JP2022514379A - Lc-msmsを使用してテストステロンを測定するための方法 - Google Patents
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Abstract
本明細書中の教示は、質量分析法を使用してテストステロンを分析する方法を提供する。上記方法は、バイアルまたはウェルの中で、テストステロンと反応するタグ化試薬、タンパク質を溶液から沈殿させる水性沈殿剤、および内部標準溶液を合わせる工程であって、上記内部標準溶液は、既知の濃度の同位体が富化されたテストステロンを含む工程、次いで、前記バイアルまたはウェルに、テストステロンを含むかまたは含むと疑われるサンプルを添加する工程を包含する。次いで、上記バイアルを混合して、タンパク質の沈殿および存在する任意のテストステロンと上記タグ化試薬との反応を同時に引き起こし、沈殿物および液体溶液の混合物を形成することができる。次いで、上記液体溶液を、任意の沈殿物から分離し、次いで、液体クロマトグラフィータンデム質量分析法を使用して、テストステロンに関して分析することができる。
Description
関連出願
本出願は、2018年12月21日出願の米国仮特許出願第62/783,657号(その全体は、本明細書に参考として援用される)の優先権の利益を主張する。
本出願は、2018年12月21日出願の米国仮特許出願第62/783,657号(その全体は、本明細書に参考として援用される)の優先権の利益を主張する。
分野
本教示は、一般に、テストステロンの質量分析法による分析のための方法に関する。
本教示は、一般に、テストステロンの質量分析法による分析のための方法に関する。
緒言
臨床診断検査アッセイは、単純で、費用効果が高く、迅速、かつロバストであるべきである。さらに、アッセイ結果(偏りおよび不正確さ)の、CDC参照法(Clinical Chemistry, Vol. 59(2), pp. 372-380(本明細書に参考として援用される))のような至適基準へのアラインメントは、患者の健康にとって重要な意味を有する。患者から、特に、小児および新生児集団から、可能な限り少なく採血する傾向は増加しつつあり、従って、小さなサンプルサイズおよび集団における所望の分析物の最も低い参照レベルの両方についての感度および精度の要件を満たすアッセイを必要としている。若年成人女性では、テストステロンレベルは、若年成人男性におけるレベルの1/15より小さい(それぞれ、2~45ng/dLおよび250~1100ng/dL)。小児サンプルでは、全テストステロンレベルは、2~10歳齢の女児および男児において最も低く、<20ng/dLであり得る。小児が思春期に到達するにつれ、そのレベルは、成人期までに有意に増加するが、タナーステージIの間に、そのレベルは、≦5ng/dLであり得る。小児では、テストステロンの測定は、性ステロイド代謝の先天性過誤および遅発または早発思春期の症例を同定するために重要である。成人女性および男性では、低テストステロンレベルは、不妊、性機能障害、疲労、筋量の喪失、および気分変動をもたらす。男性および女性におけるアンドロゲン欠乏の診断、ならびに小児サンプルにおけるテストステロンレベルの評価は、高度に特異的で、正確な、かつ高感度の測定手順を必要とする。
臨床診断検査アッセイは、単純で、費用効果が高く、迅速、かつロバストであるべきである。さらに、アッセイ結果(偏りおよび不正確さ)の、CDC参照法(Clinical Chemistry, Vol. 59(2), pp. 372-380(本明細書に参考として援用される))のような至適基準へのアラインメントは、患者の健康にとって重要な意味を有する。患者から、特に、小児および新生児集団から、可能な限り少なく採血する傾向は増加しつつあり、従って、小さなサンプルサイズおよび集団における所望の分析物の最も低い参照レベルの両方についての感度および精度の要件を満たすアッセイを必要としている。若年成人女性では、テストステロンレベルは、若年成人男性におけるレベルの1/15より小さい(それぞれ、2~45ng/dLおよび250~1100ng/dL)。小児サンプルでは、全テストステロンレベルは、2~10歳齢の女児および男児において最も低く、<20ng/dLであり得る。小児が思春期に到達するにつれ、そのレベルは、成人期までに有意に増加するが、タナーステージIの間に、そのレベルは、≦5ng/dLであり得る。小児では、テストステロンの測定は、性ステロイド代謝の先天性過誤および遅発または早発思春期の症例を同定するために重要である。成人女性および男性では、低テストステロンレベルは、不妊、性機能障害、疲労、筋量の喪失、および気分変動をもたらす。男性および女性におけるアンドロゲン欠乏の診断、ならびに小児サンプルにおけるテストステロンレベルの評価は、高度に特異的で、正確な、かつ高感度の測定手順を必要とする。
比較的少ないサンプル量(sample volumes)(<100/日)を分析する小規模から中規模の病院の検査室は、初心者レベルのオペレーターにとっては容易である手作業でのサンプル調製を利用する高感度の方法から利益を受け得る。迅速分析に伴う単純かつ経済的な自動化サンプル調製は、多くのサンプル量を分析する大規模または中核の臨床検査室にとって望ましい。
以前のテストステロン分析の刊行物(Analytical Chemistry, Vol. 84(21), pp. 9310-7(本明細書に参考として援用される))は、遊離テストステロン、乾燥血液スポット、女性および/または小児の血清サンプルの定量のために感度を高めるように設計された超高感度法を記載することを目的としたが、ここで示される方法は、単純さおよび頑健性を高めることを目的とする。
以前のテストステロン分析の刊行物(Analytical Chemistry, Vol. 84(21), pp. 9310-7(本明細書に参考として援用される))は、遊離テストステロン、乾燥血液スポット、女性および/または小児の血清サンプルの定量のために感度を高めるように設計された超高感度法を記載することを目的としたが、ここで示される方法は、単純さおよび頑健性を高めることを目的とする。
Clinical Chemistry, Vol. 59(2), pp. 372-380
Analytical Chemistry, Vol. 84(21), pp. 9310-7
要旨
本発明の方法は、低レベルテストステロン分析を行う全ての検査室にとっての単純で、ロバスト、かつ高感度の解決策を提供する。分析物抽出および誘導体化は、同時に行われる。
本発明の方法は、低レベルテストステロン分析を行う全ての検査室にとっての単純で、ロバスト、かつ高感度の解決策を提供する。分析物抽出および誘導体化は、同時に行われる。
種々の実施形態において、サンプル中の全テストステロンを分析するための方法が開示され、上記方法は、a)テストステロンと反応するタグ化試薬、タンパク質を溶液から沈殿させる水性沈殿剤、および内部標準溶液であって、上記内部標準溶液は、既知の濃度の同位体が富化されたテストステロンを含む内部標準溶液、ならびにテストステロンを含むかまたは含むと疑われるサンプルを合わせる工程、b)前記組み合わせ物を混合して、タンパク質の沈殿および存在する任意のテストステロンと上記タグ化試薬との反応を同時に引き起こして、沈殿物および反応した液体溶液の混合物を形成する工程、c)上記沈殿物を、上記反応した液体溶液から分離する工程、e)上記反応した液体溶液を、タンデム質量分析法を使用して分析して、上記サンプルテストステロンを同定および/または定量する工程を包含する。いくつかの局面において、上記反応した液体溶液は、タンデム質量分析計へと導入する前に、液体クロマトグラフィーを使用して処理され得る。
いくつかの実施形態において、上記水性沈殿剤は、硫酸亜鉛を含む。
いくつかの実施形態において、上記混合物中の沈殿物を分離する工程は、上記混合物を、フィルタープレートに含まれるフィルター媒体を通して濾過する工程、および上記液体溶液を濾液として収集プレートの中に集める工程を包含する。
種々の実施形態において、サンプル中の全テストステロンを分析するための方法が記載され、上記方法は、a)微小遠心分離バイアルの中に、式:
の化合物、硫酸亜鉛を含む水性溶液、および2,3,4,-13C3-テストステロンを含む溶液を合わせる工程、b)上記微小遠心分離バイアルに、ストステロンを含むかまたは含むと疑われる血清または血漿サンプルを添加する工程、c)上記バイアルを混合する工程、d)上記バイアルを遠心分離する工程、e)上記バイアル中の上清を、任意の沈殿物から分離する工程、f)上記上清を、タンデム質量分析法を使用してテストステロンに関して分析する工程を包含する。いくつかの局面において、液体クロマトグラフィー(LCカラム)を使用して、上記上清を処理する工程および得られた、分離した上清を、LCカラムから分析用の質量分析計に溶離する工程。
種々の実施形態において、サンプル中の全テストステロンを分析するための方法が記載され、上記方法は、a)フィルタープレートのウェルの中で、式:
の化合物、硫酸亜鉛を含む水性溶液、および2,3,4,-13C3-テストステロンを含む溶液を合わせる工程、b)上記ウェルに、キャリブレータ、コントロール、またはテストステロンを含むかもしくは含むと疑われる患者サンプルを添加する工程、c)上記フィルタープレートを振盪して、混合を引き起こす工程、d)遠心分離を使用することによって、上記フィルタープレートにおけるウェルからの内容物を、収集プレートの中へと濾過して、上記収集プレートの中で濾液を形成する工程、e)上記濾液を、タンデム質量分析法を使用してテストステロンに関して分析する工程を包含する。
上記のうちのいくつかの実施形態において、上記分析する工程は、タンデム質量分析計において403.3/164.2または403.3/152.2のMRMトランジションを測定する工程を包含する。
上記のうちのいくつかの実施形態において、上記分析する工程は、タンデム質量分析計において406.3/167.2または406.3/155.2のMRMトランジションを測定する工程を包含し、上記同位体が富化されたテストステロンは、2,3,4 13C3-テストステロンである。
実施形態の詳細な説明
単純なサンプル調製ワークフローならびに全性別および年齢群の血清もしくは血漿サンプルに関して十分な感度を伴い、ケトン官能基誘導体化を介する(例えば、AmplifexTMケト試薬を使用する)正確かつロバストな全テストステロンESI-LC-MS/MS定量法を、作り出した。サンプル中の全テストステロンを分析するための方法は、テストステロンと反応するタグ化試薬(例えば、AmplifexTMケト試薬)、タンパク質を溶液から沈殿させる水性沈殿剤、および既知の濃度の同位体が富化されたテストステロンを含む内部標準溶液を合わせることによって、サンプル溶液を作製する工程を包含する。テストステロンを含むかまたは含むと疑われるサンプルは、試験および分析のために、上記組み合わせ物に添加され得る。次いで、その得られたサンプル溶液は、タンパク質を沈殿させ、存在する任意のテストステロンと上記タグ化試薬とを反応させて、沈殿物および反応した液体溶液の混合物を形成するために混合される。次いで、上記沈殿物は、上記反応した液体溶液から、例えば、遠心分離によって分離される。他の公知の分離手段はまた、例えば、磁性ビーズを操作して、その沈殿したタンパク質を捕捉することによって使用され得る。その分離し、反応した液体溶液はまた、一般には上清といわれ得る。その反応した液体溶液、すなわち、上清は、次いで、タンデム質量分析計へと注入されて、上記サンプル中に存在する場合、上記サンプルテストステロンが同定および/または定量され得る。要件に依存して、および当該分野で公知であるように、液体クロマトグラフカラム(LCカラム)が、タンデム質量分析計へと導入する前に、上記反応した液体溶液中の化合物を濾過、濃縮および分離するために使用され得る。上記反応した液体溶液を処理するための代替の手段はまた、LCカラムの代わりに使用されてもよく、次いで、その処理されたサンプルは、フローインジェクション分析(FIA)または当該分野で公知のとおりのシリンジポンプを使用する注入を使用する質量分析計へと導入され得る。
単純なサンプル調製ワークフローならびに全性別および年齢群の血清もしくは血漿サンプルに関して十分な感度を伴い、ケトン官能基誘導体化を介する(例えば、AmplifexTMケト試薬を使用する)正確かつロバストな全テストステロンESI-LC-MS/MS定量法を、作り出した。サンプル中の全テストステロンを分析するための方法は、テストステロンと反応するタグ化試薬(例えば、AmplifexTMケト試薬)、タンパク質を溶液から沈殿させる水性沈殿剤、および既知の濃度の同位体が富化されたテストステロンを含む内部標準溶液を合わせることによって、サンプル溶液を作製する工程を包含する。テストステロンを含むかまたは含むと疑われるサンプルは、試験および分析のために、上記組み合わせ物に添加され得る。次いで、その得られたサンプル溶液は、タンパク質を沈殿させ、存在する任意のテストステロンと上記タグ化試薬とを反応させて、沈殿物および反応した液体溶液の混合物を形成するために混合される。次いで、上記沈殿物は、上記反応した液体溶液から、例えば、遠心分離によって分離される。他の公知の分離手段はまた、例えば、磁性ビーズを操作して、その沈殿したタンパク質を捕捉することによって使用され得る。その分離し、反応した液体溶液はまた、一般には上清といわれ得る。その反応した液体溶液、すなわち、上清は、次いで、タンデム質量分析計へと注入されて、上記サンプル中に存在する場合、上記サンプルテストステロンが同定および/または定量され得る。要件に依存して、および当該分野で公知であるように、液体クロマトグラフカラム(LCカラム)が、タンデム質量分析計へと導入する前に、上記反応した液体溶液中の化合物を濾過、濃縮および分離するために使用され得る。上記反応した液体溶液を処理するための代替の手段はまた、LCカラムの代わりに使用されてもよく、次いで、その処理されたサンプルは、フローインジェクション分析(FIA)または当該分野で公知のとおりのシリンジポンプを使用する注入を使用する質量分析計へと導入され得る。
低サンプル量および高サンプル量に適応する単純なサンプル調製法を開発した。この方法は、タンパク質沈殿および質量タグ化試薬(例えば、AmplifexTMケト試薬)での誘導体化を同時に使用して、沈殿物および反応した液体溶液の混合物を作製する。いくつかの実施形態において、次いで、上記混合物は、上記沈殿物を、上記反応した液体から分離して、分離した上清を作製するために、遠心分離によって処理され得る。いくつかの実施形態において、上記上清は、分析のために液体クロマトグラフ(LC)タンデム質量分析(MS/MS)システム(SCIEX TopazTM IVD LC-MS/MS。ここでMSは、性能がSCIEX 4500 MDに等価である)へと注入されて、テストステロンが検出および/または定量され得る。
以下で記載される具体的装置および工程の順序は、例示であり、当業者は、等価な既知の処理工程が、以下で記載される具体例および装置から置き換えられ得ることを理解する。
例示的実験において、ヒト血清または血漿サンプル中の全テストステロンを、NIST 971 SRMに対して追跡可能な、約1~2000ng/dL(10~20,000pg/mL)の広い濃度範囲にわたるキャリブレータによって生成した外部較正曲線を使用して定量した。13C3-富化テストステロン内部標準を、較正標準および未知のサンプルに対して一定量で添加して、サンプル調製の間の分析物喪失または分析の間のマトリクス効果を補正した。2つの方法(一方は、96ウェルフィルタープレートを使用し、もう一方は、エッペンドルフチューブを使用する)を開発した。両方の方法はCenters for Disease Control(CDC)のテストステロンに関するホルモン標準化プログラム(HoSt T)によって認証された。血漿および血清サンプルに関する方法を実装することの実行可能性を、同じドナーに由来するマッチした小児血清と血清サンプルと間の小規模方法比較研究を介して試験した。さらに、2つの異なる抗凝固剤入りチューブタイプ(Li-ヘパリンおよびK2EDTA)の中に収集した血漿サンプルを、同じドナーに由来するサンプルと比較した。
社内で製剤化したNIST 971-追跡可能キャリブレータを使用したところ、上記方法は、1~2000ng/dL(10~20,000pg/mL)の間で線形的であった(r2>0.999)(検出限界は約1ng/dL(10pg/mL))。CDC HoSt T標準化プログラムからの40個の参照サンプルに対する上記テストステロン濃度偏りは、<3%であり、平均%CVは、約4であった。サンプルのうちの80%超が、±6.4%というCDC偏り基準に合格した。小児のマッチした血清サンプルと血漿サンプルとの間の比較は、高い相関(r2=0.997)および<5%という偏りをもたらした。マッチした成人血清サンプルと血漿サンプルとの間の差異は、約1%であった。
全てのヒトサンプル中の全テストステロンを測定するために適した正確かつ能率化した方法の実行可能性を、低サンプル数または高サンプル数に合うように、サンプル調製ワークフローの選択で実証した。上記方法は、潜在的に、異なる採血チューブ(Li-ヘパリンおよびK2EDTA)からの血漿マトリクスのために使用され得る。
ここで示される方法は、100μLという小さいサンプルサイズを使用して、およそ1ng/dL(10pg/mL)という定量下限(LLOQ)で、ヒト血清(または血漿)からの全テストステロンの定量を可能にする。本明細書中の教示は、小規模または大規模臨床検査室要件に適応するサンプル調製ワークフローの2つのバリエーションを記載する。第1のワークフローは、テストステロン抽出が、個々のチューブ中で行われる手作業操作を含む。それは、より小さなサンプル負荷(<100/日)のために設計される。第2のワークフローは、自動化ピペット操作プラットフォームが利用可能でなければ、手作業でのピペット操作でも使用され得る自動化サンプル調製プラットフォームで96ウェルフィルタープレートを使用する。個々のチューブおよび96ウェルフィルタープレートの両方の方法が、CDCのHoSt T標準化プログラムによって認証された。
テストステロン(アセトニトリル中100μg/mL、99.8%純粋)、2,3,4-13C3-テストステロン(アセトニトリル中10μg/mL、99.8%)、およびエピテストステロン(アセトニトリル中1mg/mL、99.7%純粋)の認証された標準溶液を、Cerilliant(Round Rock, TX)から購入した。システム適合性溶液(system suitability solution)(SST)を、MeOH/H2O 1/1(V/V)中の上記のテストステロン、エピテストステロンおよび2,3,4 13C3 テストステロンから社内で調製した。ZnSO4・7H2Oを、Sigma Aldrichから購入し、超純水(18 MΩ Elga LabWater system, USA)で0.4M溶液として調製した。さらなるpH調整は不要であった。メタノール、アセトニトリルおよびギ酸、質量分析法グレードの溶媒を、VWR International(Radnor, PA)から購入した。ウシ血清アルブミン(BSA, part number A2153)を、Sigma Aldrich(St. Louis, MO)から凍結乾燥粉末として購入した。テストステロン標準参照物質(SRM) NIST 971を、National Institute of Standards and Technology(Gaithersburg, MD)から購入した。上記構成要素のうちの1またはこれより多くは、キットの中に組み込まれ得る。
CDC血清サンプルを、HoSt T Hormone Standardizationプログラム(CDC Atlanta, GA)の一部として分析した。小児血漿(リチウムヘパリン(LH)、K2EDTA)/血清マッチサンプルを、iSpecimen(Lexington, MA)から購入した。AmplifexTMケト試薬キットを、SCIEX(Framingham, MA)から得た。試薬バイアルおよび希釈剤バイアルの内容物を、使用前に1:1(V/V)で混合して、最終のAmplifexTMケト試薬溶液を得た。誘導体化手順、化学反応、および誘導体化の際の幾何異性体形成の詳細は、Analytical Chemistry, Vol. 84, pp. 9310-7(本明細書に参考として援用される)に記載される。
サンプル抽出のために、遠心分離チューブ、96ウェルフィルタープレート、96ウェル収集プレート、およびフィルタープレートカバーを、SCIEXから得た。LCオートサンプラーチューブおよびスナップキャップを、VWR Internationalから購入した。
キャリブレータおよびコントロールを、5% BSAを使用してマトリクスとして社内で調製した。これにより、本発明者らのアッセイによって内因性テストステロンを含めないことが決定された。テストステロン作業用ストック溶液を、テストステロンの認証された標準溶液(アセトニトリル中100μg/mL, Cerilliant)から調製した。この作業用溶液を使用して、5% BSA溶液へと添加して、約2000ng/dL(約20,000pg/mL)の最高濃度キャリブレータを作製した。その最高濃度キャリブレータを5% BSAでさらに希釈して、他のキャリブレータ濃度(1.8ng/dL、8ng/dL、16ng/dL、59.9ng/dL、144.7ng/dL、844.2ng/dL、および1842.6ng/dL)および品質コントロールレベル(4ng/dL、32.7ng/dL、および476.8ng/dL)を調製した。上記キャリブレータおよびコントロールの濃度は、NIST 971、ヒト血清マトリクスにおけるテストステロンの標準参照物質(SRM)に対して追跡可能である。
システム適合性(SST)溶液
SSTを使用して、LC-MS/MSシステムの性能をモニターし、その後、キャリブレータおよび未知のサンプルを分析した。SSTは以下のように調製した。テストステロン、2,3,4-13C3-テストステロン、およびエピテストステロン(それぞれ、10μg、5μg、および3μg)の混合物を、1000μLの最終AmplifexTM ケト試薬溶液を用い、微小遠心分離バイアルの中で周囲温度において120分間誘導体化した。その誘導体化した溶液を、100mL メスフラスコに移し、その容積を1:1(V/V) メタノール-水を使用して100mLになるまで満たし、テストステロン、2,3,4-13C3-テストステロン、およびエピテストステロンの、それぞれ、0.1μg/mL、0.05μg/mL、および0.03μg/mLのストック溶液を得た。このストック溶液を、1:1(V/V) メタノール-水を使用して500倍にさらに希釈して、最終SST: テストステロン、200pg/mL(20ng/dL); 2,3,4-13C3-テストステロン、100pg/mL(10ng/dL);およびエピテストステロン、60pg/mL(6ng/dL)を得た。そのSSTを-20℃で貯蔵した。
SSTを使用して、LC-MS/MSシステムの性能をモニターし、その後、キャリブレータおよび未知のサンプルを分析した。SSTは以下のように調製した。テストステロン、2,3,4-13C3-テストステロン、およびエピテストステロン(それぞれ、10μg、5μg、および3μg)の混合物を、1000μLの最終AmplifexTM ケト試薬溶液を用い、微小遠心分離バイアルの中で周囲温度において120分間誘導体化した。その誘導体化した溶液を、100mL メスフラスコに移し、その容積を1:1(V/V) メタノール-水を使用して100mLになるまで満たし、テストステロン、2,3,4-13C3-テストステロン、およびエピテストステロンの、それぞれ、0.1μg/mL、0.05μg/mL、および0.03μg/mLのストック溶液を得た。このストック溶液を、1:1(V/V) メタノール-水を使用して500倍にさらに希釈して、最終SST: テストステロン、200pg/mL(20ng/dL); 2,3,4-13C3-テストステロン、100pg/mL(10ng/dL);およびエピテストステロン、60pg/mL(6ng/dL)を得た。そのSSTを-20℃で貯蔵した。
内部標準(IS)溶液
サンプル調製および分析における任意の変動性を補正するために、2,3,4-13C3-テストステロンのメタノール溶液(20ng/mL。10μg/mLの認証された標準を希釈することによって調製)を、ISとして使用した。この溶液を、サンプル調製の前に、各サンプル、キャリブレータ、またはコントロールに添加した。
サンプル調製および分析における任意の変動性を補正するために、2,3,4-13C3-テストステロンのメタノール溶液(20ng/mL。10μg/mLの認証された標準を希釈することによって調製)を、ISとして使用した。この溶液を、サンプル調製の前に、各サンプル、キャリブレータ、またはコントロールに添加した。
図1は、個々のサンプルチューブ(またはバイアル)または96ウェルフィルタープレートのいずれかを使用するサンプル調製の例示的実施形態を示す。96ウェルフィルタープレートの使用は、容易な自動化および多数の検査を可能にする。
1.5mL 微小遠心分離バイアルを使用してサンプルを調製する場合、85μL 最終Amplifexケト試薬溶液、25μL 沈降反応溶液(沈殿剤、硫酸亜鉛(ZnSO4) 0.4Mを含む)、および25μL IS溶液を、上記バイアルに添加した。100μLの血清または血漿サンプル、キャリブレータ、またはコントロールを、表示した微小遠心分離バイアルにそれぞれ個々に移した。15~30秒間ボルテックスで混合した後、タンパク質が沈殿したサンプルを、30分間、室温においてインキュベートし、2分間、15,000rpmで遠心分離して、沈殿したタンパク質を、その反応した液体溶液から分離した。次いで、合計140μLの上清、すなわち、反応した液体溶液を分離し、LC/MS/MS分析用のオートサンプラーバイアル(ポリプロピレン、300μL 挿入)に移した。
96ウェルプレートサンプル調製を利用する場合、以下のサンプル調製工程を、手作業でのピペット操作または自動化ロボットプラットフォームのいずれかで行い得る。その自動化サンプル調製を、一部分、収集プレートの上に積み重ねた96ウェルフィルタープレートを使用するTopazTM Prep Station(SCIEX, Framingham, MA)プラットフォームで行った。以下の試薬順序で、そのフィルタープレート上に手作業で分注した: 85μLのAmplifexケト試薬溶液、沈殿剤を含む25μLの沈降反応溶液、25μLのIS溶液、および100μLのキャリブレータ、コントロール、または患者サンプル。次に、カバーをしていないフィルタープレートを、上記prep stationの特定のラックの上に、および収集プレートを別個のラックの上に載せた。アッセイ特異的にプログラムされたスクリプトを、ロボットが600rpmにおいて、周囲温度(20~30℃)において30分間のプレート振盪、および4000rpm、4分間の遠心分離を行うように開始した(ロボットアームは、上記フィルタープレートおよび上記収集プレートを統合された遠心分離機内部に取り付ける)。上記収集プレートを(集めた濾液とともに)、接着性のシールで覆い、分析用LC/MS/MSシステムのオートサンプラーの中に入れた。
自動化プラットフォームが利用可能でない場合、上記フィルタープレートの振盪および遠心分離は、任意の標準的96ウェルプレート振盪機(例えば、Eppendorf Thermomixer R)、およびプレートローター付き遠心分離(例えば、A-2-MTPローター付きEppendorf 5430)で行われ得る。
誘導体化の間のインキュベーション時間は、抽出の際にサンプルをインキュベートするのが一般的な方法であるため、タンパク質沈殿およびテストステロン抽出効率の改善にも役立ち得る。
LC-MS/MS法
調製したサンプル(個々のバイアルまたは96ウェルフィルタープレート法のいずれかによって調製)を、Topaz IVD LC-MS/MS System(SCIEX 4500MD LC-MS/MS)で分析した。誘導体化テストステロン、エピテストステロン、および内部標準13C3-テストステロンを含むSSTを、分析の前に三連で注入して、図2に示されるクロマトグラムを生成するLC/MS/MSシステム性能が適格であることを確認した。注入容積は、各未知のサンプル、キャリブレータ、コントロールおよびSSTに関して50μLであった。LC勾配は、誘導体化後に形成したAmplifexTM ケト-テストステロンの幾何異性体(EおよびZ異性体)のベースライン分離を可能にした。Amplifexケト-テストステロンオキシムの幾何異性体(E-Z)を、二重ピークとして分離する。HPLC移動相は、水中0.1% ギ酸(移動相A)およびアセトニトリル中0.1% ギ酸(移動相B)であった。Phenomenex Kinetexビフェニルカラム(50×3.0mm、5μm)を、40℃において、分析用分離のために表1に示されるとおりの勾配プロフィールで使用した。質量分析計のダイバーターバルブを使用して、過剰な試薬溶離およびLCカラム洗浄を回避した。そのLC実行時間は、過去に利用したものより短く、よりロバストな分析カラムが、分析ラボの要件により合うように、より大きな直径および粒径で使用される。
調製したサンプル(個々のバイアルまたは96ウェルフィルタープレート法のいずれかによって調製)を、Topaz IVD LC-MS/MS System(SCIEX 4500MD LC-MS/MS)で分析した。誘導体化テストステロン、エピテストステロン、および内部標準13C3-テストステロンを含むSSTを、分析の前に三連で注入して、図2に示されるクロマトグラムを生成するLC/MS/MSシステム性能が適格であることを確認した。注入容積は、各未知のサンプル、キャリブレータ、コントロールおよびSSTに関して50μLであった。LC勾配は、誘導体化後に形成したAmplifexTM ケト-テストステロンの幾何異性体(EおよびZ異性体)のベースライン分離を可能にした。Amplifexケト-テストステロンオキシムの幾何異性体(E-Z)を、二重ピークとして分離する。HPLC移動相は、水中0.1% ギ酸(移動相A)およびアセトニトリル中0.1% ギ酸(移動相B)であった。Phenomenex Kinetexビフェニルカラム(50×3.0mm、5μm)を、40℃において、分析用分離のために表1に示されるとおりの勾配プロフィールで使用した。質量分析計のダイバーターバルブを使用して、過剰な試薬溶離およびLCカラム洗浄を回避した。そのLC実行時間は、過去に利用したものより短く、よりロバストな分析カラムが、分析ラボの要件により合うように、より大きな直径および粒径で使用される。
定量イオン(quantifier)および確認イオン(qualifier)MRMトランジションとして使用したMS/MSフラグメントは、それぞれ、403.3→164.2および403.3→152.2であった。誘導体化した13C3-テストステロンIS定量イオンおよび確認イオンのトランジションは、それぞれ、406.3→167.2および406.3→155.2であった。デクラスタリング電位(DP)は80V、衝突エネルギー(CE)は57eV、イオンスプレーエネルギーは3000V、およびセル出口電位(cell exit potential)(CXP)は5Vであった。ソース温度を650℃に、およびカーテンガス(CUR)を25psiに設定した。
未知のサンプル濃度を、上記で記載されるキャリブレータで作成した較正曲線に基づいて計算した。Amplifexケト-テストステロン(分析物)とAmplifexケト-13C3-テストステロン(IS)との間の比に対する濃度を、線形回帰分析のために使用した。幾何異性体ピークを積分し、その分析物およびISの両方に関して加えた。SCIEX Analyst(登録商標) MD 1.6.2およびMultiQuant MD 3.0.2プログラムを、LC-MS/MS法最適化、データ獲得、データ処理および定量のために使用した。キャリブレータおよびコントロールに対して割り当てられた値からの許容できる精度は、最も低いキャリブレータ(これについては、許容できる精度は、±20%であった)を除いて±15%であった。
定量下限(LLOQ)を、27.7ng/dLのNIST 971女性参照サンプルの、以下の濃度:希釈剤として5% BSAを用いて6.93ng/dL、2.77ng/dL、1.39ng/dL、0.69ng/dLおよび0.34ng/dLまでの段階希釈(三連で)の後に予測した。そのLLOQ基準は、%CV ≦15(n=3)およびシグナル対ノイズ(S/N)比≧10であった。さらに、そのS/N比を、4つの異なる日に最も低いキャリブレータレベルに関して評価し、そのS/N比が10に等しい濃度を予測した。方法の干渉研究を、参考文献(12)に詳細に記載する。
CDC認証プロセスは、「Laboratory Quality Assurance and Standardization Programs」(Laboratory Quality Assurance and Standardization Programs. Centers for Disease Control and Prevention. September 2018. https://www.cdc.gov/labstandards/hs_standardization.html(本明細書に参考として援用される))の下でCDCウェブサイトに詳細に記載される。CDCのテストステロンに関するホルモン標準化プログラム(HoSt T)によるアッセイ認証は、両方のサンプル調製法(個々のバイアルおよび96ウェルフィルタープレート)に関して得た。第1に、上記方法は、40 HoSt T Phase 1サンプルおよび2つのNIST 971 SRMで較正した。これらの42サンプルの参照濃度を、本発明者らの方法によって決定した濃度と、ピアソン相関およびパーセント偏り計算を使用して比較した。上記方法がいったん、±6.4%というCDCの許容できる偏り基準に合格したら、本発明者らは、HoSt T認証プログラムのフェーズ2に登録し、ここで10の目隠ししたサンプルは、3ヶ月ごとに(Q1からQ4まで)分析のために本発明者らの研究室まで輸送された。本発明者らの計算した濃度は、累積偏りおよび不正確予測に関してCDCに報告を返した(CDCによる偏りの予測は、CLSIガイドラインEP9-A2「Method comparison and bias estimation using patient samples」に基づいた)。許容できる不正確さは、≦5.3%であり、全40サンプルの平均% CVとして計算した(各サンプルにつきn=4)。そのフェーズ2プログラムを、4四半期ごとに更新する。ここで提供されるデータは、第1の認証サイクルに由来する。方法の相関(ピアソン)およびパーセント差異プロットを、Analyse-itソフトウェアパッケージおよびExcel 2016を使用して作成した。
個々のバイアルサンプル調製法を使用して、本発明者らは、同じ個体の採血から得た血清および血漿(マッチしたサンプル)に関して計算した濃度を比較した。2つの別個の研究を行った。一方の研究では、本発明者らは、21~65歳齢の成人ドナー(9名の女性および8名の男性)に由来するマッチしたサンプルを比較した。各ドナーの血液収集物を、3本の異なるチューブに分けた:(i)血清、(ii)血漿リチウムヘパリン(LH)、および(iii)血漿K2EDTA。この研究において、本発明者らは、血清と血漿との間で計算された濃度のみならず、異なる一般的な血漿抗凝固剤入りチューブの間でも比較した。他方の研究では、本発明者らは、民族および人種が混在する、7~18歳齢の20名のおそらく健康な小児ドナー(10名の女児および10名の男児)からのマッチした血清および血漿LHサンプルを比較した。
図3Aは、1.8ng/dL(18pg/mL) Amplifexケトテストステロンという本発明者らの最も低いキャリブレータの代表的クロマトグラムを示す。NIST 971女性サンプルの反復された段階希釈に基づいて、および異なる日での最も低いキャリブレータレベルのS/N比から、LLOQを、1ng/dL(10pg/mL)であると予測した。そのLLOQは、臨床目的の大部分に関して、女性および小児供給源に由来する血清および血漿サンプル中でテストステロンを測定するために適している。4つの異なる日での各キャリブレータレベルの平均%CVは、5.1(最も低いキャリブレータ)~2.8(最も高いキャリブレータ)の範囲に及んだ。タンパク質沈殿、分析物誘導体化および抽出が同時に伴う(サンプルを乾燥および再構成する必要性がない)この単純なサンプル調製手順は、1~2000ng/dL(10~20,000pg/mL)の間で線形であり、図3Bの較正曲線において示される1/x 重み付けの後にr2>0.99であった。この較正曲線は、1.8~1843ng/dLで6つの濃度レベルを含む。直線の式は、y=1.04+0.00146(r=0.9998)であった。
キャリブレータおよび品質コントロールは、NIST SRM 971に対して追跡可能であった。各々の分析日に、NIST 971の2つの濃度レベルを、異なる供給源に由来する余分の品質コントロールとして追加した。図4は、男性および女性のNIST 971のクロマトグラムの代表的な重ね合わせを示す。ここでテストステロン濃度は、それぞれ、643.5ng/dLおよび27.72ng/dLである(NIST 971の分析の認証から得られた値)。
CDC標準化に伴うHoSt T認証の方法のプロセスにおける第1の工程は、HoSt Tフェーズ1からの40の値が割り当てられた血清サンプルに関して±6.4%の偏りである許容できる基準に合格することであった。教示の範囲内で利用される方法とCDC参照法(図5に示される平均差プロット)とを比較すると、測定範囲(1.8~1843ng/dL)に対する平均偏りは、-0.73%であり、相関係数(ピアソン評価)rは、0.999であった(図6)。これは、高い相関およびCDC参照濃度との一致を示し、本発明者らがHoSt Tプログラムのフェーズ2に進むことを可能にした。図5は、40のフェーズ1 HoSt T血清サンプルを使用する、CDC参照と本教示に従う手順との間の方法の比較を示す。平均差異プロットの下側の直線は、平均偏りを表す。
図6は、HoSt Tフェーズ1参照サンプル濃度と本教示を使用して計算した濃度(ng/dL)との間のピアソン相関を示す。相関係数r=0.999。直線は、95% 信頼区間を規定する。
CDC法との比較を含む方法の性能結果のまとめを、表2に示す。本教示を使用して測定した濃度とCDC参照濃度との間の<3%という平均偏り(%差異)は、許容できる±6.4%を遙かに下回る。さらに、>80%であるCDC偏り基準(Certified Total Testosterone Procedures. September 2018. https://www.cdc.gov/labstandards/pdf/hs/CDC_Certified_Testosterone_Procedures-508.pdf.)を満たすサンプルの割合は、高い方法精度の別の指標である。全サンプルの平均した%CVとして表される再現性は、個々のバイアル法とプレート法との間で匹敵するようであり、それぞれ、3.68%および3.94%であった。女性サンプルのみの%CVは、遙かに低いテストステロン濃度範囲に起因して男性のサンプルのものよりわずかに高かったが、両方のサンプル調製法において≦5.3%という許容できる値内に留まった。
図7AおよびBは、サンプル調製法の各々に関して年周期全体での個々のサンプル偏りを図示する。全体として、個々のサンプル濃度は、参照値に非常に近かったが、方法の各々に関して、CDC参照濃度に対する偏りが、その年の残りの四半期においてよりも高い、1つの四半期が存在した。特に、図7Aおよび7Bは、年周期全体で、CDC参照値と本教示を利用して決定した平均値との間の%差異を示す。図7Aは、個々のチューブ/バイアルサンプル調製を利用する分析を示し、図7Bは、96ウェルフィルタープレート自動化法を示す。
CDCは、血漿サンプルに関して相当する認証プログラムを提示していない。本教示が、血漿サンプル中でテストステロンを確実に測定する能力を示すかどうか、および血漿収集チューブ中の抗凝固剤の間で差異が存在するかどうかを試験することを決定した。血漿サンプルはフィブリノゲンを含み、従って、より高いタンパク質含有量を有するので、血清および血漿中の分析物の濃度は、分析物に依存して異なり得る(Clinical Chemistry, Vol. 50, pp. 1704-1705 , Differences between Human Plasma and Serum Metabolite Profiles. Zhonghao, Y.ら, 7, 2011, FLOS One, Vol. 6(ともに本明細書に参考として援用される))。予備評価として、37のサンプルを、2つの実験において両方の性別および広い年齢範囲に由来するマッチした血清/血漿サンプルにおいてテストステロンに関して測定した。図8は、7~18歳齢の20の小児サンプルの分析の結果を示し、これは、内因性の血清濃度と血漿濃度との間で高い相関を示した。その測定したテストステロン濃度は、1.7~934ng/dLであり、その平均偏りは、<5%であった。これは、血清サンプルと血漿サンプルとの間でテストステロン濃度に臨床上の有意差がないことを示す。血漿サンプルの測定した濃度は、図8において棒グラフの上に示される。
同様に、血漿LHまたは血漿K2EDTAに対する血清の17のマッチした成人サンプルの分析は、匹敵するテストステロン濃度を生じた。17のサンプルの各々に関して、血清、血漿LH、および血漿K2EDTAの間の%CVは、≦8(n=3)であり、全体の平均は4%であった(n=51、17名のドナーの各々に関して3つのマッチしたサンプル。各々1回測定した)。これらの結果を図9に示し、そこでは、17のマッチした成人サンプル、特に、血清、血漿Li-ヘパリン、および血漿K2EDTAに関して計算したテストステロン濃度を示す。図9のX軸において、サンプル名は、性別および年齢に関する情報を含む(例えば、F-27は、女性、年齢27歳に由来した)。棒グラフでの示された濃度は、血清の計算された濃度に由来する。
さらに、各個々のドナーに由来する3つのサンプルの中での%差異をみると、血清と血漿との間、または血漿LHと血漿K2EDTAとの間の平均は、約1%であり、0.04~11.6%の範囲であった。
20の小児血清サンプル(2~15歳齢、性別および人種は混在(血漿はマッチしていない)を、分析した。計算したテストステロン濃度は、0.9~662ng/dLの範囲に及んだ。最も低い濃度は、2歳齢の男児について、最も高い濃度は13歳齢の男児について計算された。
本発明者らの目標は、正確で、特異的で、高感度で、かつロバストなサンプル調製およびLC-MS/MS法を開発して、女性および小児供給源ならびに種々のサンプルタイプを含め、サンプル濃度の広い範囲においてテストステロンを測定することであった。血清からテストステロンを分析するための本発明者らが最初に公開したLC/MS/MS法(12)は超高感度(≦0.1ng/dL)を意図した。なぜなら、その方法は、別個の誘導体化工程およびより多くのサンプル量を必要としたからである。ここに記載する方法についてのサンプル調製は、時間、抽出溶媒、サンプル容積、およびコストを低減しようと試みた。本発明者らはまた、特別なサンプル乾燥装置の必要性を排除した。高められた感度は、タグ化試薬(例えば、AmplifexTMケト試薬)を使用してテストステロンの炭素3に荷電部分を結合する誘導体化によって、可能になる。
しかし、別個の誘導体化工程を必要とする他の方法とは異なり、この方法では、質量タグ化試薬を含む誘導体化試薬溶液は、1つの単純な分析物抽出工程においてタンパク質沈殿に対して同時に使用される。この方法は、96ウェルフィルタープレートを収集プレートに取り付けた自動化ロボットプラットフォームで容易に行われうる。両方のワークフロー、個々のバイアルおよび96ウェルフィルタープレート(PrepStationロボット)は、非常に高い精度スコアでCDC HoSt Tプログラムによって成功裡に認証された。両方法は、およそ1~2000ng/dL(10~20,000pg/mL)という広いダイナミックレンジ内で、SCIEX Topaz IVD LC-MS/MS System(4500MD)でテストステロンサンプルを定量するために適している。従って、上記方法は、不明瞭な結果のためにサンプルを反復する必要性を低減し、種々の検査室の間での測定の一貫性を担保するために必要とされる十分な感度および精度を示した。その方法は、抗凝固剤としてLHまたはK2EDTAのいずれかを伴う血漿サンプルを分析するために使用され得るが、血漿サンプルに関しては、種々の抗凝固剤入りチューブに由来するマッチした多数の血清/血漿サンプル(>40、またはClinical and Laboratory Standard Institute guidelinesにおいて推奨されるとおり)を評価することが必要であろう(CLSI EP9-A2. Measurement Procedure Comparison and Bias Estimation Using Patient Samples, Vol. 22. 19)。さらに、96ウェルフィルタープレートワークフローとの血清/血漿濃度等価性を確認することが必要であろう。
当業者は、慣用的な実験法のみを使用して、本明細書で記載される実施形態および実施に対する多くの均等物を認識するか、または確認することができる。よって、本発明は、本明細書で開示される実施形態に限定されるべきではないが、法の下で許容されれば、可能な限り広く解釈されるべきである以下の請求項から理解されるべきであることが、理解される。
本明細書で使用される節の見出しは、構成目的に過ぎず、限定として解釈されるべきではない。出願人の教示は、種々の実施形態とともに記載されるが、出願人の教示が、このような実施形態に限定されることは意図されない。むしろ、出願人の教示は、当業者によって認識されるように、種々の代替、改変、および均等物を包含する。
Claims (18)
- サンプル中の全テストステロンを分析するための方法であって、前記方法は、
テストステロンと反応するタグ化試薬、
タンパク質を溶液から沈殿させる水性沈殿剤、
既知の濃度の同位体が富化されたテストステロンを含む内部標準溶液、および
サンプルテストステロンを含むかまたは含むと疑われるサンプル、
を合わせることによってサンプル溶液を作製する工程、
前記サンプル溶液を混合して、タンパク質を沈殿させ、存在する任意のテストステロンと前記タグ化試薬とを反応させて、沈殿物および反応した液体溶液の混合物を形成する工程、
前記沈殿物を前記反応した液体溶液から分離する工程、
前記反応した液体溶液を、タンデム質量分析法を使用して分析して、前記サンプルテストステロンを同定および/または定量する工程、
を包含する方法。 - 前記タンデム質量分析法を使用して前記分析する工程の前に、前記方法は、
前記反応した液体溶液を液体クロマトグラフィーカラムに導入して、前記反応した液体溶液中の化合物を分離する工程、および
前記分離した、反応した液体溶液を、分析用の前記タンデム質量分析計へと溶離する工程、
をさらに包含する、請求項1に記載の方法。 - 前記水性沈殿剤は、硫酸亜鉛を含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記沈殿物を前記分離する工程は、前記混合物を、フィルタープレートに含まれるフィルター媒体を通して濾過する工程、および前記反応した液体溶液を、濾液として収集プレートの中に集める工程を包含する、前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記分析する工程は、403.3/164.2または403.3/152.2のMRMトランジションを測定する工程を包含する、前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記分析する工程は、406.3/167.2または406.3/155.2のMRMトランジションを測定する工程を包含し、前記同位体が富化されたテストステロンは、2,3,4 13C3-テストステロンを含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
- 前記分析する工程は、403.3/164.2または403.3/152.2のMRMトランジションを測定する工程を包含する、請求項8に記載の方法。
- 前記分析する工程は、406.3/167.2または406.3/155.2のMRMトランジションを測定する工程を包含する、請求項8または請求項9に記載の方法。
- サンプル中の全テストステロンを分析するための方法であって、前記方法は、
a)フィルタープレートのウェルの中に、式:
b)前記ウェルに、キャリブレータ、コントロール、またはテストステロンを含むかもしくは含むと疑われる患者サンプルを添加する工程、
c)前記フィルタープレートを振盪して、混合を引き起こす工程、
d)遠心分離を使用することによって、前記フィルタープレートの前記ウェルからの内容物を、収集プレートの中へと濾過して、前記収集プレートの中で濾液を形成する工程、
e)前記濾液を、タンデム質量分析法を使用してテストステロンに関して分析する工程、
を包含する方法。 - 前記分析する工程は、403.3/164.2または403.3/152.2のMRMトランジションを測定する工程を包含する、請求項11に記載の方法。
- 前記分析する工程は、406.3/167.2または406.3/155.2の前記MRMトランジションを測定する工程を包含する、請求項11または12に記載の方法。
- 前記分析する工程の前に、前記方法は、
前記反応した液体溶液を液体クロマトグラフィーカラムに導入して、前記反応した液体溶液中の化合物を分離する工程、および
前記分離した、反応した液体溶液を、分析用の前記タンデム質量分析計へと溶離する工程、
をさらに包含する、請求項11,12、または13に記載の方法。 - 前記沈降反応溶液は、硫酸亜鉛を含む、請求項15に記載のキット。
- 前記キットは、前記タグ化試薬、沈降反応溶液の前記水性溶液、および前記同位体が富化されたテストステロンを含む、請求項15から16のいずれか1項に記載のキット。
- バイアル、またはウェルを含むプレートをさらに含む、請求項15~17のいずれか1項に記載のキット。
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