Інтерв’ю SelectScience: винахідник мас-спектрометрії, Олександр Макаров, пояснює, як сучасний РС використовується у провідних світових антидопінгових лабораторіях

Директор з глобальних досліджень Thermo Fisher Scientific обговорює питання використання мас-спектрометрії в жокейському клубі Гонконгу

Жокейський клуб Гонконгу - одна з найбільших і найбільш шанованих організацій, що займаються перегонами на плоских гонках у світі. Клуб має приміщення для випробування наркотиків світового класу на території іподрому Ша Тін. Ця міжнародно акредитована лабораторія використовує найсучаснішу мас-спектрометрію (МС) для тестування на наявність заборонених речовин. Клуб запросив виступити директора з глобальних досліджень Thermo Fisher Scientific Олександра Макарова, винахідника мас-спектрометрів Thermo Scientific ™ Orbitrap ™, виступити з нагоди їх 130-ї річниці.

Професор Макаров - науковий співробітник, який отримав, серед інших, медаль Томсона Міжнародної фундації масової спектрометрії в 2012 році, відзнаку ASMS 2008 за визначний внесок у масову спектрометрію та Золоту нагороду Російського товариства за мас-спектрометрію 2007 року. У цьому інтерв’ю професор Макаров розповідає SelectScience ® більше про партнерство Thermo Fisher з Гонконгським жокейським клубом.

СС: Чи можете ви розповісти нам більше про жокейський клуб Гонконгу?

AM: Жокейський клуб Гонконгу має приміщення для випробування наркотиків коней світового класу. Він займає 1700 м 2 площі та оснащений лабораторним обладнанням на суму близько 8 мільйонів доларів, включаючи 24 найсучасніші мас-спектрометри.

Я вперше відвідав цей заклад на початку цього року, і я був у захваті від масштабів комплексу. Це дуже сучасна лабораторія з надзвичайно кваліфікованою командою. Коли я відвідав лабораторію, було зрозуміло, що вони дуже глибоко розуміються на технології, а також розробляють власні методи та процеси. Насправді у них був цілий перелік питань про нові виклики, з якими вони стикаються в допінг-контролі, і їх дуже цікавило, де і як ми просуваємо технологію Orbitrap, щоб допомогти їм вирішити ці проблеми.

З самого початку, з першими аналізаторами Orbitrap, ми працювали над розвитком нашого досвіду в галузі антидопінгу. Існує чітка потреба у дуже високій чутливості, високоточному аналізі допінгу в спортивній галузі. Результати потрібні дуже швидко, а вартість помилок величезна - як з точки зору репутації, так і фінансових наслідків. Мас-спектрометрія з високою роздільною здатністю (HRMS) дозволяє нам генерувати багато повних даних сканування з дуже високою чутливістю. Він дуже простий у використанні, завдяки надійному аналізу та меншому розміру.

СС: Як винахідник мас-спектрометра Orbitrap, не могли б ви розповісти нам про свій досвід та походження цієї нової захоплюючої технології мас-спектрометрії?

AM: Я народився в сибірському місті Іркутськ, ще до закінчення вищої освіти в Москві. Коли Радянський Союз розпався, а разом з ним і наукові дослідження, я переїхав до Великобританії.

Саме у Великобританії я почав працювати з друзями в невеликій високотехнологічній компанії під назвою HD Technologies. З цієї компанії я почав працювати над концепцією продукту Orbitrap. Цю компанію придбала компанія Thermo Fisher у 2000 році, і це дозволило нам розширити команду та реально розвивати технологію.

Зараз комерційний випуск першої платформи Orbitrap для рідинної хроматографії/мас-спектрометрії (LC/MS) був заснований у Бремені в 2005 році. Дві версії газової хроматографії/мас-спектрометрії (GC/MS) були опубліковані в 2015 та 2016 роках. Сімейство Orbitrap тепер включає в себе мас-спектрометри Thermo Scientific ™ Orbitrap Fusion ™, а також настільніші більш доступні мас-спектрометри Thermo Scientific ™ Q Exactive ™ та мас-спектрометр Thermo Scientific ™ Orbitrap Elite ™ Hybrid Ion Trap-Orbitrap.

СС: Як ви та ваша команда працюєте над подальшим розвитком технології для вчених?

AM: Зараз я директор глобальних досліджень в галузі мас-спектрометрії наук про життя в компанії Thermo Fisher Scientific. З 2013 року я обіймав посаду професора з масової спектрометрії високої роздільної здатності на хімічному факультеті та в Центрі Біжво Утрехтського університету. У компанії Thermo Fisher я відповідаю за довгострокові проекти з високою роздільною здатністю (HRAM), в основному за участю технології Orbitrap.

Я фізик, кандидат наук з математичної фізики. Я маю досвід експериментальної фізики, проте зараз я беру участь у всіх областях проектування приладів. Наші інструменти неймовірно складні, але це не складний момент для нашої команди світових експертів. Справжня проблема полягає в тому, щоб залучити цю складну технологію до звичайних лабораторій, даючи можливість вченим легко користуватися нашими платформами, і звільняючи свій час та досвід для аналізу результатів.

Технологія Orbitrap допомогла здійснити революцію в клітинній біології та поступальних дослідженнях; ми також зробили технологію більш доступною для реальних програм. Зараз ці системи впроваджені у всьому світі для вимірювання вживання наркотиків та моніторингу добросовісної конкуренції; а також визначити пестициди в нашій їжі.

СС: З якими технологічними проблемами стикаються лабораторії випробувань у галузі антидопінгу?

AM: Однією з найбільших проблем, з якою стикаються регулятори, є випередження чітів. Щотижня є нещодавно відкриті сполуки, які потрібно забороняти, і ми прагнемо їх уловлювати всі. Стільки зусиль та винахідливості пішло на розробку цих препаратів, і їх не завжди легко виявити.

Раніше було, що учасників випробовували випадковим чином протягом спортивних змагань, і тестували не всіх. Однак із кожним новим поколінням приладів кількість аналізованих речовин, які ми можемо виміряти, різко зростає, а також пропускна здатність системи. Багатоканальний потенціал сучасних робочих процесів MS, використовуючи такі технології, як ВЕРХ Thermo Scientific ™ Transcend ™ II та онлайн-система підготовки зразків, означає, що тепер ми можемо обробити достатню кількість зразків, щоб забезпечити суворе тестування, не тільки тестуючи всіх конкурентів, але включаючи кілька точок аналізу для кожного спортсмен.

Інші проблеми включають появу нових синтетичних наркотиків та боротьбу з широким розмаїттям біологічних матриць. Скринінг та визначення кількості ліків у сечі коня є складним з кількох причин. У цих зразках багато подібних молекул, а також проблеми з перешкодами матриці та значні варіації між зразками через природу матриці.

Додаткові вузькі місця виникають у місці відбору проб, але це більше відповідальність посадових осіб змагань.

SS: Які ключові переваги використання LB-MS Orbitrap HRAM (точна маса з високою роздільною здатністю) для тестування на використання незаконних допінгових речовин?

AM: HRAM має дуже високу чутливість та аналітичну вибірковість, і завдяки сучасним джерелам іонів може проходити дуже швидко. Ця технологія може надійно відстежувати піки, з набагато вищою впевненістю завдяки точній масі. Ми також можемо відокремити аналіти, присутні в дуже низьких концентраціях.

Технологія Orbitrap робить ці вимірювання з найвищою роздільною здатністю комерційно доступною і без маси блокування та зовнішніх калібрувань. Ці прості, потужні результати дозволяють визначати діючі та нові синтетичні препарати в різних складних матрицях, таких як кінська сеча. Новіша, швидша версія аналізатора Orbitrap дозволяє це робити найшвидшими методами LC або в деяких випадках взагалі без поділу LC.

Ще однією ключовою перевагою в області антидопінгу є можливість зберігати великі обсяги даних, які можна ретроспективно проаналізувати, якщо буде виявлено новий аналіт, що цікавить.

СС: Як ви бачите, як поле протидії допінгу прогресує протягом наступних кількох років?

AM: Ми продовжуватимемо спостерігати зростаючі вимоги до тестування в області антидопінгу, що буде відповідати збільшенню пропускної здатності. HRAM MS і надалі стане набагато більш звичним та економічно ефективним способом аналізу зразків.

Спеціально для тестування на конях, ми всі бачимо зростаючу стурбованість щодо використання кобальту для поліпшення спортивних результатів. Відомо, що кобальт стимулює вироблення еритроцитів і покращує оксигенацію (у людей). Оскільки ця речовина не регулярно тестується антидопінговими лабораторіями, його використання у скачках зросло. Отже, зростає потреба у розробці методів випробувань із використанням ICPMS (індукційно зв'язаної плазмової мас-спектрометрії) для точного виявлення кобальту у коней.

Оскільки тестування коней є такою складною матрицею випробувань, ми можемо спостерігати зміну типів зразків, що використовуються для тестування. Аналіз волосся стає все більш цікавим для тестування наркотиків на людині, оскільки він містить більш точне відображення сучасного та минулого вживання наркотиків. Волосся - це також більш стійка матриця, яка не вимагає охолодження. Тестування на волосяні препарати частіше розглядається для тестування на людях, але також розглядається щодо застосовності до тестування скакових коней. Насправді, у серпні 2016 року було оголошено, що позаконкурсне тестування волосся на кленбутерол проводитиметься на всіх конях, що змагаються на чемпіонаті Банку Америки 2016 року.

Для людей білкова терапія частіше застосовується як допінг-препарат, а технологія Orbitrap ідеально підходить для проведення таких типів вимірювань, насправді вона є найбільш опублікованим інструментом для аналізу білків цього типу. Широке метаболічне тестування може також збільшити значення HRAM MS шляхом виявлення екзогенних препаратів, їх метаболітів та їх впливу на спортсмена в одному аналізі.

Намагаючись перемогти наші технології, учасники змагальних видів спорту продовжуватимуть переходити на нові класи наркотиків. Однак я повинен сказати, що ми зараз дуже добре підготовлені для цього бою. Сфери подальшого вдосконалення полягають у процедурах збору зразків, розробці універсальних методів хроматографії та можливості одночасного проведення декількох тестів.

Наша технологія світового класу; ми безумовно перемагаємо в боротьбі з допінгом!

Пов’язане читання

Редакційна стаття: Зберігання спорту в чистоті: Унікальний хімічний відбиток пальців на шахраях, ексклюзивне інтерв’ю з професором Скоттом Стенлі з Каліфорнійського університету в Девісі, школа ветеринарної медицини.