Chapitre II ARTICLES SCIENTIFIQUES
CE-TOF/MS: FUNDAMENTAL CONCEPTS, INSTRUMENTAL CONSIDERATIONS AND APPLICATIONS
4. CONCLUDING REMARKS
Since the beginning of CE-TOF coupling in the middle of the 90’s, many papers have appeared in the literature. CE-TOF coupling is particularly interesting, due to the important efficiency and small sample consumption afforded by CE, as well as the features of the TOF analyzer (i.e., high mass accuracy, infinite mass range, and high mass resolution) combined with recent technical progress (such as orthogonal acceleration and the ion mirror).
Regarding CE-TOF/MS applications, this analytical system was found to be useful in the analysis of biomolecules, particularly in the domain of biomarkers. Indeed, TOF high mass resolution and accuracy allowed for the detailed and reproducible display of compound patterns in body fluids. Lately, many applications have also been described in the domain of natural compounds with CE-TOF/MS. The latter provided low mass errors and the identification of empirical formulae with higher accuracy compared to normal quadrupole/MS techniques. Furthermore, it emerged as a complementary technique to analyze very polar fractions containing hydrophilic analytes, which are usually lost in the injection peak of conventional reversed phase liquid chromatography. Finally, a growing interest for CE-TOF/MS concerns the comprehensive analysis of low-molecular weight metabolites in biological systems (i.e., metabolomics) [119]. CE-TOF/MS is a very powerful technique for this type of profiling and may become a dominant force in the very near future to understand physiological links from the cellular level to the whole organism as it perfectly couples the concept of limited sample amount with the requirements for high separation efficiency and high mass accuracy.
5. ABBREVIATIONS
MSn multistage MS analysis
oa orthogonal acceleration
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I I . 3 Ap p r o c h e m é t h o d o l o g i q u e p o u r l e c o n t r ô l e d e l ’ a d s o r p t i o n d e s p r o t é i n e s e n C E - M S
Lors du développement d’une méthode d’analyse basée sur le couplage entre l’électrophorèse capillaire et la spectrométrie de masse, deux aspects fondamentaux sont à étudier: l’optimisation des conditions de source et la minimisation de l’adsorption des protéines aux parois du capillaire de silice fondue. L’article III concerne le second problème.
Le phénomène d’adsorption des protéines aux parois du capillaire est un problème connu.
Globalement, les protéines s’adsorbent au capillaire via des interactions électrostatiques et des interactions hydrophobes. Si peu de changements structuraux se produisent lors de l’interaction, la protéine peut retourner dans le tampon de séparation et on parle alors d’adsorption réversible. Au contraire, lorsque la protéine subit des modifications structurales qui l’amènent à un état stable « adsorbé », l’adsorption devient alors irréversible. Quoi qu’il en soit, les deux types d’adsorption sont délétères pour la qualité de la séparation CE et doivent être minimisés.
Pour cela, plusieurs méthodologies sont largement utilisées: l’ajout de petites molécules chargées ou de tensioactifs directement dans le tampon de séparation et/ou les revêtements de capillaire. Ces derniers sont les plus utilisés que ce soit en mode dynamique (ajout du revêtement dans le tampon à chaque analyse) ou en mode statique (revêtement semi-permanent). Cependant, ces trois stratégies présentent le désavantage de ne pas être forcément compatible avec une détection MS. En effet, il peut se produire de la suppression ionique et l’encrassement de la source. Les revêtements statiques semblent être moins concernés par ces problèmes mais un relargage n’est cependant pas à exclure. Dans l’optique d’une meilleure compatibilité MS, l’utilisation de solvant organique ajouté en petite proportion directement dans le tampon a été développée. Les solvants organiques peuvent avoir de nombreux effets potentiellement favorables à la diminution des phénomènes d’adsorption. Ainsi, ils modifient le pH apparent du tampon et par conséquent provoquent des changements au niveau des interactions électrostatiques entre la protéine et le capillaire. De plus, l’hydrophobicité du tampon est aussi modifiée ce qui peut induire des changements au niveau des interactions hydrophobes entre les mêmes partenaires.
Finalement, il a aussi été remarqué que la structure même de la protéine était modifiée par l’ajout de solvant organique.
L’article présente différents tests qui ont été réalisés sur trois protéines modèles (insuline, hormone de croissance et hémoglobine) afin d’acquérir des données en CE-UV permettant de classer l’adsorption (réversible ou irréversible) et de quantifier de façon relative l’influence positive, neutre ou négative du solvant organique. Il a été mis en évidence une influence non négligeable des solvants organiques sur l’adsorption des protéines, particulièrement avec l’acétonitrile. Ces influences sont difficilement prédictibles et dépendent largement des caractéristiques physicochimiques des protéines (pI, masse moléculaire, flexibilité).
Cependant dans plusieurs situations, l’adsorption a été fortement minimisée voire annulée.
Les meilleures conditions en termes d’adsorption minimale ont été déterminées pour les trois
protéines et ces conditions ont été testées en CE-TOF/MS. Il s’avère que le transfert est facile et que les électrophérogrammes obtenus sont très satisfaisants.
L’évaluation de l’adsorption doit donc faire entièrement partie du développement de méthode en CE-TOF/MS des protéines intactes et l’ajout de solvants organiques s’avère être une option intéressante, seule ou en combinaison avec d’autres modes de minimisation de l’adsorption.