Tandemowa spektrometria mas w badaniach przesiewowych noworodków

Zakład Badań Przesiewowych i Diagnostyki Metabolicznej

Rzadkie wady metabolizmu

W odróżnieniu od chorób o względnie częstym występowaniu, takich jak fenyloketonuria, wrodzona niedoczynność tarczycy czy mukowiscydoza których częstość występowania waha sie od 1 : 3 500 do 1 : 8 000, rzadkie wady metaboliczne obejmują choroby i wady których częstość waha sie od 1 : 15 000 (MCAD) do 1 : 200 000 (kwasica metylomalonowa). Z uwagi na bardzo wysoki koszt wykrycia jednego chorego do roku 1997 nie prowadzono populacyjnych badań przesiewowych w kierunku wykrywania tych chorób.

W klasycznych testach wykrywających fenyloketonurię, hipotyreozę czy mukowiscydozę w trakcie analizy jednej próbki oznacza sie tylko jeden parametr. Tandemowa spektrometria mas pozwala na oznaczenie w jednej analizie nawet sto różnych parametrów. Dzięki temu możliwe staje się badanie w kierunku grupy wad na podstawie analizy z jednej próbki krwi na bibule. Gdyby więc potraktować te rzadkie choroby metaboliczne jako całość to ich częstość sumaryczna jest znaczna i można ją szacować w przedziale od 1 : 4 000 do 1 : 7 000, tj. porównywalna z fenyloketonurią czy hipotyreozą.

Wykrywanie rzadkich wad metabolizmu

komora jonizacyjna

Tandemowa spektrometria mas (MS/MS) w drugiej połowie lat 90-tych uzyskała wielkie zainteresowanie w analityce ze względu na unikalne cechy, takie jak wysoka czułość, dokładność i selektywność. TMS umożliwia oznaczanie ilościowe związków mało i średniocząsteczkowych w złożonych mieszaninach bez konieczności uprzedniej ich separacji (np. na kolumnach chromatograficznych HPLC). Ma to szczególne znaczenie przy oznaczaniu mikromolowych ilości substancji we krwi, moczu lub innych płynach ustrojowych. Czułość aparatu przewyższa stężenia substancji w surowicy krwi.

W badaniach przesiewowych noworodków technika ta umożliwia oznaczanie profilu estrów karnityny i wybranych aminokwasów, które są nieprawidłowe w ponad 20 wrodzonych chorobach metabolicznych.

Analiza aminokwasów we krwi, takich jak fenyloalanina, leucyna, metionina, tyrozyna, homocysteina stosowana jest do diagnostyki tyrozynemii, choroby syropu klonowego czy diagnostyki hiperfenyloalaninemii.

Tandemowa spektrometria mas jako jedyna technika umożliwia oznaczanie estrów karnityny w celu wykrycia MCAD (deficytu dehydrogenazy CoA średniołańcuchowych kwasów tłuszczowych) dość częstej wady utleniania kwasów tłuszczowych (ok. 1:10.000), która może prowadzić nawet do zgonu dziecka, a w Polsce jest praktycznie nie diagnozowana.

Poniżej przedstawiono przykładowe widma masowe dla profilu estrów karnityn dla noworodka zdrowego (widmo górne) i dla noworodka z MCAD (widmo dolne). Na widmie dziecka zdrowego domunujące piki odpowiadają masie jonów powstałych z wzorców kalibracyjnych (C5* izotop izowaleryl-karnityny i C8* izotop oktanylo-karnityny). Na widmie dolnym dominującym pikiem jest pik odpowiadający jonowi C8 czyli oktanylo-karnityny pochodzącej od dziecka chorego. MCAD profil

Powyższe widmo dziecka chorego po przeliczeniu na stężenia oraz stosunki stężeń wybranych estrów karnityn MCAD wynik

Na podstawie analizy efektywności MS/MS w badaniu przesiewowym fenyloketonurii, wprowadzono badanie MS/MS do rutynowych badań przesiewowych fenyloketonurii jako drugi stopień przesiewu. Metodą MS/MS określane jest jednocześnie stężenie fenyloalaniny i tyrozyna w próbkach krwi, w których stwierdzono podwyższony poziom fenyloalaniny metodą kolorymetryczną, w pierwszym badaniu przesiewowym. Oznaczanie równoczesne fenyloalaniny i tyrozyny zwiększa wielokrotnie selektywność (wartość predykcyjną testu przesiewowego) i umożliwia ponad 10-krotnie zmniejszenie liczby noworodków, od których jest pobierana druga próbka krwi na bibułę.

Podstawy tandemowej spektrometrii mas

Działanie spektrometrów masowych oparte jest na trzech podstawowych krokach:

  1. jonizacja cząsteczek badanej mieszaniny (np. ekstrakt z krwi na bibule)
  2. selekcja powstałych jonów
  3. detekcja jonów

W przypadku tandemowej spektrometrii mas możliwe są dodatkowe etapy polegające na rozbijaniu i ponownej selekcji jonów powstałych w kroku 2.

  1. jonizacja cząsteczek badanej mieszaniny
  2. selekcja powstałych jonów (jony macierzyste)
  3. rozbijanie jonów
  4. selekcja jonów powstałych z rozbicia (jony potomne)
  5. detekcja jonów

Selekcja i detekcja jonów polega na określeniu masy powstałych jonów (a właściwie na pomiarze stosunku masy jonu do jego ładunku elektrycznego) - dodatkowo detekcja pozwala na określenie liczby jonów które dotarły do detektora.

Wynikiem rozbijania jonów macierzystych jest powstanie tzw. widma fragmentacyjnego (widmo MS/MS) charakterystycznego dla jonu macierzystego. Fragmentacja tego samego jonu macierzystego w takich samych warunkach daje identyczne widmo MS/MS.

Skierowanie na badanie

Skierowanie MS/MS

Badanie metodą tandemowej spektrometrii mas może być również wykonane dla dzieci starszych (nie objętych badaniami przesiewowymi lub z podejrzeniem wystąpienia wad metabolizmu). Badanie to jest wykonywane po przesłaniu do laboratorium próbki krwi na bibule (takiej samej jak w badaniach przesiewowych noworodków) oraz wypełnionego skierowania na badanie. Skierowanie może być pobrane tutaj .

Kontakt
Zakład Badań Przesiewowych i Diagnostyki Metabolicznej

Instytut Matki i Dziecka
ul. Kasprzaka 17a
01-211 Warszawa
tel. 22-32-77-161

Opracowanie:

Dr Mariusz Ołtarzewski
Zakład Badań Przesiewowych i Diagnostyki Metabolicznej
Instytut Matki i Dziecka

Informacja
Strona internetowa finansowana jest ze środków będących w dyspozycji Ministra Zdrowia w ramach programu zdrowotnego „Program badań przesiewowych noworodków w Polsce na lata 2019-2022”
Instytut Matki i Dziecka Ministerstwo Zdrowia