How is Tandem Mass Spectrometry Used in the Life Sciences?
اسپکترومتری جرمی روشی برای شناسایی و تعیین مقدار گسترده و متنوعی از مواد شیمیایی در نمونه های مختلف است. اصل اساسی در اسپکترومتر جرمی این است که گونه های شیمیایی موجود در نمونه یونیزه شده و با قطعه قطعه شدن مولکولها اجزای بارداری تولید می شود. سپس، با اندازه گیری نسبت جرم به بارالکتریکی گونه های تولید شده، طیف جرمی نمونه ایجاد می شود، که از آن می توان به عنوان اثر انگشت شیمیایی، برای شناسایی نمونه استفاده کرد. با تجزیه و تحلیل صحیح، از الگوهای تکه تکه شدن نیز می توان برای تعیین ساختار شیمیایی اجزای نمونه استفاده کرد.
یکی از چالش‌های کاربرد طیف‌سنجی جرمی در علوم زیستی این است که گونه‌های مولکولی دارای جرم‌های بسیار بزرگ بوده، الگوهای تکه تکه شدن بسیار پیچیده دارند و این گونه ها در ماتریس‌های پیچیده شیمیایی قرار دارند. اسپکترومترهای جرمی فقط گستره جرمی محدودی را اندازه گیری می کنند و بنابراین یکی از راه های مقابله با وزن های مولکولی بزرگ ماکرومولکولهای بیولوژیکی استفاده از طیف سنجی جرمی پشت سرهم (Tandem Mass Spectrometry.) است.
در اسپکترومتری جرمی پشت سرهم (Tandem Mass Spectrometry) از یک سری طیف سنج جرمی برای آنالیز متوالی نمونه استفاده می شود. در طیف سنجی جرمی پشت سر هم، بیومولکول اولیه قبل از اینکه یک سری از یونها با نسبت جرم به بار خاص خود انتخاب شوند و قبل از اینکه بیشتر قطعه قطعه و آنالیز شوند، یونیزه و تکه تکه می شوند.
ساده ترین شکل طیف سنجی جرمی پشت سرهم، اسپکترومتری جرمی- اسپکترومتری جرمی یا مس – مس (MS-MS) است. اما، برای آنالیز ماکرومولکولهای بسیار بزرگ، ممکن است مراحل طیف سنجی جرمی پشت سرهم بیشتری برای انتخاب یونهای چندگانه نیز داشته باشند.
دستگاهوری و روش تندم مس اسپکترومتری
در اسپکترومتری جرمی پشت سرهم، مکانیسمها و رویکردهای مختلفی برای یونیزاسیون وجود دارد. تکنیک‌های یونیزاسیون نرم، مانند MALDI، که تکه تکه شدن کمی را در مولکول زیستی القا می‌کند، برای جلوگیری از تکه تکه شدن بیش از حد، در طیف‌سنجی جرمی پشت سر هم بسیار مفید است.
MALDI: Matrix Assisted Laser Desorption Ionization
کاربردهای مهم طیف سنجی جرمی پشت سرهم
برخی از کاربردهای کلیدی اسپکترومتری جرمی پشت سرهم در علوم زیستی شامل پروتئومیکس ها، متابولومیکس ها و فارماکوسینتیک است.
در بررسی پروتئومیکسی از طیف‌سنجی جرمی پشت سرهم برای شناسایی ماهیت پپتیدها در توالی‌های پروتئینی استفاده می‌شود. برای این کاربرد، توانایی گزینشی جرم طیف‌سنجی جرمی پشت سرهم بسیار مفید است، زیرا می‌توان از آنها برای رسم طیف جرمی یونهای ایجاد شده به منظور شناسایی یونهای پپتیدی خاص استفاده کرد.
در مطالعات متابولیکی یا متابولیسمها، از طیف‌سنجی جرمی پشت سرهم برای شناسایی متابولیت‌ها در بافت‌های بیولوژیکی استفاده می‌شود. یکی از چالش‌های متابولومیک، مخلوط‌های پیچیده گونه‌های شیمیایی موجود است، که اغلب به این معنی است که ترکیبی از روش‌های طیف‌سنجی جرمی تلفیقی و پشت سرهم باید برای دستیابی به اطلاعات کافی مربوط به گونه‌های مختلف استفاده شود. جداسازی با روش کروماتوگرافی مایع، قبل از طیف سنجی جرمی پشت سرهم می تواند برای شناسایی استفاده شود.
در مطالعات فارماکوسینتیکی تلاش می شود تا مشخص شود که بدن با یک گونه دارویی در هنگام متابولیزه شدن یا تعامل با بافت ها چه می کند. طیف سنجی جرمی پشت سرهم می تواند به عنوان بخشی از این مطالعات برای کمک به شناسایی محصولات متابولیکی بالقوه و تعیین نحوه عملکرد یک دارو استفاده شود.
طیف سنجی جرمی پشت سر هم در علوم زیستی: مطالعات موردی
یکی از مهم‌ترین جنبه های طیف‌سنجی جرمی پشت سرهم، پذیرش آن در محیط‌های بالینی است. برای نمونه، طیف سنجی جرمی پشت سر هم بر کاهش نرخ های مثبت کاذب از بالای ۱ درصد به کمتر از ۰٫۲۶ درصد برای غربالگری نوزادان برای یک سری اختلالات سلامتی تاثیر داشته است. اطمینان در شناسایی اسیدهای آمینه خاص، که نشانگرهای مهم غربالگری بالینی و تشخیصی هستند.
در حالیکه چالش‌هایی مربوط به آموزش بالینی و شایستگی‌ها در استفاده از طیف‌سنجی جرمی پشت سرهم وجود دارد، ولی، کیفیت بهبود یافته سنجش‌های بالینی آن را به یک دستگاه تشخیصی جذاب تبدیل کرده است.
همان قابلیت‌های آنالیزی که طیف‌سنجی جرمی پشت سرهم را برای مطالعات متابولومیکی جذاب می‌کند، طیف‌سنجی جرمی پشت سرهم را به دستگاهی مفید در تشخیص و غربالگری بیماری‌های متابولیک تبدیل می‌کند که اغلب به‌عنوان مسائل مربوط به کاتابولیسم اسیدهای آمینه خاص ظاهر می‌شوند.