Interview with Prof. Kevin A. Schug

Význam tématu

Analýza stopových koncentrací biologicky aktivních látek a hodnocení environmentálních dopadů průmyslových procesů představuje klíčový pilíř moderní analytické chemie. Výzkum umožňuje zlepšit klinické postupy v oblasti léčby traumatického poškození mozku a současně odhalovat potenciální kontaminaci vodních zdrojů v lokalitách s těžbou ropy a plynu.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem spolupráce mezi Ústavem chemie a biochemie na UT Arlington a společností Shimadzu je rozvinout pokročilé metody pro kvantitativní detekci hormonů v biologických matricích a systematicky zkoumat kvalitu podzemních vod poblíž neobvyklých vrtů a hydraulického štěpení. Práce zahrnuje:

• vývoj on-line technik přípravy vzorků pro LC-MS
• optimalizaci metod pro extrakci a detekci estrogenů v plazmě a mozkomíšním moku
• komplexní sledování chemického složení více než 800 vzorků podzemní vody

Použitá metodika a instrumentace

Pro klinické a environmentální měření byly využity následující přístroje Shimadzu:

• LCMS-IT-TOF a QP8000α pro výzkum aduktů v ESI
• CoSense systém s triple kvadrupólem pro on-line trap-and-elute přípravu vzorků
• GC-MS a GC-FID/BID pro toxikologické a organické sloučeniny
• ICP-OES a TOC/TN analyzátor pro elementární a organickou analýzu vody

Hlavní výsledky a diskuse

Vyvinuté metody dosáhly detekčních limitů v řádu nízkých částí na bilion (ppt) při stanovení estrogenů v mozkomíšním moku i plazmě. Optimalizace MAYI trap obohatila workflow o efektivní čištění a zvyšování senzitivity. V environmentálním projektu bylo analyzováno přes 800 vzorků a odhaleno několik indicií nepřímého vlivu netradičního vrtání na kvalitu podzemní vody. Probíhají dlouhodobé studie před, během a po vrtání, které mají nadále objasnit časový vývoj chemických změn.

Přínosy a praktické využití metody

Spolehlivé on-line vzorkování a kombinace cílených i necílených strategií umožňují:

• rychlejší zpracování velkého množství vzorků
• zavedení nových klinických biomarkerů do praxe
• nezávislé a objektivní posouzení environmentálních rizik
• špičkovou odbornou přípravu studentů a výzkumníků

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozšíření on-line systémů přípravy vzorků do nových matic, integrace pokročilých hmotnostních analyzátorů pro multi-modalitní analýzu a větší uplatnění v regulované kontrole kvality a klinické diagnostice. Důraz bude také kladen na vývoj flexibilních přístrojových řešení šitých na míru konkrétním aplikacím.

Závěr

Spolupráce UT Arlington a Shimadzu vedla k vytvoření unikátního centra pro pokročilou analytiku, které kombinuje špičkové vybavení se zkušenými odborníky a přináší přelomové metody pro biomedicínu i environmentální vědy. Objektivní sběr a analýza dat pomáhá lépe pochopit zdravotní i ekologické dopady moderních technologií.

Reference

1. Beinhauer J., Liangqiao B., Fan H., Sebela M., Kukula M., Barrera J.A., Schug K.A. Bulk derivatization and cation exchange restricted access media-based trap-and-elute liquid chromatography-mass spectrometry method for determination of trace estrogens in serum. Anal. Chim. Acta. 2015;858:74–81.
2. Schug K.A., Sawicki I., Carlton D.D. Jr., Fan H., McNair H.M., Nimmo J.P., Kroll P., Smuts J., Walsh P., Harrison D. A Vacuum Ultraviolet Detector for Gas Chromatography. Anal. Chem. 2014;86:8329–8335.
3. Papouskova B., Fan H., Lemr K., Schug K.A. Aspects of Trapping Efficiency And Matrix Effects in Development of a Restricted Access Media-Based Trap-and-Elute Liquid Chromatography-Mass Spectrometry Method. J. Sep. Sci. 2014;37:2192–2199.
4. Fan H., Papouskova B., Lemr K., Wigginton J.G., Schug K.A. Bulk Derivatization and Direct Injection of Human Cerebrospinal Fluid for Trace Level Quantification of Endogenous Estrogens Using Trap-and-Elute LC-MS/MS. J. Sep. Sci. 2014;37:2010–2017.
5. Barnes J.S., Schug K.A. Oxidative Degradation of Quercetin with Hydrogen Peroxide Using Continuous Flow Kinetic Electrospray Ion Trap Time of Flight Mass Spectrometry. J. Agric. Food Chem. 2014;62:4322–4331.
6. Nguyen H.P., Chandel N.S., DeBerardinis R.J., Schug K.A. Hydrophilic interaction liquid chromatography tandem mass spectrometry to detect and quantify dicarboxyethyl glutathione, a metabolic biomarker of fumarate hydratase-deficient cancer cell. J. Sep. Sci. 2013;36:3303–3309.
7. Fontenot B.E., Hunt L.R., Hildenbrand Z.L., Carlton D.D. Jr., Oka H., Walton J.L., Hopkins D., Osorio A., Bjorndal B., Hu Q., Schug K.A. An evaluation of water quality in private drinking water wells near natural gas extraction sites in the Barnett Shale Formation. Environ. Sci. Technol. 2013;47:10032–10040.
8. Barnes J.S., Foss F.W. Jr., Schug K.A. Thermally Accelerated Oxidative Degradation of Quercetin Using Continuous Flow Kinetic Electrospray-Ion Trap-Time of Flight Mass Spectrometry. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2013;24:1513–1522.
9. Yang S.H., Wang E.H., Gurak J.A., Bhawal S., Deshmukh R., Wijeratne A.B., Edwards B.L., Foss F.W. Jr., Timmons R.B., Schug K.A. Affinity Mesh Screen Materials for Selective Extraction and Analysis of Antibiotics using Transmission Mode Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry. Langmuir. 2013;29:8046–8053.
10. Tedmon L., Barnes J.S., Nguyen H.P., Schug K.A. Differentiating Isobaric Steroid Hormone Metabolites Using Multi-Stage Tandem Mass Spectrometry. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2013;24:399–409.