Publikace: Mass spectrometry-based analytical platforms in the analysis of lipidome alterations in cancer
Disertační práceopen access| dc.contributor.advisor | Holčapek, Michal (školitel) | |
| dc.contributor.author | Idkowiak, Jakub | |
| dc.contributor.referee | Bednář, Petr | |
| dc.contributor.referee | Kuda, Ondřej | |
| dc.contributor.referee | Preisler, Jan | |
| dc.date.accepted | 2024-11-26 | |
| dc.date.accessioned | 2024-12-11T19:21:12Z | |
| dc.date.issued | 2024 | |
| dc.date.submitted | 2024-10-01 | |
| dc.description.abstract | The introduction of high-throughput and robust methods for lipid quantitation in biological samples is one of the main directions for developing current lipidomics. Lipids are key signaling and regulatory molecules, basic building blocks of plasma membranes, and constitute the only effective chemical form for energy storage. Considering the biological roles of lipids, alterations in lipidome are one of the hallmarks of cancer. Thus, quantitative analysis of lipids can potentially deliver new therapeutic targets and, as a complete set of alterations in lipid profiles, biomarkers differentiating cancer patients from healthy individuals. Here, developing a direct infusion mass spectrometry platform is presented. The loop injection (flow injection analysis, FIA) was utilized for sample introduction, and the bottom-up strategy was selected for detecting lipids based on class-specific precursor ion scans and neutral loss scans (MS/MS) on the QTRAP mass spectrometer. The method was carefully optimized to achieve high sample throughput and sensitivity, with an emphasis on eliminating undesirable lipid accumulation and contaminants in the system. The method was validated, thoroughly tested, and, within one day, transferred to the clinical laboratory at General University Hospital in Prague to measure a cohort of 205 serum samples taken from patients with pancreatic cancer and healthy controls. The final method throughput in the clinical laboratory reached 257 samples/day. Strong resemblances were observed between results obtained using the FIA-MS/MS platform in Prague and Pardubice and a standard method for lipid quantitation utilized in our lab ? supercritical fluid chromatography (SFC) coupled with a QTOF mass spectrometer (SFC-MS). The samples were measured again after three months, and the results showed a high consistency with the earlier findings. This provides evidence that the developed FIA-MS/MS constitutes a robust platform for the quantitative analysis of lipids in oncolipidomics, with potential for future clinical applications. Additionally, the observed alterations in the lipidome of patients with kidney, pancreatic, prostate, and breast cancers were briefly summarized across multiple lipidomics platforms used in our laboratory and discussed here. In the final project, a comprehensive tutorial, including an article and a complementary GitBook with R and Python scripts, was prepared for novices, supporting the first steps in R and Python for statistical analysis of lipidomics and metabolomics data. Taken together, the PhD thesis shows the development of the robust direct infusion mass spectrometry-based platform for lipid quantitation ? from optimizing sample introduction method and mass spectrometer parameters through applications in oncolipidomics to statistical analysis of lipidomics data. | eng |
| dc.description.abstract-translated | Zavedení vysoce výkonných a robustních metod pro kvantifikaci lipidů v biologických vzorcích je jedním z hlavních směrů rozvoje současné lipidomiky. Lipidy jsou klíčovými signálními a regulačními molekulami, základními stavebními kameny plazmatických membrán a tvoří jedinou účinnou chemickou formu pro ukládání energie. Vzhledem k biologickým rolím lipidů jsou změny v lipidomu jedním z charakteristických znaků rakoviny. Kvantitativní analýza lipidů proto může potenciálně přinést nové terapeutické cíle a jako kompletní soubor změn v lipidových profilech biomarkery, které odlišují pacienty s rakovinou od zdravých jedinců. V této práci je prezentován vývoj platformy pro hmotnostní spektrometrii s přímou infuzí. Nástřik vzorku do smyčky a následné zavedení do hmotnostního spektrometru bylo na principu průtokové injekční analýzy (flow injection analysis, FIA) s využitím kapalinového chromatografu. Pro detekci lipidů byla vybrána bottom-up strategie založená na specifických skenech prekurzorových iontů a skenech neutrálních ztrát (MS/MS) pro jednotlivé lipidové třídy pomocí hmotnostního spektrometru QTRAP. Metoda byla pečlivě optimalizována pro dosažení vysoké propustnosti vzorků a citlivosti, s důrazem na odstranění nežádoucí akumulace lipidů a kontaminantů v systému. Metoda byla validována, důkladně testována a v rámci jednoho dne převedena do klinické laboratoře Všeobecné fakultní nemocnice v Praze k měření kohorty 205 vzorků séra odebraných od pacientů s rakovinou pankreatu a zdravých kontrol. Konečná propustnost metodou v klinické laboratoři dosáhla 257 vzorků/den. Mezi výsledky získanými pomocí FIA-MS/MS platformy v Praze a Pardubicích a standardní metodou pro kvantifikaci lipidů používanou v naší laboratoři ? superkritickou fluidní chromatografií (SFC) spojenou s hmotnostním spektrometrem QTOF (SFC-MS) byla pozorována vysoká podobnost. Měření vzorků bylo také opakováno po 3 měsících. Vysoká shoda generovaných výsledků prokázala, že vyvinutá FIA-MS/MS platforma představuje robustní platformu pro kvantitativní analýzu lipidů v onkolipidomice s potenciálem pro budoucí klinické aplikace. Dále byly v této práci stručně shrnuty a diskutovány pozorované změny v lipidomu pacientů s rakovinou ledvin, pankreatu, prostaty a prsu napříč několika lipidomickými platformami používanými v naší laboratoři. V závěrečném projektu byl pro začátečníky připraven komplexní návod včetně článku a doplňujícího GitBooku s R a Python skripty, který podporuje první kroky v R a Pythonu pro statistickou analýzu lipidomických a metabolomických dat. Souhrnně řečeno, disertační práce ukazuje vývoj robustní platformy založené na hmotnostní spektrometrii s přímou infuzí pro kvantifikaci lipidů ? od optimalizace metody zavedení vzorků a parametrů hmotnostního spektrometru přes aplikace v onkolipidomice až po statistickou analýzu lipidomických dat. | cze |
| dc.description.department | Fakulta chemicko-technologická | cze |
| dc.description.grade | Dokončená práce s úspěšnou obhajobou | cze |
| dc.format | 119 s. + přílohy | |
| dc.identifier | Univerzitní knihovna (studovna) | cze |
| dc.identifier.signature | D40759 | |
| dc.identifier.stag | 49495 | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10195/84454 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.publisher | Univerzita Pardubice | cze |
| dc.rights | Text disertační práce je přístupný bez omezení. Příloha (publikační činnost doktoranda) je přístupná pouze v rámci univerzity. | cze |
| dc.subject | lipidomika s přímou infuzí | cze |
| dc.subject | bottom-up lipidomika | cze |
| dc.subject | kvantifikace lipidů | cze |
| dc.subject | onkolipidomika | cze |
| dc.subject | rakovina ledvin | cze |
| dc.subject | rakovina pankreatu | cze |
| dc.subject | statistická analýza | cze |
| dc.subject | direct infusion lipidomics | eng |
| dc.subject | bottom-up lipidomics | eng |
| dc.subject | lipid quantitation | eng |
| dc.subject | oncolipidomics | eng |
| dc.subject | kidney cancer | eng |
| dc.subject | pancreatic cancer | eng |
| dc.subject | statistical analysis | eng |
| dc.thesis.degree-discipline | Analytical Chemistry | cze |
| dc.thesis.degree-grantor | Univerzita Pardubice. Fakulta chemicko-technologická | cze |
| dc.thesis.degree-name | Ph.D. | |
| dc.thesis.degree-program | Analytical Chemistry | cze |
| dc.title | Mass spectrometry-based analytical platforms in the analysis of lipidome alterations in cancer | eng |
| dc.title.alternative | Analytické přístupy založené na hmotnostní spektrometrii pro lipidomickou analýzu změn způsobených rakovinou | cze |
| dc.type | disertační práce | cze |
| dspace.entity.type | Publication |
Soubory
Původní svazek
1 - 5 z 9
Načítá se...
- Název:
- PhD_thesis_10092024_FINAL_JI.pdf
- Velikost:
- 3.27 MB
- Formát:
- Adobe Portable Document Format
- Popis:
- Plný text práce
Načítá se...
- Název:
- PhD_thesis_10092024_FINAL_JI_publikace.pdf
- Velikost:
- 61.49 MB
- Formát:
- Adobe Portable Document Format
- Popis:
- Příloha disertační práce (publikační činnost doktoranda)
Načítá se...
- Název:
- PhD_-_theses_of_the_doctoral_dissertation_FINAL_20092024_JI.pdf
- Velikost:
- 1.93 MB
- Formát:
- Adobe Portable Document Format
- Popis:
- Anotace v AJ
Načítá se...
- Název:
- Vyjadreni_skolitele_MH.pdf
- Velikost:
- 33.26 KB
- Formát:
- Adobe Portable Document Format
- Popis:
- Posudek vedoucího práce
Načítá se...
- Název:
- Posudek_oponenta_PB.pdf
- Velikost:
- 360.52 KB
- Formát:
- Adobe Portable Document Format
- Popis:
- Posudek oponenta práce