メタボローム解析・メタボロミクス

Orange Science
17 時間前
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メタボロミクス・代謝組学における毒性学と臨床検査のためのサンプル調製

メタボロミクス・代謝組学の研究では、代謝物の正確な分析を確保するために、入念なサンプル調製が不可欠です。Organomationの窒素蒸発システムは、この分野で不可欠なツールとなり、溶媒の効率的な除去的同时にサンプルの完全性を維持します。このページでは、Organomation社の装置が毒性学と臨床検査におけるメタボロミクスアプリケーションを支援する方法について解説します。

メタボローム解析におけるサンプル調製の重要性

メタボロームは、刺激に応答して代謝物濃度が急速に変動する極めて動的な分子集合体です [1]。収集、処理、保管の各段階における適切なサンプル取り扱い方法は、代謝物の完全性を維持するために不可欠です。不適切な手順は、代謝物の分解や変化を引き起こし、真の代謝状態を歪める結果、不正確なデータを生じさせます [1]。

代謝物抽出における主要な考慮事項には以下の点が挙げられます：

サンプルの種類

異なる生物学的マトリックス（組織、血液、培養細胞、尿など）には、それぞれに適したアプローチが必要です。

収集のタイミング

代謝物レベルは、時間帯に関連する要因（概日リズム、栄養状態、身体活動など）に大きく影響を受けるため、同様の条件下で収集する必要があります[1]。

代謝停止

酵素活性を迅速に停止させることで、採取時の代謝物プロファイルを保持します [1]。

溶剤選択

溶剤混合物は、標的代謝物の化学的性質に基づいて選択され、代謝物の回収率を最大化するように設計されます [2]。

効率的な乾燥

溶剤の除去は、代謝物の熱分解を最小限に抑えるように行われる必要があります [3]。

窒素蒸発法のメタボローム解析における利点

窒素蒸発器は、他の濃縮方法に比べて以下の明確な利点があります：

熱分解の防止

多くの代謝物は熱に敏感であり、高温にさらされると分解する可能性があります[3]。窒素蒸発法では、室温またはやや高い温度で溶剤を除去できるため、代謝物の化学的安定性を維持できます。

効率的な溶剤除去

窒素蒸発装置は、サンプル表面に窒素ガスを優しく吹き付けることで、過剰な熱を加えずに溶剤の蒸発を促進します。このプロセスは、メタノール、アセトニトリル、ジクロロメタン、ヘキサンなどの一般的な溶剤の除去に効果的です。

サンプル濃縮

低濃度の代謝物を検出するには、サンプルの濃縮が必要となる場合があります。窒素蒸発装置は、サンプルの総量を減らすことで、ガスクロマトグラフィー・質量分析（GC-MS）や液体クロマトグラフィー・質量分析（LC-MS）などの分析機器への適応性を高める点で優れています。

速度と処理能力

窒素蒸発器は、凍結乾燥や回転蒸発などの伝統的な蒸発方法に比べて、より迅速な乾燥が可能です。MULTIVAPシステムは、サンプルセット全体で均一な蒸発率を維持しながら、複数のサンプルを同時に処理できる点でも有益です。

メタボローム解析における窒素蒸発装置の研究室と臨床応用

医療用研究室でメタノールを迅速に蒸発させる

ペンシルベニア大学の研究者は、代謝物分析ワークフローにおける過剰なメタノールの除去のため、遠心分離機式装置からMULTIVAP蒸発装置への移行を実施しました。

彼らは、2つの主要な利点によりサンプル準備が大幅に高速化したと報告しています：

1. より広い温度範囲

遠心分離機システムは15～35°Cに限定されていましたが、MULTIVAP高温乾燥蒸発器は30°Cから120°Cまで動作可能で、沸点の高い溶剤にも対応可能です。

2. 制御可能な窒素流量

必要に応じて窒素流量を増加させる機能により、溶剤の除去が大幅に高速化されました。これは調整可能な流量計によるものです。

生物学研究室で熱分解なしに代謝物を濃縮する

欧州分子生物学研究所（EMBL）は、細胞培養から極性代謝物を抽出するプロトコルにおいて、OrganomationのMICROVAP小型バイアル蒸発器を採用しています。標準化されたプロトコルを使用することで、代謝物の信頼性の高い抽出と回収が保証され、正確なメタボロミクス解析の堅固な基盤を提供します。このプロトコルで示された主要な原則は、異なるサンプルタイプや研究の特定の要件に対応するために、容易に適応可能です。

二塩化メタン蒸発によるGC-MS前の腫瘍分析

シカゴ大学のマイル研究所は、膵がん研究においてGC-MS分析前のサンプル準備を効率化するため、MULTIVAP窒素蒸発器を使用しています。同チームは、代謝物とアミノ酸の測定を通じて、腫瘍微小環境が腫瘍の成長に与える影響を研究しています。

MULTIVAP窒素蒸発器を使用することで、研究室は40件以上のサンプルを処理し、過剰なメタノール、ジクロロメタン、ヘキサンを乾燥させることができます。これにより、乾燥時間を大幅に短縮し、サンプル前処理の全体的な効率を向上させました。この研究では、乾燥工程は誘導体化前の重要なステップであり、ガスクロマトグラフィーでの分離を向上させるために分析物を改変するプロセスです。もう一つの利点はシステムの柔軟性で、小規模なバッチ処理時に使用しない列の窒素流量を停止できるため、ガスを節約できます。

UHPLCサンプル前処理を蒸発乾燥により迅速化

トロントの病児病院では、研究者がOrganomationのMICROVAPサンプル濃縮器を使用して、ヒトとマウス由来の生物学的サンプルをクロマトグラフィー分析用に前処理しています。彼らの研究は、遺伝子発現を変化させ、代謝および神経系と筋系に悪影響を及ぼす可能性のあるクレアチン欠乏症候群に焦点を当てています。

研究室では、尿、血漿、髄液、組織ホモジネートなど、多様なサンプルタイプを処理しています。そのプロトコルには以下の手順が含まれます：

TCAとメタノールを用いたタンパク質沈殿法
誘導体化
MICROVAPを使用して60°Cで30分間乾燥蒸発
メタノールでの再懸濁

研究者は、MICROVAPが5年間毎日使用されており、高負荷の研究環境下での信頼性と耐久性を示していると指摘しています。

プレートドライヤーによる毒物学ラボにおける尿分析のサポート

Physicians Toxicologyは、尿分析による薬物スクリーニングに特化した臨床検査室であり、薬物スクリーニングパネルの処理プロセスにウェルプレート蒸発器を組み込んでいます。これらのパネルは通常、オピオイド、アンフェタミン、ベンゾジアゼピン、カンナビノイドの検出を目的としています。MICROVAPシステムは、効率的なサンプル準備を可能にし、LC-MS/MSなどの高度な技術を用いた確認試験を含む下流分析をサポートします。5年間にわたる一貫した信頼性の高い使用は、高スループットの臨床環境における耐久性と優れた性能を証明しています。

唾液サンプルのLC-MS/MS分析用前処理にマルチウェルプレート蒸発器を採用

カリフォルニア州の臨床毒物学検査施設は、尿と口腔液の薬物検査ワークフローにOrganomationのトリプル96ウェルMICROVAP蒸発器を統合しました。この施設は、医療従事者が適切な処方決定を行うための診断サービスを提供し、約5人に1人の患者が処方薬に反応しないという課題に対応しています。その包括的なプロセスには、DNA抽出、専門的な液体ハンドリングシステム、追跡システム、およびLC-MS/MS分析が含まれ、MICROVAP蒸発器はサンプル濃縮において重要な役割を果たしています。

トリプルプレートMICROVAP設計は、単一プラットフォームに3つの96針マニフォールドと3つのヒートブロックを統合し、最大3つの96ウェルマイクロプレートを同時に蒸発させ、一度に最大288サンプルを処理可能です。この高スループット能力とプラットフォーム全体での均一な加熱は、ラボの迅速な結果提供へのコミットメントを支え、通常24時間以内に結果が得られるよう支援しています。システムは1日最大12時間、週5日間稼働し、卓越した耐久性を示しています。

Organomationのサンプル溶液濃縮

メタボロミクスサンプルの前処理は、データ品質と結果の生物学的解釈に直接影響を与える重要なステップです。Organomationの窒素蒸発システムは、特に毒性学や臨床検査などの応用において、このプロセスにおいて貴重な支援を提供します。

N-EVAPシリーズ試験管蒸発器

• N-EVAPシリーズは、代謝物解析のサンプル前処理において特に有用です。これは、以下の重要な課題を解決するからです：

代謝物の保存

穏やかな窒素吹付技術により、高温にさらされると分解する熱に敏感な代謝物を保存できます [3]。

溶剤除去の柔軟性

多様なチューブサイズに対応可能で、特定の代謝物濃度要件に合わせたサンプル量の処理が可能です。

制御された蒸発

各サンプル位置での個別のガス流量制御により、一貫したサンプル調製を実現し、信頼性の高いデータ取得に不可欠です。

温度制御

水浴モデルは広範な温度範囲に対応し、代謝物抽出プロトコルで使用される異なる溶剤に最適化可能です。

MULTIVAPシステム

• MULTIVAPシステムは、メタボロミクス研究における高スループットニーズに対応します：

バッチ処理能力

最大100サンプルを同時に処理でき、大規模研究に不可欠です。

標準化

サンプル間で一貫した蒸発条件を提供し、生物学的解釈を歪める可能性のあるサンプルの変動を軽減します。

代謝物完全性

デリケートな代謝物を分解から保護する穏やかな窒素乾燥は、毒性試験における不安定な化合物にとって特に重要です[1]。

効率性

伝統的な方法と比較してサンプル準備時間を大幅に短縮し、臨床現場での結果の迅速な取得とターンアラウンド時間の短縮を可能にします。

96ウェルプレート蒸発器

• MICROVAPマイクロプレート蒸発器のシングルプレートシステムは、以下の要件を効果的に満たすことで、現代のメタボロミクスワークフローをサポートします：

マイクロプレート対応

高スループット研究で広く使用される96ウェルフォーマットを直接サポートします。

精密な温度制御

130°Cまで（±2°Cの精度）のデジタル温度制御により、異なる代謝物クラスや抽出溶媒に合わせた最適化が可能です。

多機能性

標準的なマイクロプレートと深井戸プレート両方を対応し、多様なサンプル容量要件に対応します。

標準化された処理

すべてのウェルで均一な蒸発を保証し、比較研究において重要です。

MICROVAP Triple Plateシステム

• MICROVAP Triple Plateシステムは、高ボリュームの臨床および毒性学実験室における高度なニーズに対応します：

最大スループット

3つの96ウェルプレートを同時に処理することで、大規模研究における実験室容量を大幅に増加させます。

ワークフロー統合

現代のメタボロミクスワークフローで使用される自動液体ハンドリングシステムとシームレスに統合可能です。

スペース効率

コンパクトな設計により、実験室スペースを最大限活用しつつ、高いサンプル処理効率を維持します。

一貫した結果

3つのプラットフォーム全体で均一な加熱を実現し、再現性のあるサンプル調製を保証。信頼性の高いデータ収集に不可欠です。

両タイプの蒸発器は、代謝物サンプル調製に効果的に貢献し、Organomationの堅牢でよく設計されたシステムが代謝物サンプル分析における価値を強調しています。

引用

González-Domínguez, R., González-Domínguez, Á., Sayago, A., & Fernández-Recamales, Á. (2020). Recommendations and Best Practices for Standardizing the Pre-Analytical Processing of Blood and Urine Samples in Metabolomics. Metabolites, 10(6), 229. https://doi.org/10.3390/metabo10060229
Smith, L., Villaret-Cazadamont, J., Claus, S. P., Canlet, C., Guillou, H., Cabaton, N. J., & Ellero-Simatos, S. (2020). Important Considerations for Sample Collection in Metabolomics Studies with a Special Focus on Applications to Liver Functions. Metabolites, 10(3), 104. https://doi.org/10.3390/metabo10030104
Fang, M., Ivanisevic, J., Benton, H. P., Johnson, C. H., Patti, G. J., Hoang, L. T., Uritboonthai, W., Kurczy, M. E., & Siuzdak, G. (2015). Thermal Degradation of Small Molecules: A Global Metabolomic Investigation. Analytical chemistry, 87(21), 10935–10941. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5b03003

Organomation - 窒素エバポレーター

オレンジサイエンスでは世界的に有名なOrganomation社の窒素エバポレーターを取り扱っています。Organomation社は、窒素ブローダウン技術を中心とした窒素エバポレーター・窒素ブローダウン蒸発装置を専門としている機器開発メーカーです。1959年に設立され、60年以上にわたり、世界中の研究・試験機関向けに窒素エバポレーター・窒素蒸発装置を提供してきました。Organomation社の高品質な窒素エバポレーター装置は、世界中で信頼性が高く、メンテナンスの手間がかからない実験装置であると高く評価されています。また、耐用年数が長いため、今日の多忙な研究室にとって、非常に費用対効果の高いソリューションとなっています。

窒素エバポレーターとは、分析用サンプルの前処理によく使用される実験装置です。環境試験、農業、食品・飲料、医薬、品質保証、科学捜査、オイル・グリースなど、様々な業界で使用されており、質量分析を行う前にサンプルを乾燥・濃縮するために使用されます。試料は窒素エバポレーターに充填され、窒素ブローダウンが、時には熱と併用されながら、試料の水分を除去するために使用されます。

Organomationの卓上型窒素エバポレーターは、窒素ガスの穏やかな流れをサンプルに直接供給します。一定のガス流は、蒸気が飽和した空気層を押し流し、蒸気が液体に戻るのを防ぎます。これにより、過剰な溶媒蒸気の量が減少し、圧力が下がり、サンプルがより速く蒸発することが可能になります。これは、少量、揮発性、半揮発性のサンプルには特に重要です。

窒素ブローダウンは消耗品を必要としない方法であり、サンプルに非常に優しく、代替オプションと比較して非常に手頃な価格です。

Organomationは、N-EVAPライン、MULTIVAPライン、MICROVAPラインの3つの主要製品ラインを通じて、少量サンプル用の窒素ブローダウン蒸発器の多くのバリエーションを提供しています。

N-EVAP

N-EVAPは調整可能な窒素ブローダウン技術を利用しており、窒素ガスを無駄にすることなく、サンプルへの窒素フローを完全にコントロールできます。柔軟性がN-EVAPの特徴です。他の少量サンプルエバポレーターと異なり、N-EVAPは、別々のヒートブロックを必要とせず、一度に数種類のバイアルやチューブを保持することができます。非加熱モデルだけでなく、ウォーターバスまたはドライビーズ付きの加熱モデルもあります。

N-EVAP

MULTIVAP

MULTIVAPは、一度に多数のサンプルのバッチ濃縮に一貫性を提供します。チューブは、加熱された特注アルミブロックまたはウォーターバスに設置されます。窒素分配マニホールドはユニットとして昇降し、1回の動作で全サンプルへの蒸発を開始または停止します。

MULTIVAP

MICROVAP

MICROVAPは、96ウェルマイクロプレートや小ロット用に設計されたコンパクトな装置で、ライフサイエンスや製薬業界のお客様によく使用されています。サンプルは、サンプルチューブに合うように特注加工された加熱アルミニウムブロックに収まります。常温での蒸発用に、加熱なしのモデルもあります。

MICROVAP

窒素ブローダウン蒸発器は、少量のサンプルや大量のサンプルの蒸発、複数のサンプル前処理方法の同時実行を可能にすることで、ラボに利益をもたらします。

動画

時間計算・溶媒除去方法判別ツール

Organomation社の日本語Webサイトでは溶媒除去に関する時間計算ツール・溶媒除去方法判別ツールを用意しています。手作業で処理していた濃縮除去の時間を濃縮器を使うことでどれだけ時間短縮できるか、ラボに必要な溶媒除去方法、濃縮器が必要か、など、いくつかの質問に答えるだけですぐに回答が得られます。ぜひご活用ください。

溶媒除去に要する時間計算

どの溶媒除去方法が適切か

濃縮器導入の判断

Organomationの窒素エバポレーターの違い

Organomation社は、窒素ブローダウン技術を中心としたラボ用窒素エバポレーターのメーカーです。N-EVAP、MICROVAP、MULTIVAPの3つの主要なブローダウン製品ラインがあります。各製品ラインは、容量、制御、機能が異なるため、さまざまな用途に対応できるように設計されています。ここでは、各エバポレーターの主な違いを説明し、どのエバポレーターがお客様のラボに最適かを判断できるようにします。