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检验科开展质谱检测所面临的7大挑战

检验医学网 2019-06-17 19:05:04

作者:张岩(Yan Victoria Zhang) 博士

美国纽约州罗彻斯特大学病理和检验系副主任, 临床质谱和毒理室主任和临床化学室副主任, 美国临床化学认证委员会认证的临床化学专家。


临床实验室质谱(mass spectrometry, MS)技术在临床实验室中的应用随着MS分析仪的创新不断拓展。最早的MS分析仪采用扇形电场及磁场实现质量分离, 体积大、价格贵。随着四极杆MS分析仪与色谱分离、第1代气相色谱(gas chromatography, GC)及液相色谱(liquid chromatography, LC)技术的联用, 大大提升了MS技术的实用性。三重四极杆等多重MS技术的联用与LC分离技术令检测向高敏、可重复、定量方向发展, 这是目前临床实验室开展MS检测的基础。随着MS分析仪的不断发展及轨道阱(Orbitrap)MS分析仪的诞生, LC-MS的联用更是如虎添翼。


1
  实验室自建检测项目标准化的不足


LDT指由临床实验室自行开发的检测项目。许多临床实验室开展LDT检测的方法相似, 但仍缺乏标准化的基础。尽管供应商正在着手开发囊括所有针对特定待测物检测所需的试剂、柱以及包括分析软件在内的“ 试剂盒” , 但大部分临床实验室对流动相、校准措施、质控措施以其他检测所需组件仍采用自行研发的方式。虽然在监管、标准化及室间比对等方面已做了一些努力, 但不同临床实验室间的检测结果仍存在差异。


2
  缺少合适的内标


经同位素标记的“ 重” 标准品已经十分普遍, 其与待测物化学性质完全相同, 但特定元素被较重的同位素所代替, 如2H、13C、15N与18O等。被替代的元素数目各异, 但待测物分子质量的增加要求其可与标准品易于区分, 所以有必要为每个待测物都设立特定标记内标, 但在检测多个待测物或仍缺乏标记物时, 可考虑采用替代标准品。这种情况下, 标准品的化学性质应尽可能与待测物接近, 由于待测物洗出时存在干扰物质会减弱MS信号, 采用同位素标记标准品可部分补偿这类离子抑制效应。


ESI最易受到离子抑制的影响, APCI与APPI则较少受离子抑制影响。如利用色谱分辨率自无活性的异构体表睾酮中分离出睾酮是较为困难的[40], 因为两者质量相同且质量谱非常接近, 准确定量要求一定的色谱分辨率。同样, 随着对不同形式维生素D检测需求的日益凸显[, 色谱分离需进一步努力提高分辨率。当被测物质量不同时可不采用色谱分离, 色谱设备供应商已开始通过柱化学提高分辨率, 但需对仪器进行更换, 成本较高。


3
  LC与GC分离所需的时间


为确保GC分析的热稳定性, 特别是需要进行衍生化处理时, 会延长样品制备的时间。


4
  样品制备过程无法实现自动化


样品制备需基于样品类型、待测物、分析方法、已有设备、操作人员技术水平、各批次样品数量、样品制备与仪器(柱)污染间的成本/时间平衡, 因此关于何为“ 最佳” 样品制备方法的意见尚未统一。血液、血浆与血清被视为最复杂的样品基质, 需要最烦琐的制备处理, 常需要多次蛋白沉淀与提取, 而其他液体样品制备则较简单, 可能仅需“ 稀释后直接进样” 即可。稳定、易行的样品制备方法是实现稳定可重复的定量分析的关键之一。自动化样品制备虽然备受期待, 其在高通量检测中的前景最为开阔, 但前期开发耗时长且设备耗材费用高昂。


5
  实验室信息系统的限制


处理带有批次样品结果的电子数据表并进行手工输入是数据处理的限速步骤, 即便数据分析是自动化的, 但仍需人工进行核对, 包括对检测适应症、校准和质控数据的回顾以及人工核对临床样品峰值。


6
  专业人员的短缺


操作者是结果重复性及实验室稳定运行的关键。目前, 美国的许多临床实验室都存在专业人员短缺的问题。临床化学MS实验室对人员技术水平的要求高于自动化实验室, 需同时具备手工样品制备、色谱及仪器日常维护能力。美国临床化学学会(American Association for Clinical Chemistry, AACC)质谱与分离分委会(Mass Spectrometry and Separation Sciences Division, MS3)等组织正努力在这方面提供更多的培训机会。


7
  财务考量


通常, MS分析仪及其相关设备的前期成本高昂, 一旦方法建立后单个检测成本较低, 两方面可相互平衡, 但如果由实验室承担直接或间接培训成本, 则花费较大。另外, MS实验室的技术人员尤其是LDT开发人员需接受大量培训来掌握丰富的经验、最先进的技术, 这也需要大笔资金。



MS技术的应用虽尚未普及, 但将成为临床实验室的发展重点。三重四级杆将广泛用于定量检测, MALDI-TOF MS将用于成像及微生物鉴定。检测目的、样品及基质情况决定了MS分析仪类型及离子化方法的选择。样品制备是临床MS检测的关键, 方法开发过程中要对样品制备的速度、灵敏度及成本进行考虑及优化。


目前, MS检测所面临的挑战源于多方面, 挑战同时也带来机遇:采用新的色谱分离技术, 发明新的分析方法, 发现需要检测的新分子, 发布影响临床MS技术应用的新规定等。仪器的速度不断加快, 灵敏度不断提升, 驱动着这一最激动人心的创新领域不断发展。新一代仪器不断涌现, 色谱技术也进入复兴中, 其他类型MS技术的改进显著提升了TOF及轨道阱MS分析仪在定量检测中的适用性。


临床MS检测的潜力不可限量, 但也充满挑战。希望这篇综述能帮助读者对MS设备及进样系统的现状有所了解, 为临床应用与决策提供指导。


来源:《检验医学》杂志, 2018,33(1): 1-9