マトリックス支援レーザー脱離/イオン化
MALDI TOF質量分析計

質量分析法において、マトリックス支援レーザー脱離イオン化（MALDI）は、レーザーエネルギー吸収マトリックスを用いて、最小限のフラグメンテーションで巨大分子からイオンを生成するイオン化技術である。 [ 1 ]これは、従来のイオン化法では壊れやすく、フラグメンテーションを起こしやすい生体分子（DNA、タンパク質、ペプチド、炭水化物などの生体高分子）や様々な有機分子（ポリマー、デンドリマー、その他の高分子など）の分析に応用されている。MALDIは通常、生成される多価イオンの数がはるかに少ないが、どちらの技術も気相中の巨大分子のイオンを得る比較的ソフトな（フラグメンテーションの少ない）方法であるという点で、エレクトロスプレーイオン化（ESI）と特徴が似ている。[ 2 ]

MALDI法は3段階のプロセスから成ります。まず、サンプルを適切なマトリックス材料と混合し、金属板に塗布します。次に、パルスレーザーをサンプルに照射し、サンプルとマトリックス材料のアブレーションと脱離を引き起こします。最後に、分析対象分子は、アブレーションされた高温のガスプルーム内でプロトン化または脱プロトン化されてイオン化されます。その後、分析に使用する質量分析計に加速されます。[ 3 ]

歴史

マトリックス支援レーザー脱離イオン化（MALDI）という用語は、1985年にフランツ・ヒレンカンプ、マイケル・カラスとその同僚によって造語されました。[ 4 ]彼らは、アミノ酸のアラニンをアミノ酸のトリプトファンと混合し、266nmのパルスレーザーを照射すると、より容易にイオン化できることを発見しました。トリプトファンはレーザーエネルギーを吸収し、非吸収性のアラニンのイオン化を助けます。この種の「マトリックス」と混合すると、 2843Daのペプチドであるメリチンまでのペプチドをイオン化できました。 [ 5 ]高分子レーザー脱離イオン化における画期的な進歩は、1987年に島津製作所の田中耕一とその同僚が、グリセロール中の30nmのコバルト粒子と337nmの窒素レーザーを組み合わせた「超微細金属＋液体マトリックス法」と呼ばれる手法を用いたときに起こりました。[ 6 ]このレーザーとマトリックスの組み合わせを使用して、田中は 34,472 Da のタンパク質カルボキシペプチダーゼ A ほどの大きさの生体分子をイオン化できました。田中は、レーザー波長とマトリックスを適切に組み合わせるとタンパク質をイオン化できることを実証したことで、 2002 年のノーベル化学賞の 4 分の 1 を受賞しました。 [ 7 ]その後、Karas と Hillenkamp はニコチン酸マトリックスと 266 nm レーザーを使用して 67 kDa のタンパク質アルブミンをイオン化できました。[ 8 ] 355 nm レーザーと、マトリックスとしてケイ皮酸誘導体のフェルラ酸、カフェー酸、シナピン酸を使用することで、さらなる改良が実現しました。 [ 9 ] 337 nm の波長で動作する小型で比較的安価な窒素レーザーと、1990 年代初頭に導入された最初の商用機器の利用可能性により、MALDI を利用する研究者が増えていきました。[ 10 ]現在、MALDI質量分析法には主に有機マトリックスが使用されています。

マトリックス

UV MALDIマトリックスリスト
化合物その他の名前溶媒波長（nm）アプリケーション
2,5-ジヒドロキシ安息香酸（ゲンチシン酸）[ 11 ]DHB、ゲンチシン酸アセトニトリル、水、メタノール、アセトン、クロロホルム337、355、266ペプチド、ヌクレオチド、オリゴヌクレオチド、オリゴ糖
3,5-ジメトキシ-4-ヒドロキシケイ皮酸[ 9 ] [ 12 ]シナピン酸;シナピン酸; SAアセトニトリル、水、アセトン、クロロホルム337、355、266ペプチド、タンパク質、脂質
4-ヒドロキシ-3-メトキシケイ皮酸[ 9 ] [ 12 ]フェルラ酸アセトニトリル、水、プロパノール337、355、266タンパク質
α-シアノ-4-ヒドロキシケイ皮酸[ 13 ]CHCAアセトニトリル、水、エタノール、アセトン337、355ペプチド、脂質、ヌクレオチド
ピコリン酸[ 14 ]PAエタノール266オリゴヌクレオチド
3-ヒドロキシピコリン酸[ 15 ]HPAエタノール337、355オリゴヌクレオチド

マトリックスは結晶化した分子で構成されており、その中で最も一般的に使用される3つはシナピン酸、α-シアノ-4-ヒドロキシケイ皮酸（α-CHCA、アルファシアノまたはアルファマトリックス）、および2,5-ジヒドロキシ安息香酸（DHB）です。[ 16 ]これらの分子のいずれかの溶液は、多くの場合、高度に精製された水とアセトニトリル（ACN）またはエタノールなどの有機溶媒の混合物で作られます。[M+H]イオンを生成するために、通常、トリフルオロ酢酸（TFA）などの対イオン源が添加されます。マトリックス溶液の良い例は、ACN：水：TFA（50：50：0.1）中のシナピン酸20 mg/mLです。

ケイ皮酸置換の表記

適切なマトリックス化合物の特定は、ある程度は試行錯誤で行われますが、特定の分子設計上の考慮に基づいています。マトリックス化合物は、分子量がかなり低い（容易に蒸発できる）ものの、サンプル調製中や質量分析計内に置かれている間に蒸発しない程度の大きさ（十分に低い蒸気圧）です。酸性であることが多いため、プロトン源として作用し、分析対象のイオン化を促進します。塩基性マトリックスも報告されています。[ 17 ] UVまたはIR領域のいずれかで強い光吸収を示し、[ 18 ]レーザー照射を迅速かつ効率的に吸収します。この効率は、ケイ皮酸の構造に見られるように、いくつかの共役二重結合を含む化学構造によく見られます。極性基で官能基化されているため、水溶液で使用できます。通常、発色団を含みます。

マトリックス溶液は分析対象物（例えばタンパク質サンプル）と混合されます。水と有機溶媒の混合液は、疎水性分子と水溶性（親水性）分子の両方を溶液に溶解させます。この溶液をMALDIプレート（通常はこの目的のために設計された金属プレート）に滴下します。溶媒は蒸発し、再結晶化されたマトリックスのみが残りますが、分析対象物分子はMALDI結晶に埋め込まれています。マトリックスと分析対象物は共結晶化していると言われています。共結晶化は、対象物の高品質な質量スペクトルを得るために適切なマトリックスを選択する上で重要な要素です。

生物系の分析において、タンパク質抽出物に含まれる無機塩はイオン化プロセスを阻害します。これらの塩は、固相抽出法、または乾燥した液滴MALDIスポットを冷水で洗浄することで除去できます。[ 19 ]どちらの方法も、サンプルから他の物質を除去する可能性があります。マトリックスとタンパク質の混合物は、極性の違いにより共結晶化中に2つの物質が分離するため、均質ではありません。ターゲットのスポット径はレーザーのスポット径よりもはるかに大きいため、ターゲットスポット内の物質濃度の統計的平均を得るには、ターゲットの異なる場所に多数のレーザーショットを照射する必要があります。

ナフタレンおよびナフタレン様化合物は、サンプルをイオン化するためのマトリックスとしても使用できます。

マトリックスは、機器を調整してサンプルをさまざまな方法でイオン化するために使用できます。前述のように、サンプルのイオン化には酸塩基様反応がよく利用されますが、ナフタレン様化合物などの共役π系を持つ分子も電子受容体として機能し、MALDI/TOFのマトリックスとして使用できます。[ 20 ]これは、共役π系も持つ分子の研究に特に有用です。[ 21 ]これらのマトリックスの最も広く使用されている用途は、クロロフィルなどのポルフィリン様化合物の研究です。これらのマトリックスは、奇妙なフラグメンテーションパターンや側鎖の完全な損失をもたらさない、より優れたイオン化パターンを示すことが示されています。[ 22 ]また、共役ポルフィリン様分子がマトリックスとして機能し、自己分解するため、別のマトリックス化合物が不要になることも示唆されています。[ 23 ]

計装

MALDI-TOF装置の図。放射エネルギーによってイオン化されたサンプルマトリックスは表面から排出されます。サンプルは質量分析装置へと移動し、実質的に検出されます。

MALDI技術にはいくつかのバリエーションがあり、今日では学術的・分析的なものから工業的・ハイスループットなものまで、非常に多様な目的で同等の機器が製造されています。質量分析分野は、FT-ICR機器[ 24 ] [ 25 ]などの超高分解能質量分析や、よりハイスループットな機器 [ 26 ] を必要とするまでに拡大しています。多くのMALDI MS機器は、交換可能なイオン化源（エレクトロスプレーイオン化、MALDI、大気圧イオン化など）付きで購入できるため、技術は重複することが多く、多くの場合、任意のソフトイオン化法を使用できる可能性があります。ソフトイオン化法のその他のバリエーションについては、「ソフトレーザー脱離」または「イオン源」を参照してください。

レーザ

MALDI技術では、通常、窒素レーザー（337 nm）や周波数3倍および4倍のNd:YAGレーザー（それぞれ355 nmと266 nm）などのUVレーザーが使用されます。[ 27 ]

赤外MALDIに使用される赤外レーザー波長には、2.94 μm Er:YAGレーザー、中赤外光パラメトリック発振器、10.6 μm二酸化炭素レーザーなどがあります。それほど一般的ではありませんが、赤外レーザーはイオン化モードがソフトであるため使用されます。[ 28 ] IR-MALDIは、物質除去効果が高い（生物学的サンプルに有効）、低質量干渉が少ない、他のマトリックスフリーレーザー脱離質量分析法との互換性があるなどの利点もあります。

飛行時間

MALDI質量分析計のサンプルターゲット

MALDIで最も広く使用されている質量分析計のタイプは、主にその広い質量範囲から、飛行時間型質量分析計（TOF）です。TOF測定手順は、パルスレーザーが連続動作ではなく個々の「ショット」を照射するため、MALDIイオン化プロセスにも理想的です。MALDI-TOF装置には、多くの場合、電場を用いてイオンを反射するリフレクトロン（「イオンミラー」）が搭載されています。これによりイオンの飛行経路が長くなり、異なるm/zのイオン間の飛行時間が長くなり、分解能が向上します。最新の市販のリフレクトロンTOF装置は、m/Δmの分解能が50,000 FWHM（最大値の半分の全幅、Δmはピーク高さの50%におけるピーク幅と定義）以上に達します。[ 29 ]

MALDIはIMS -TOF MSと組み合わせてリン酸化ペプチドと非リン酸化ペプチドを同定してきました。[ 30 ] [ 31 ]

MALDI- FT-ICR MSは、高解像度のMALDI-MS測定が求められる場合に有用な技術であることが実証されている。[ 32 ]

大気圧

大気圧(AP) マトリックス支援レーザー脱離イオン化 (MALDI) は、真空 MALDI とは対照的に通常の大気環境で動作するイオン化技術 (イオン源) です。[ 33 ]真空 MALDI と AP-MALDI の主な違いは、イオンが生成される圧力です。真空 MALDI では、イオンは通常 10 mTorr 以下で生成されますが、AP-MALDI ではイオンは大気圧で生成されます。これまで、従来の真空 MALDI と比較した AP-MALDI 技術の主な欠点は、感度が限られていることでしたが、イオンは高効率で質量分析計に転送することができ、アトモルの検出限界が報告されています。[ 34 ] AP-MALDI は、プロテオミクスから創薬までさまざまな用途の質量分析 (MS) に使用されています。AP-MALDI 質量分析の対象となる一般的なトピックには、プロテオミクスなどがあります。 DNA、RNA、PNA、脂質、オリゴ糖、リン酸化ペプチド、細菌、低分子、合成ポリマーの質量分析。真空MALDI装置でも同様の用途が利用可能です。AP-MALDIイオン源は、イオントラップ質量分析計[ 35 ]や、エレクトロスプレーイオン化（ESI）またはナノESIイオン源を備えた他のMSシステムに容易に接続できます。

減圧イオン化MALDIは、主に一価イオンを生成することが知られています（下記「イオン化メカニズム」参照）。一方、大気圧イオン化では、赤外線レーザー[ 36 ]で初めて、そして後に窒素レーザーでも示されたように、高電荷の分析対象物を生成することができます[ 37 ] 。分析対象物の多重荷電は非常に重要です。なぜなら、四重極のような狭いm/z検出範囲しか持たない装置でも、タンパク質のような高分子化合物を測定できるようになるからです。この効果を得るには、圧力に加えて、マトリックスの組成も重要です。

エアロゾル

エアロゾル質量分析法におけるイオン化技術の一つは、個々の液滴にレーザーを照射することです。これらのシステムは、単粒子質量分析計（SPMS）と呼ばれます。[ 38 ]試料は、エアロゾル化前にMALDIマトリックスと混合することもできます。

イオン化メカニズム

レーザーは乾燥した液滴スポット内のマトリックス結晶に照射されます。マトリックスはレーザーエネルギーを吸収し、この反応によって主にマトリックスが脱離してイオン化（陽子の付加による）されると考えられています。アブレーション中に生成される高温のプルームには、中性およびイオン化されたマトリックス分子、プロトン化されたおよび脱プロトン化されたマトリックス分子、マトリックスクラスター、ナノ液滴など、多くの種が含まれています。アブレーションされた種は分析対象のイオン化に関与している可能性がありますが、MALDIのメカニズムはまだ議論されています。その後、マトリックスは陽子を分析対象分子（例：タンパク質分子）に移動し、分析対象を帯電させると考えられています。[ 39 ]このプロセス後に観測されるイオンは、最初の中性分子 [M] にイオンが追加または除去されたものになります。これは準分子イオンと呼​​ばれ、例えば、陽子が付加された場合は[M+H] + 、ナトリウムイオンが付加された場合は[M+Na] + 、陽子が除去された場合は[MH] −となります。MALDIは、マトリックスの性質、レーザー強度、および／または使用する電圧に応じて、一価イオンまたは多価イオン（[M+nH] n+）を生成することができます。これらはすべて偶数電子種であることに注意してください。ラジカルカチオン（光イオン化分子）のイオン信号は、例えばマトリックス分子やその他の有機分子の場合に観測されます。

UVレーザーMALDIの気相プロトン移動モデル[ 3 ]は、物理化学結合ダイナミクス（CPCD）モデル[ 40 ]として実装されており、イオン化に至る一次過程と二次過程を仮定している。 [ 41 ]一次過程には、マトリックスによる光子の吸収による初期の電荷分離と、エネルギーのプールによるマトリックスイオン対の形成が含まれる。一次イオン形成は、UV光子の吸収によって励起状態分子を生成することによって起こる。

S 0 + hν → S 1
S 1 + S 1 → S 0 + S n
S 1 + S n → M + + M −

ここで、S 0は基底電子状態、S 1 は第一電子励起状態、S nはより高次の電子励起状態である。[ 40 ]生成イオンは、上記M +およびM −で示されるプロトン移動イオン対または電子移動イオン対である。二次反応では、イオン-分子反応によって分析対象イオンが形成される。

ラッキーサバイバーモデルでは、マトリックスと分析対象物を含む固体の分解中に生成される高電荷クラスターから正イオンが形成される可能性があります。

ラッキーサバイバーモデル（クラスターイオン化メカニズム[ 3 ]）は、分析対象分子が溶液からの電荷状態を維持したままマトリックスに組み込まれると仮定しています。[ 42 ] [ 43 ]イオン形成は、レーザーアブレーションされたクラスターの断片化による電荷分離によって発生します。[ 3 ]光電子または対イオンとの再結合によって中和されないイオンは、いわゆるラッキーサバイバーです。

熱モデルは、高温が溶融マトリックス液中のマトリックスと分析対象物との間のプロトン移動を促進すると仮定している。[ 44 ]イオン対中性比は理論モデルを正当化する上で重要なパラメータであり、イオン対中性比の誤った引用はイオン化機構の誤った決定につながる可能性がある。[ 45 ]このモデルは、分析対象物の濃度とプロトン親和力の関数としての全イオン強度の増加と、レーザーフルエンスの関数としてのイオン対中性比の増加を定量的に予測する。[ 46 ] [ 47 ]このモデルはまた、金属イオン付加物（例えば、[M+Na] +または [M+K] +）は主に熱誘導による塩の溶解から生成されることを示唆している。 [ 48 ]

マトリックス支援イオン化（MAI）法は、MALDIと同様のマトリックス調製法を用いるが、揮発性または非揮発性化合物の分析対象イオンを生成するためにレーザーアブレーションを必要としない。[ 49 ]分析対象物を含むマトリックスを質量分析計の真空にさらすだけで、エレクトロスプレーイオン化とほぼ同じ電荷状態のイオンが生成される。[ 50 ]このプロセスとMALDIの間にはメカニズムの共通点がある可能性が高いことが示唆されている。[ 43 ]

イオン収量は通常10-4～10-7と推定されているが[ 51 ]、10-9というさらに低い収量を示唆する実験もある[ 52 ]。イオン収量が低いという問題は、MALDIの導入直後から、第2レーザーを用いた後イオン化など、様々な試みによって解決されてきた。[ 53 ]これらの試みのほとんどは、信号の増加がわずかで、限定的な成功しか収められなかった。これは、軸方向飛行時間型機器が使用されたためと考えられる。この機器は、ソース領域で10-5～10-6の圧力で動作し、その結果、粒子速度が最大1000m/sに達する急速なプルーム膨張が生じる。[ 54 ] 2015年には、改良型MALDI源を約3 mbarの高圧で動作させ、直交飛行時間型質量分析計と組み合わせ、波長可変型後イオン化レーザーを用いて、マトリックスの2光子イオン化閾値以下の260 nm～280 nmの波長で動作させることで、レーザー後イオン化の成功が報告されました。これにより、いくつかの脂質や小分子のイオン収量が最大3桁増加しました。[ 55 ]このアプローチは、2つ目のレーザーと2つ目のMALDIに似たイオン化プロセスにちなんでMALDI-2と呼ばれ、その後、低mbar範囲で動作する源を備えた他の質量分析計にも採用されました。[ 56 ] [ 57 ]

アプリケーション

生化学

プロテオミクスにおいて、MALDIはゲル電気泳動（SDS-PAGE）、サイズ排除クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、強／弱イオン交換、同位体コード化タンパク質標識（ICPL）、二次元ゲル電気泳動などを用いて単離されたタンパク質の迅速な同定に用いられます。ペプチドマスフィンガープリンティングは、MALDI-TOF質量分析計の最も一般的な分析用途です。MALDI TOF/TOF質量分析計は、ポストソース崩壊または高エネルギー衝突誘起解離（詳細については質量分析法を参照）を用いてペプチドのアミノ酸配列を明らかにするために使用されます。

MALDI-TOFは翻訳後修飾の特性評価に使用されてきた。例えば、タンパク質のメチル化と脱メチル化の研究に広く適用されている。[ 58 ] [ 59 ]しかし、MALDI-TOFで翻訳後修飾を研究する場合には注意が必要である。例えば、ジヒドロキシ安息香酸（DHB）をグリコシル化ペプチドのMALDI MS分析のマトリックスとして使用した場合、シアリン酸の損失が論文で確認されたと報告されている。S. Martinはシナピン酸、4-HCCA、DHBをマトリックスとして使用し、線形モードとリフレクターモードでのMALDI/TOFでの準安定崩壊によるグリコシル化ペプチドのシアリン酸の損失を研究した。[ 60 ]島津製作所のグループは、検出感度を向上させる方法として、アミド化反応によってシアリン酸を誘導体化し[ 61 ]、また、イオン液体マトリックスがシアリル化オリゴ糖のMALDI/TOF MS分析中にシアリン酸の損失を低減することを実証しました。[ 62 ] THAP、[ 63 ] DHAP、[ 64 ]および2-アザ-2-チオチミンとフェニルヒドラジンの混合物[ 65 ]は、グリコシル化ペプチドのMALDI MS分析中にシアリン酸の損失を最小限に抑えるために使用できるマトリックスとして特定されています。UV MALDIの代わりにIR MALDIを使用すると、いくつかの翻訳後修飾の損失を低減できることが報告されています。[ 66 ]

タンパク質に加えて、MALDI-TOFは脂質の研究にも応用されています。[ 67 ]例えば、ホスホリパーゼの触媒反応の研究に応用されています。[ 68 ] [ 69 ]脂質に加えて、オリゴヌクレオチドもMALDI-TOFによって特性評価されています。例えば、分子生物学では、 5-メトキシサリチル酸とスペルミンの混合物は、MALDI質量分析におけるオリゴヌクレオチド分析のマトリックスとして使用できます。 [ 70 ]例えば、オリゴヌクレオチド合成後などに使用できます。

有機化学

カテナンやロタキサン、デンドリマーやハイパーブランチポリマーなどの合成高分子やその他集合体の中には、分子量が数千から数万に及ぶものがあり、ほとんどのイオン化技術では分子イオンの生成が困難です。MALDIは、化学者がこのような合成結果を迅速に分析し、検証することを可能にする、簡便かつ迅速な分析法です。[ 71 ]

ポリマー

高分子化学では、MALDIはモル質量分布を決定するために使用できます。[ 72 ]多分散度が1.2を超えるポリマーは、高質量オリゴマーに対する信号強度の識別のため、MALDIで特性評価することが困難です。[ 73 ] [ 74 ] [ 75 ]

ポリマーに適したマトリックスはジトラノール[ 76 ]またはAgTFA [ 77 ]です。サンプルは最初にジトラノールと混合し、その後AgTFAを加えます。そうしないと、サンプルが溶液から沈殿してしまいます。

微生物学

特定の検査対象（非細菌、結核菌など）が指定されていない症例における、細菌感染の可能性のある症例の検査アルゴリズムの例。ニューイングランドの地域病院でよく見られる状況と病原体の例がこれに該当します。MALDI-TOFは、中央下部の「同日検査」の行で複数の状況で使用されています。

MALDI-TOFスペクトルは、細菌や真菌などの微生物の同定によく使用されます。対象となる微生物のコロニーの一部をサンプルターゲット上に置き、マトリックスで重ね合わせます。生成された発現タンパク質の質量スペクトルは専用ソフトウェアで解析され、保存されているプロファイルと比較することで、バイオタイピングと呼ばれる方法で種を判定します。これは他の免疫学的または生化学的手順にも利点をもたらし、臨床微生物学研究室における種同定の一般的な方法となっています。[ 78 ] [ 79 ]フーリエ変換イオンサイクロトロン共鳴質量分析法（FT-MSとも呼ばれる）で実行される高解像度MALDI-MSの利点は、プロテオタイピングと呼ばれる単一イオン検出によるウイルスのタイピングとサブタイピング、特にインフルエンザウイルスに焦点を合わせた分析に実証されています。[ 80 ]

他の微生物学的同定法と比較した主な利点の一つは、分離に使用した選択培地から、多様な微生物を迅速かつ確実に、低コストで直接同定できることです。疑わしい、あるいは「推定」コロニーを精製する必要がないため[ 81 ]、処理時間が大幅に短縮されます。例えば、MALDI-TOF法は血液培養から直接細菌を検出できることが実証されています[ 82 ]。

もう一つの利点は、細菌の抗生物質感受性を予測できる可能性があることです。単一の質量スペクトルピークから、黄色ブドウ球菌のメチシリン耐性を予測できます。[ 83 ] MALDIは、カルバペネム耐性腸内細菌科のカルバペネマーゼも検出できます。[ 84 ]これには、アシネトバクター・バウマニ[ 85 ]やクレブシエラ・ニューモニエ[ 86 ]が含まれます。しかし、抗生物質耐性を媒介するタンパク質のほとんどは、タンパク質ピークの解釈に使用できるMALDI-TOFの2000～20,000 Daの範囲よりも大きく、2011年にNIHで発生したクレブシエラ・ニューモニエ・カルバペネマーゼ（KPC）の発生のように、ピークと耐性を付与するタンパク質との相関関係が示されるのはごくまれです。[ 87 ]

寄生虫学

MALDI-TOFスペクトルは、トリパノソーマ[ 88 ] 、リーシュマニア[ 89 ]、マラリア[ 90 ]などのさまざまな寄生虫の検出と同定に使用されています。これらの単細胞寄生虫に加えて、MALDI / TOFは、シラミ[ 91 ]やセルカリア（吸虫の自由遊泳段階）などの寄生昆虫の同定にも使用できます。[ 92 ]

薬

MALDI-TOFスペクトルは、疾患診断において他の分析技術や分光法と併用されることが多くあります。MALDI/TOFは、シーケンシングに必要なコストや計算能力、あるいはX線結晶構造解析における結晶構造解析に必要なスキルや時間をかけずに、タンパク質やタンパク質変化を迅速に同定できるため、大きな可能性を秘めた診断ツールです。

その一例が壊死性腸炎（NEC）です。これは未熟児の腸に深刻な影響を与える疾患です。NECの症状は敗血症の症状と非常に類似しており、多くの乳児が診断と治療を待つ間に死亡しています。MALDI/TOF法は、NEC陽性乳児の糞便中に存在する細菌を同定するために使用されました。この研究は、NECに関連する糞便微生物叢の特性評価に焦点を当てており、疾患のメカニズムには触れていません。同様の技術が、シーケンシングを必要としない迅速な診断ツールとして利用できることが期待されています。[ 93 ]

MALDI/TOFの診断力を示すもう一つの例は、がんの分野です。膵臓がんは、最も致死性が高く、診断が難しいがんの一つです。[ 94 ]膜タンパク質の変異による細胞シグナル伝達の障害が膵臓がんの一因となっていることは、長い間疑われてきました。 [ 95 ] MALDI/TOFは、膵臓がんに関連する膜タンパク質を特定するために使用されており、将来的には早期発見技術として役立つ可能性さえあります。[ 96 ]

MALDI/TOFは、診断だけでなく治療方針の決定にも活用できる可能性があります。MALDI/TOFは、細菌の薬剤耐性、特にβ-ラクタム（ペニシリン系）の判定に用いられます。MALDI/TOFは、標準的な抗生物質に対する薬剤耐性を示すカルバペネマーゼの存在を検出します。この技術は、わずか3時間で細菌の薬剤耐性を特定できる可能性があると予測されています。この技術は、医師がより強力な抗生物質を最初に処方するかどうかを決定するのに役立つ可能性があります。[ 97 ]

タンパク質複合体の検出

いくつかのペプチド-ペプチド複合体がMALDI沈着およびイオン化に耐えられるという初期の観察に続いて[ 98 ] 、 MALDI-MSを用いた大きなタンパク質複合体の研究が報告された。[ 99 ] [ 100 ]

小さな分子

MALDIは高分子の分析に広く用いられる手法ですが、1000Da未満の低分子の分析も可能です。低分子の場合、マトリックス自体が低分子で構成されることが多いため、マトリックス効果による信号干渉、検出器の飽和、あるいは分析対象分子の信号抑制といった問題が生じる可能性があります。マトリックスの選択は、分析対象となる分子の種類によって大きく異なります。[ 101 ] [ 102 ]

MALDIイメージング質量分析

MALDIはソフトイオン化源であるため、様々な生体分子に利用されています。そのため、MALDIイメージング質量分析法などの新しい用途にも利用されています。この技術により、生体分子の空間分布をイメージングすることが可能になります。[ 103 ]

参照

参考文献

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参考文献

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