Исследователи из США разработали новый метод, позволяющий очистить ЯМР-спектр биологического образца сложного состава от сигналов нежелательных примесей.

Применение ядерного магнитного резонанса для анализа сложных по составу образцов биологического происхождения зачастую осложняется тем обстоятельством, что сигналы части компонентов образца значительно подавляют сигналы целевых соединений. Новый метод подавляет нежелательные сигналы за счет того, что на первой стадии обработки происходит увеличение интенсивности этих нежелательных сигналов. Разработчики уверяют, что

новый метод окажется полезным при анализе минорных компонентов таких смесей, как например биологические жидкости пациентов, и поможет обнаружить низкомолекулярные биомаркеры заболеваний.

Рис. 1. Типичный подход по удалению
нежелательных сигналов (например, сигнала
глюкозы) из спектра биологической смеси из спектра
(сверху) включает вычитание спектра чистой глюкозы
(красный) из спектра сложной смеси (синий). К сожалению,
при реализации такого подхода удаляется лишь часть
нежелательных сигналов, что приводит к сложностям в
интерпретации результатов (зеленый). Подход «прибавить,
чтобы вычесть» (снизу) позволяет понизить интенсивность
сигналов глюкозы на 98%. (Рисунок из Anal. Chem.,
DOI: 10.1021/ac202548n).

Дэниэл Рафтери (Daniel Raftery) из Университета Пэрдю отмечает, что ЯМР представляет собой мощный исследовательский инструмент, однако перекрывание сигналов значительно ограничивает возможности применения магнитного резонанса для изучения смесей. В тех случаях, когда необходимо определять состав биологической смеси, главной проблемой является глюкоза, пики которой являются доминирующими во многих биологических образцах, включая кровь. Еще большее количество проблем, связанных с глюкозой, возникает при изучении образцов биологических жидкостей больных диабетом.

Существующие методы предварительной обработки образцов для регистрации ЯМР, в частности – удаления глюкозы, значительно увеличивают время анализа, параллельно увеличивая риск изменения состава образца и появления дополнительных ошибок. Для понижения интенсивности сигналов глюкозы и сохранения разрешения спектра Рафтери с коллегами разработал методику, получившую название «добавить, чтобы вычесть» («add to subtract»). Исследователи регистрировали ЯМР спектр биологического образца, после чего вводили в образец дополнительную глюкозу, удваивая ее концентрацию, после чего регистрировали второй спектр.

Исследователи использовали компьютерную программу для масштабирования первоначально зарегистрированного спектра, который и вычитали из спектра образца, обогащенного дополнительным количеством глюкозы. В результате исследователям удалось получить чистый спектр, свободный от ЯМР-сигналов глюкозы и содержащий информацию только об оставшихся, минорных компонентах смеси. Возможности новой методики были продемонстрированы на примере анализа образцов сыворотки и мочи здоровых добровольцев. Во всех образцах метод ЯМР позволил обнаружить ряд аминокислот, найти сигналы которых в спектрах, не подвергавшихся обработке, сложно или просто невозможно.

В настоящее время исследователи работают над возможностью расширения методики для изучения других биологических образцов. Они также полагают,

что разработанный подход «добавить, чтобы вычесть» будет можно применить для обработки спектров и других типов.