同位素內(nèi)標(biāo)品在各個領(lǐng)域的應(yīng)用盤點(diǎn)

▐ 過敏原檢測

食物過敏是一種常見的公共衛(wèi)生和食品安全問題，影響約 5% 的成人和 8% 的兒童。敏感人群對食物過敏原的閾值較低，這意味著低攝入量可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的過敏反應(yīng)。

最近中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的 Wu Yige 等人，用同位素標(biāo)記的 L-Arginine-13C₆,15N₄ 和 L-Lysine-13C₆,15N₂，巧妙的結(jié)合 SILAC 技術(shù)，培養(yǎng)了同位素標(biāo)記的蝦過敏原原肌球蛋白 (TM-1)，以其作為內(nèi)標(biāo)，運(yùn)用 UPLC-MS/MS 準(zhǔn)確定量檢測了復(fù)雜食品基質(zhì)中的蝦過敏原肌球蛋白含量，定量限為 1-10 μg/g[2]。

圖 1.  實(shí)驗(yàn)流程圖^[2]。

該方法成功應(yīng)用于實(shí)際樣品中的原肌球蛋白的準(zhǔn)確定量，為食品的安全問題提供了有力保障。

▐ 兔肉加工食品的蛋白質(zhì)定量

兔肉蛋白具有很高的營養(yǎng)價(jià)值，瘦兔肉已被推廣為牛肉和豬肉的健康替代品，但是對已經(jīng)深度加工的食品，如何確認(rèn)食品中的兔肝和肉組織的含量是否符合食品的要求呢？

Stachniuk A等人使用兩種兔骨骼肌特異性肽 (SSVFVADPK和PHSHPALTPEQK)、三種兔肝組織特異性肽 (FNLEALVTHTLPFEK、AILNYVANK和TELAEPTSTR) 以及一種同時特異于兔內(nèi)臟和骨骼肌組織的肽（AFFGHYLYEVAR）作為特異性同位素標(biāo)記的多肽[3]。

 

圖 2. LC-TQ-MS/MS 譜圖^[3]。 

(A) 在純兔骨骼肌和肝臟中檢測到六種兔特異性肽。(B) 樣品中檢測到的同位素標(biāo)記肽。綠色：圖骨骼肌特異性肽；紅色：兔肝特異性肽；藍(lán)色：兔骨骼肌和肝臟特異性肽；黑色：同位素標(biāo)記肽.

這些特異性同位素標(biāo)記的多肽被用于絕對定量兔肝和肉組織中的特異性肽，以驗(yàn)證食品中的兔肉和肝的組成是否符合產(chǎn)品含量。通過這種方法，成功解決了在高度加工的食品產(chǎn)品中對兔肝和肉組織進(jìn)行特異性鑒定和定量的問題。
▐ 紅酒中農(nóng)藥殘留的檢測

為提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)量，種植過程中使用農(nóng)藥是不可避免的。由于農(nóng)產(chǎn)品的基質(zhì)復(fù)雜，同時基于農(nóng)藥殘留痕量分析的要求。近年來應(yīng)用同位素做內(nèi)標(biāo)質(zhì)譜法檢測食品中的農(nóng)藥殘留，提高了農(nóng)藥殘留的檢測限和精確度。

圖 3. ６ 種同位素內(nèi)標(biāo) (１０ μｇ/Ｌ) 的選擇離子圖^[4]。 

A.Carbendazim-d₄; B. Imidacloprid-d₄; C. Pyrimethanil-d₅; D. Tebuconazole-d₆; E. Methoxyfenozide-d₉; F. Chlorpyrifos-d₁₀
 

陳達(dá)煒等人用同位素標(biāo)記的Carbendazim-d₄、Imidacloprid-d₄、Pyrimethanil-d₅、Tebuconazole-d₆、Methoxyfenozide-d₉、Chlorpyrifos-d₁₀  為內(nèi)標(biāo)進(jìn)行內(nèi)標(biāo)法定量，建立了一種快速有效監(jiān)測紅葡萄酒中 18 種農(nóng)藥殘留的有效方法，有效地降低了樣品基質(zhì)影響所帶來的誤差，提高了檢測的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性，適用于不同紅葡萄酒中農(nóng)藥多殘留的快速定性篩查和定量檢測，確保紅葡萄酒的食用安全[4]。

▐ 食品接觸材料及添加劑殘留檢測

此外，對食品接觸材料及其添加劑的定量檢測也極其重要，其可能會遷移至食品中，如塑料的殘留會會對人體產(chǎn)生慢性毒性。

Emmanouil D. Tsochatzis 等人用 GC-MS/MS 法定量測定了液態(tài)食品模擬劑中 75 種食品級接觸材料殘留的含量，應(yīng)用穩(wěn)定同位素化合物做內(nèi)標(biāo)，如 DEHP-d₄ 、BBP-d₄ 、DBP-d₄ 等 8 個同位素內(nèi)標(biāo)品，定量檢測出食品接觸材料的殘留量，該方法操作簡單、靈敏、快速且樣品制備簡單，該方法符合歐盟對食品接觸材料的遷移檢測殘留規(guī)定[5]。

 

探索人體血液中藥物濃度安全范圍，利用血藥濃度來調(diào)整給藥劑量，可減少用藥盲目性，使藥物在患者體內(nèi)發(fā)揮最佳療效，達(dá)到提高療效和減少不良反應(yīng)的目的，最終實(shí)現(xiàn)個體化用藥，精準(zhǔn)用藥。

穩(wěn)定同位素標(biāo)記物因其高靈敏度和無基質(zhì)效應(yīng)而成為質(zhì)譜檢測血藥濃度內(nèi)標(biāo)定量的金標(biāo)準(zhǔn)[6][7]。

圖 4. 同位素內(nèi)標(biāo)品結(jié)構(gòu)。 

Al Shirity ZN 等人用 21 種穩(wěn)定同位素激酶抑制劑內(nèi)標(biāo)定量（如 Gefitinib-d₈， Dasatinib-d₈，Ceritinib-d₇，Osimertinibe-13C, d₃等），開發(fā)了一種快速其有效的 LC-MS/MS 分析方法，該方法可同時用于定量人血漿和血清中 21 種激酶抑制劑，用于治療藥物檢測。且該方法與 FDA 和 EMA 的線性、選擇性、殘留、準(zhǔn)確度、精密度、稀釋完整性、基質(zhì)效應(yīng)、回收率和穩(wěn)定性均一致。經(jīng)評估，該方法可適用于臨床實(shí)踐中的常規(guī)分析[8]。

圖 5. 用于定量人血漿和血清中激酶抑制劑的 LC-MS/MS 參數(shù)^[4]。

包括保留時間、前體和產(chǎn)物離子 m/z、碰撞能量和最小停留時間。 
 

 

▐ 除草劑的室內(nèi)污染

草甘膦（Glyphosate，NA）是一種廣譜、非選擇性、合成的通用除草劑, 自 1970 年以來在世界范圍內(nèi)廣泛使用, 同時也導(dǎo)致了室外空氣和土壤的污染。

Saurat D, 等人首次評估了草甘膦及其代謝物在法國室內(nèi)家庭中的粉塵污染情況，采用了一種新的 HILIC-MS/MS 質(zhì)譜檢測方法，且運(yùn)用了 Glyphosate-13C₂,15N  等同位素內(nèi)標(biāo)品定量，測定室內(nèi)粉塵中草甘膦 (NA)、氨基甲基膦酸(Aminomethyl) phosphonic acid，AMPA；草甘膦降解時的主要代謝物）和草銨膦等極性農(nóng)藥最低限為 25 ng/g，該檢測限度解決了關(guān)于人類通過非飲食攝入室內(nèi)灰塵而暴露于草甘膦的室內(nèi)污染問題[9]。

圖 6. 實(shí)驗(yàn)總同位素內(nèi)標(biāo)品及其儀器檢測參數(shù)。 

 

▐ 畜肉中獸藥殘留的檢測

不合理使用和濫用獸藥會造成動物性食品中獸藥殘留超標(biāo)，可能對人體產(chǎn)生急、慢性毒性作用。同位素內(nèi)標(biāo)可有效抵消基質(zhì)效應(yīng)和前處理過程中的操作損失，可用 LC-MS、LC-MS/MS 等快速、準(zhǔn)確的檢測出食品中獸藥殘留，成為目前食品中獸藥檢測的首選方法。

董潔瓊等人用超高液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定了畜肉中的 14 種 β-受體激動劑，其中用 6 個同位素做內(nèi)標(biāo)品 (如 Clenbuterol-d9、Salbutamol-d₃ 、Ractopamine-d₃、Cimaterol-d₇、Terbutaline-d₉ 和 Clorprenaline-d₆)，不但減少了樣品檢測時的基質(zhì)效應(yīng)，定量檢測結(jié)果與國標(biāo)方法接近，此方法準(zhǔn)確可靠，且簡單快捷，重復(fù)性好，準(zhǔn)確度高，溶劑消耗量少，也適合批量樣品中 β-受體激動劑殘留量的檢測[10]。

 

鄰苯二甲酸酯（Phthalate Esters，PAEs）是一種高產(chǎn)量化學(xué)品，作為商業(yè)增塑劑廣泛用于制造和加工塑料（如食品包裝、玩具、醫(yī)療器械及個人護(hù)理等）各個行業(yè)。據(jù)報(bào)道，PAEs 不與聚合物共價(jià)結(jié)合，很容易釋放并進(jìn)入環(huán)境，土壤、水、室內(nèi)空氣、灰塵及紡織品等多種環(huán)境基質(zhì)中均可檢測到。
寧波大學(xué)海洋學(xué)院的 Shi QQ 等人采用氣相色譜-三重四級桿質(zhì)譜建立了一種靈敏、穩(wěn)健、高效的可以檢測水生生物和海水中的 13 種鄰苯二甲酸單酯 (MPAEs)，該方法采用穩(wěn)定同位素鄰苯二甲酸單酯做內(nèi)標(biāo)品 (如鄰苯二甲酸二甲酯（MMP-d₄) 鄰苯二甲酸單乙酯（MEP-d₄）等)，其檢測限為 0.07 至 0.88 μg/kg 和 0.04-1.96 ng/L (濕重)[11]。

圖 7. 寧波市水產(chǎn)品市場不同水生物中鄰苯二甲酸單烷基酯的組成^[11]。

該方法成功應(yīng)用于海洋中的實(shí)際樣品檢測中�；�于該方法，對水生生物和海水養(yǎng)殖環(huán)境中 MPAEs 和母體 PAEs 聯(lián)合暴露的健康和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了創(chuàng)新性評估，這對于研究 MPAEs 在水生生物和海水養(yǎng)殖環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化和人類健康和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義[11]。

 

穩(wěn)定同位素內(nèi)標(biāo)品有這么多的應(yīng)用呢，目前在做實(shí)驗(yàn)的你是否正好需要呢？那就瀏覽下 MCE 的同位素官網(wǎng)吧，找到需要的同位素標(biāo)記物，盡快完成實(shí)驗(yàn)。

 

 

 

參考文獻(xiàn)

[1] Ulvik A, Ueland PM, et al. Quantifying Precisi on Loss in Targeted Metabolomics Based on Mass Spectrometry and Nonmatching Internal Standards. Anal Chem. 2021 Jun 1; 93 (21):7616-7624.

[2] Wu Y, Yao K, Yang Y, Wu X, Zhang J, Jin Y, Xing Y, Niu Y, Jiang Q, Dai C, Wang Y, Li H, Shao B. A SILAC-based accurate quantification of shrimp allergen tropomyosin in complex food matrices using UPLC-MS/MS. Food Chem. 2024 May 1;439:138170.

[3] Stachniuk A, Trzpil A, Czeczko R, Nowicki Ł, Ziomkowska M, Fornal E. Absolute quantification of targeted rabbit liver- and meat tissue-specific peptide markers in highly processed food products. Food Chem. 2024 Apr 16; 438:138069.

[4] Chen D, Lü B, Ding H, Zou J, Yang X, Zhao Y, Miao H. [Determination of 18 pesticide residues in red wine by ultra high performance liquid chromatography-high resolution mass spectrometry with isotope dilution technique]. Se Pu. 2014 May;32(5):485-92. Chinese.

[5] Tsochatzis ED, Lopes JA, Gika H, Dalsgaard TK, Theodoridis G. A fast SALLE GC-MS/MS multi-analyte method for the determination of 75 food packaging substances in food simulants. Food Chem. 2021 Nov 1; 361:129998.

[6] Schmidt C. First deuterated drug approved. Nat Biotechnol. 2017 Jun 7;35(6):493-494.

[7] Pirali T, Serafini M, Cargnin S, Genazzani AA. Applications of Deuterium in Medicinal Chemistry. J Med Chem. 2019 Jun 13;62(11):5276-5297.

[8] Al Shirity ZN, et al. Validation of an LC-MS/MS assay for rapid and simultaneous quantification of 21 kinase inhibitors in human plasma and serum for therapeutic drug monitoring. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 2023 Sep 1;1229:123872.

[9] Saurat D, et al. Determination of glyphosate and AMPA in indoor settled dust by hydrophilic interaction liquid chromatography with tandem mass spectrometry and implications for human exposure. J Hazard Mater. 2023 Mar 15;446:130654.

[10] Dong J, et al. Determination of 14 β-agonists in animal meat by ultra high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Se Pu. 2023 Dec; 41(12):1106-1114. Chinese.

[11] Shi QQ, et al. High-throughput analytical methodology of monoalkyl phthalate esters and the composite risk assessment with their parent phthalate esters in aquatic organisms and seawater. J Hazard Mater. 2024 Mar 5;465:133186.