Una porción de una colonia del microbio en cuestión se coloca sobre la muestra objetivo y se superpone con una matriz. Los espectros de masas de las proteínas expresadas generadas se analizan mediante un software dedicado y se comparan con los perfiles almacenados para la determinación de especies en lo que se conoce como biotipificación. Ofrece beneficios para otros procedimientos inmunológicos o bioquímicos y se ha convertido en un método común para la identificación de especies en laboratorios de microbiología clínica. [76] [77] Se han demostrado los beneficios de la MALDI-MS de alta resolución realizada en un espectrometría de masas por resonancia de ciclotrón iónico por transformada de Fourier (también conocida como FT-MS) para la tipificación y subtipificación de virus a través de la detección de iones individuales conocida como proteotipia, con un enfoque particular en los virus de la gripe. [78]

Una de las principales ventajas sobre otros métodos de identificación microbiológica es su capacidad para identificar de forma rápida y fiable, a bajo coste, una amplia variedad de microorganismos directamente a partir del medio selectivo utilizado para aislarlos. La ausencia de necesidad de purificar la colonia sospechosa o "presunta" [79] permite tiempos de respuesta mucho más rápidos. Por ejemplo, se ha demostrado que la técnica MALDI-TOF puede utilizarse para detectar bacterias directamente a partir de hemocultivos [80] .

Otra ventaja es el potencial de predecir la susceptibilidad de las bacterias a los antibióticos. Un único pico espectral de masas puede predecir la resistencia a la meticilina de Staphylococcus aureus . [81] MALDI también puede detectar carbapenemasas de enterobacterias resistentes a carbapenémicos , [82] incluyendo Acinetobacter baumannii [83] y Klebsiella pneumoniae . [84] Sin embargo, la mayoría de las proteínas que median la resistencia a los antibióticos son más grandes que el rango de 2000-20 000 Da de MALDI-TOF para la interpretación de picos de proteínas y solo ocasionalmente, como en el brote de carbapenemasa de Klebsiella pneumoniae (KPC) de 2011 en el NIH, se puede realizar una correlación entre un pico y una proteína que confiere resistencia. [85]

Parasitología

Los espectros MALDI-TOF se han utilizado para la detección e identificación de varios parásitos como tripanosomátidos , [86] Leishmania [87] y Plasmodium . [88] Además de estos parásitos unicelulares , MALDI/TOF se puede utilizar para la identificación de insectos parásitos como piojos [89] o cercarias , la etapa de natación libre de los trematodos . [90]

Medicamento

Los espectros MALDI-TOF se utilizan a menudo junto con otras técnicas de análisis y espectroscopia en el diagnóstico de enfermedades. MALDI/TOF es una herramienta de diagnóstico con mucho potencial porque permite la rápida identificación de proteínas y cambios en las proteínas sin el costo o la potencia computacional de la secuenciación ni la habilidad o el tiempo necesarios para resolver una estructura cristalina en la cristalografía de rayos X. [ cita requerida ]

Un ejemplo de esto es la enterocolitis necrotizante (ECN), que es una enfermedad devastadora que afecta los intestinos de los bebés prematuros. Los síntomas de la ECN son muy similares a los de la sepsis , y muchos bebés mueren esperando el diagnóstico y el tratamiento. Se utilizó la prueba MALDI/TOF para identificar las bacterias presentes en la materia fecal de los bebés con ECN positiva. Este estudio se centró en la caracterización de la microbiota fecal asociada con la ECN y no abordó el mecanismo de la enfermedad. Existe la esperanza de que se pueda utilizar una técnica similar como una herramienta de diagnóstico rápida que no requiera secuenciación. [91]

Otro ejemplo del poder diagnóstico de MALDI/TOF se encuentra en el área del cáncer . El cáncer de páncreas sigue siendo uno de los cánceres más letales y difíciles de diagnosticar. [92] Desde hace mucho tiempo se ha sospechado que la señalización celular alterada debido a mutaciones en las proteínas de membrana contribuye al cáncer de páncreas. [93] MALDI/TOF se ha utilizado para identificar una proteína de membrana asociada con el cáncer de páncreas y en algún momento puede incluso servir como una técnica de detección temprana. [94] [ fuente no primaria necesaria ]

La técnica MALDI/TOF también puede utilizarse para determinar el tratamiento y el diagnóstico. La técnica MALDI/TOF sirve como método para determinar la resistencia de las bacterias a los fármacos, especialmente a las betalactámicas (familia de las penicilinas). La técnica MALDI/TOF detecta la presencia de carbapenemasas, lo que indica resistencia a los antibióticos estándar. Se prevé que esto podría servir como método para identificar una bacteria como resistente a los fármacos en tan solo tres horas. Esta técnica podría ayudar a los médicos a decidir si recetar antibióticos más agresivos inicialmente. [95]

Detección de complejos proteicos

Tras las observaciones iniciales de que algunos complejos péptido-péptido podían sobrevivir a la deposición e ionización mediante MALDI, [96] se han publicado estudios de grandes complejos proteicos utilizando MALDI-MS. [97] [98]

Moléculas pequeñas

Si bien la MALDI es una técnica común para macromoléculas grandes, a menudo es posible analizar también moléculas pequeñas con una masa inferior a 1000 Da. El problema con las moléculas pequeñas es el de los efectos de matriz, donde es posible que se produzcan interferencias de la señal, saturación del detector o supresión de la señal del analito, ya que las matrices a menudo están formadas por moléculas pequeñas. La elección de la matriz depende en gran medida de las moléculas que se van a analizar. [99] [100]

Espectrometría de masas con imágenes MALDI

Debido a que la MALDI es una fuente de ionización suave, se utiliza en una amplia variedad de biomoléculas. Esto ha llevado a que se la utilice en nuevas formas, como la espectrometría de masas con imágenes MALDI. Esta técnica permite obtener imágenes de la distribución espacial de las biomoléculas. [101]

Véase también

Referencias

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Bibliografía

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