научная статья по теме СОРБЦИОННОЕ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ФЕНИЛКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ (БИОМАРКЕРОВ СЕПСИСА) ИЗ МОДЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ НА СВЕРХСШИТОМ ПОЛИСТИРОЛЕ Химия

Текст научной статьи на тему «СОРБЦИОННОЕ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ФЕНИЛКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ (БИОМАРКЕРОВ СЕПСИСА) ИЗ МОДЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ НА СВЕРХСШИТОМ ПОЛИСТИРОЛЕ»

ФИЗИКОХИМИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ, 2014, том 50, № 6, с. 640-644

ПРОЦЕССЫ РАЗДЕЛЕНИЯ НА МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦАХ. ХРОМАТОГРАФИЯ

УДК 543.054;543.544

СОРБЦИОННОЕ КОНЦЕНТРИРОВАНИЕ ФЕНИЛКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ (БИОМАРКЕРОВ СЕПСИСА) ИЗ МОДЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ

НА СВЕРХСШИТОМ ПОЛИСТИРОЛЕ © 2014 г. А. К. Паутова, А. И. Ревельский

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, химический факультет, 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д. 1, стр. 3 e-mail: alicepau@mail.ru, sorbent@yandex.ru Поступила в редакцию 28.04.2014 г.

Разработаны условия сорбции (на сверхсшитом полистироле) шести фенилкарбоновых кислот (ФКК), являющихся биомаркерами сепсиса, из водных модельных растворов и условия элюирова-ния этих кислот с сорбента для последующих дериватизации и анализа методом газовой хроматографии—масс-спектрометрии (ГХ—МС). Условия позволяют обнаруживать ФКК в растворе на уровне (и ниже) содержания этих соединений в сыворотке крови здоровых пациентов. Групповое извлечение различающихся по полярности искомых кислот из водных растворов проведено селективно по отношению к холестерину, выбранному в качестве своеобразного маркера более высоко-кипящих мешающих соединений. Применение разработанной методики эксперимента позволит значительно повысить экспрессность анализа для диагностики сепсиса на ранних стадиях развития.

DOI: 10.7868/S0044185614060151

ВВЕДЕНИЕ

Исследование метаболома в настоящее время является тенденцией в медицине, химии, биологии и многих других областях наук [1], поскольку метаболом отражает жизнедеятельность клеток и процессы, происходящие на уровне генома, транскриптома и протеома [2] и открывает возможность зафиксировать изменения в фенотипе, что, в свою очередь, поможет в диагностике заболеваний на ранних стадиях развития. Открытие биомаркеров различных заболеваний и расстройств и включение их в разработку клинических решений может впоследствии кардинально изменить процедуру оказания медицинской помощи, поэтому существует большая потребность в открытии, оценке и клинической проверке биомаркеров.

Несмотря на стремительное развитие медицины, серьезной проблемой и сейчас является диагностика сепсиса на ранних стадиях развития заболевания. Количество летальных исходов при сепсисе остается на высоком уровне [3], что требует проведения быстрых и достоверных анализов для постановки точного диагноза. Определение ФКК, которые являются продуктами жизнедеятельности бактерий, вызывающих сепсис, является новым подходом к диагностике сепсиса на ранних стадиях развития [4]. Этими кислотами являются: 2-фенил-уксусная кислота (ФУК), 3-фенилпропановая кислота (ФПК), 3-фенилмолочная кислота (ФМК), 2-(4-гидроксифенил)уксусная кислота (ГФУК), 3-(4-гидроксифенил)пропановая кис-

лота (ГФПК), 3-(4-гидроксифенил)молочная кислота (ГФМК). Проведенные группой профессора Белобородовой Н.В. исследования показали, что содержание этих кислот в крови септических больных меняется в 10—100 раз по сравнению с их содержанием в крови здоровых людей [5]. На основании этих данных разработан и успешно применяется в настоящее время патент на определение ФКК в сыворотке крови методом ГХ—МС [6]. Основной сложностью при проведении анализа является работа с сывороткой крови, которая представляет собой сложную смесь высоко- и низкомолекулярных компонентов разной концентрации. Используемая в настоящее время пробоподготовка включает в себя жидкость-жидкостную экстракцию органическими растворителями с высаливанием. Несмотря на приемлемые результаты по извлечению кислот, метод достаточно трудоемкий и длительный. Кроме того, не удается полностью избавиться от ряда мешающих соединений, например холестерина, попадание которого в хроматографическую систему ведет к ее загрязнению, искажению результатов и значительному увеличению времени анализа. В настоящей работе для повышения селективности группового извлечения ФКК и экспрессности анализа рассматривается использование другого метода про-боподготовки — сорбционного концентрирования, который позволяет автоматизировать пробо-подготовку и проводить ее одновременно для большого количества проб.

CОРБЦИОННОE KОНЦEНTРИРОBAНИE ФЕНИЛЕАРБОНОВЬК KИCЛОT 641

Широкий выбор существующих сорбентов позволяет проводить селективное извлечение разных по природе соединений и классов соединений, что обуславливает активное использование сорбционного концентрирования в пробоподго-товке и постепенное вытеснение жидкость-жидкостной экстракции [7]. Разработанный в 70-х годах профессором Даванковым В.А. сверхсшитый полистирол представляет особый интерес в настоящее время [8]. Благодаря своей особой структуре (наличию микро- и макропор) и химической природе его все чаще используют для извлечения органических соединений из различных объектов, в том числе из сточных вод [9], продуктов питания, а также из биологических объектов — мочи, крови и слюны [10, 11]. Наличие этих данных позволило предположить, что сорбционное концентрирование на патронах со сверхсшитым полистиролом в качестве сорбента позволит провести селективное (по отношению к загрязняющим аналитическую систему компонентам матрицы) групповое извлечение ФКК из сыворотки крови. Далее предполагается провести дериватизацию выделенных компонентов и определение их триметилсилильных (ТМС) производных методом ГХ—МС.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Реагенты и материалы. В работе использовали ФУК, ФПК, ФМК, ГФУК, ГФПК, ГФМК, холестерин производства "Sigma-Aldrich", сверхсшитый полистирол Purosep-270 производства "Puro-lite" , ^0-бис(триметилсилил)трифторацетамид (БСТФА) производства "Regis Technologies", ме-тил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) производства "Scharlau Chemie S.A.", ацетон (х.ч. для хроматографии) производства "Компонент-реактив".

Приготовление модельного раствора ФКК и холестерина. Модельный раствор готовили путем растворения 1—4 мг ФКК и 4 мг холестерина в 1 мл ацетона; аликвоту 20 мкл полученного раствора растворяли в 1 мл ацетона, и аликвоты (20 мкл) использовали в экспериментах с определением ТМС производных на капиллярной колонке НР-1 длиной 7 м. Концентрации ФКК составили 2 х 10-5—8 х 10-5 г/мл, концентрация холестерина — 8 х 10-5 г/мл.

Условия сорбционного концентрирования на сверхсшитом полистироле. При подборе оптимальных условий сорбционного концентрирования ФКК из водных модельных растворов варьировались следующие параметры: природа элюента (ацетон, МТБЭ), объем элюента (6 х 200 мл, 2 х 600 мл), экстракция из водного и кислого (1 х 10-2 М раствор серной кислоты) растворов, промывание сорбента дистиллированной водой и раствором серной кислоты (5 х 10-5 М и 1 х 10-4 М). Наилучшие результаты получены при следующих условиях эксперимента: нанесение водного раствора ФКК и

холестерина на картридж с 300 мкл сверхсшитого полистирола, промывание сорбента 3 мл раствора серной кислоты (5 х 10-5 М), высушивание сорбента при давлении 170 мм рт. ст., добавление 600 мкл МТБЭ на 5 мин, элюирование еще 600 мкл МТБЭ. После этого элюат собирают в ви-алу, высушивают в потоке азота (80 мл/мин) до объема 300 мкл, дериватизируют (30 мкл БСТФА, 60 мин при 60° С), охлаждают до комнатной температуры, затем высушивают досуха в потоке азота (80 мл/мин), добавляют к сухому остатку 50 мкл МТБЭ и 1 мкл полученного раствора анализируют методом ГХ—МС. После окончания каждого эксперимента сорбент промывали ацетоном и раствором серной кислоты (1 х 10-2 М), чтобы провести его регенерацию.

Условия анализа методом ГХ—МС. В работе использовали хроматомасс-спектрометр фирмы Trace Electron Corporation, включающий газовый хроматограф Trace GC Ultra и масс-спектральный детектор Trace DSQ. Хроматографическое разделение компонентов проводили на кварцевой капиллярной колонке Restek RTX-1ms (100% диме-тилполисилоксан, толщина неподвижной фазы 0.25 мкм, длиной 30 м, внутренним диаметром 0.32 мм) и кварцевой капиллярной колонке HP-1 (100% диметилполисилоксан, толщина неподвижной фазы 0.11 мкм, длиной 7 м, внутренним диаметром 0.2 мм). Условия хроматографического разделения: температура инжектора — 250°С, расход газа-носителя — 1.5 мл/мин, режим без деления/с делением потока, время от ввода пробы до включения делителя потока (1 : 20) — 0.5 мин. Режим программирования температуры термостата колонок: начальная температура — 40°С, время выдержки термостата при этой температуре — 5 мин, скорость нагрева — 20°С/мин до 260°С, время выдержки — 10 мин. Объем вводимой пробы — 1 мкл. Условия масс-спектрального анализа: электронная ионизация, энергия электронов — 70 эВ, температура интерфейса — 260°С, температура ионизацинной камеры — 250°С, давление в камере — 10-5 мм рт. ст., диапазон сканирования m/z — 50—480а.е.м., скорость сканирования — 4 скана в секунду, задержка включения катода — 7 мин.

Перед проведением экспериментов по изучению полноты сорбции и десорбции ФКК с сорбента провели эксперименты по дериватизации кислот и анализу растворов полученных производных. Площади полученных хроматографиче-ских пиков использовали в дальнейшем для оценки полноты извлечения определяемых веществ в процессе пробоподготовки, основанной на сорб-ционном концентрировании. Вначале работы использовалась капиллярная колонка длиной 30 м, и время ГХ—МС анализа составляло 30 мин. Впоследствии колонка была заменена на более короткую (7 м), и время анализа составило 15 мин.

б ФИЗИKОXИMИЯ ПОBEРXНОCTИ И MATEРИAЛОB том 50 № 6 2014

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Помимо аналитического выхода — методики эксперимента по определению указанных кислот в образцах сыворотки крови методом ГХ—МС — промежуточный научный и практический интерес представляла следующая стадия эксперимента. Необходимо было обеспечить групповое извлечение этих разных по полярности ФКК из модельных водных растворов селективно по отношению к компонентам матрицы (сыворотки крови), мешающим определению данных кислот методом ГХ—МС. Мешающие компоненты матрицы загрязняли хрома-тографическую систему и масс-спектральный детектор и требовали, как минимум, длительного времени нагрева термостата колонок при максимально приемлемых для колонки температурах, дополнительных контрольных

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком