Полная химическая характеристика биомолекул является ключом к пониманию их основных биологических и функциональных свойств. С этой целью в последние годы развиваются «омические» науки, нацеленные на широкомасштабную характеристику химических структур в биологических концентрациях. В протеомике и метаболомике РС стал основным инструментом для разгадки структурной гетерогенности, обнаруженной в биологических средах, особенно благодаря его чувствительности и способности предоставлять структурную информацию через тандемный РС (РС / МС). В стратегиях MS / MS ион выбирается в соответствии с его массой, затем фрагментируется, и, наконец, массы его фрагментов приобретаются, чтобы установить отпечаток молекулы. Спектры MS/MS могут, в частности, использоваться для сопоставления спектральных баз ^{данных1,2} или предварительной реконструкции родительских ^{структур3,4}. Исходя из предположения, что сходные спектры принадлежат аналогичным соединениям, данные MS/MS также могут быть использованы для построения молекулярных сетей (MNs), соединяющих родственные виды через оценку ^{сходства5,6}.

Однако из-за присущего МС свойства обнаруживать отношение массы к заряду (m/z) ионов, методика слепа к ряду структурных особенностей, которые попадают в диапазон (стерео)изомерии. Например, углеводы состоят из нескольких моносахаридных субъединиц, многие из которых являются стереоизомерами или даже эпимерами (например, Glc против Gal или Glc против Man). Эти субъединицы связаны гликозидными связями, которые могут отличаться положением связи (региоизомеризм) и стерической конфигурацией аномерного углерода (аномеризм). Эти характеристики затрудняют для автономного рассеянного склероза различение изомеров ^{углеводов7}, и только региоизомеризм может быть устранен с использованием высокоэнергетических методов активации8,9,10. Хотя дериватизация является вариантом нарушения эквивалентности стереоизомерных ^групп11, она требует обширной пробоподготовки. Другим, более простым вариантом является соединение MS с аналитическим измерением, чувствительным к изомерии, таким как IMS.

Поскольку этот протокол предназначен для пользователей, которые уже знакомы с основными концепциями IMS, и поскольку подробные обзоры доступны в других ^{местах12,13}, здесь приведен только краткий обзор принципов IMS. IMS – это метод разделения газовой фазы, который опирается на взаимодействие ионов с буферным газом и электрическим полем, в конечном итоге разделяя ионы в соответствии с их газофазными конформациями. Различные принципы IMS в сочетании с MS можно найти на коммерческих приборах: некоторые работают при переменных высоких и низких электрических полях (асимметричные поля IMS, FAIMS), в то время как большинство работают в пределах предела низкого поля, в частности дрейфующая трубка IMS (DTIMS, линейно уменьшающееся электрическое поле), бегущая волна IMS (TWIMS, симметричные потенциальные волны) и захваченные IMS (TIMS, высокий поток буферных газов, улавливающих ионы против электрических полей)¹³ . Низкопольные методы обеспечивают доступ к так называемому CCS, свойству пары ион-газ, которая представляет поверхность (в ^Å2 или ^нм2) иона, который взаимодействует с буферным газом во время разделения. CCS теоретически не зависит от приборов и, таким образом, полезен для получения данных, которые могут быть воспроизведены между различными ^{лабораториями14}. На разделение подвижности ионов могут влиять различные параметры и, в частности, колебания давления газа и температуры газа в ячейке подвижности. Калибровка CCS является способом исправить это, поскольку как калибрант, так и интересующие виды будут затронуты аналогичным ^{образом13}. Тем не менее, обязательно установить прибор в помещении с контролируемой температурой и иметь надежную систему контроля давления газа.

Интересной эволюцией IMS является IMS/IMS, которая была впервые представлена в 2006 году группой Клеммера как аналог MS/^MS15,16. В IMS/IMS ион, представляющий интерес, выборочно изолируется на основе его подвижности ионов; затем он активируется (до возможной фрагментации) и выполняется новый анализ IMS активированного иона или фрагментов. В первой инструментальной конструкции две ячейки IMS были помещены последовательно, разделенные ионной воронкой, где стояла активация. С тех пор, хотя был предложен ряд установок IMS / IMS (для обзора см. Eldrid и Thalassinos17), первый коммерческий масс-спектрометр с возможностью IMS / IMS стал доступен только в 201918 ^году. Этот инструмент существенно улучшил первоначальную концепцию, объединив ее с другим технологическим прорывом: циклической конструкцией ячейки IMS.

Циклическая ячейка IMS теоретически позволяет почти бесконечно увеличивать длину дрейфующего пути и, таким образом, разрешающую способность ^{прибора19}. Это было достигнуто с помощью определенной геометрии прибора, где циклическая ячейка TWIMS размещена ортогонально к основной оптической оси ионов. Многофункциональная область массива на входе в ячейку IMS позволяет контролировать направление ионного пути: (i) отправлять ионы вбок для разделения IMS, (ii) вперед для обнаружения MS или (iii) назад от ячейки IMS для хранения в ячейке prearray. Из этой ячейки предварительного хранилища ионы могут быть активированы, а фрагменты повторно введены в ячейку IMS для измерения подвижности ионов, подход, который был успешно использован для характеристики ^{стереоизомеров20}. В конечном счете, собранные данные содержат информацию о подвижности ионов и m/z для предшественника и его фрагментов.

В недавней публикации, которая использовала этот циклический дизайн для анализа гликанов (Ollivier et ^al.21), мы показали, что профиль подвижности фрагментов, содержащихся в таких данных IMS / IMS, действует как отпечаток биомолекулы, который может быть использован в стратегии молекулярной сети. Полученная сеть, называемая IM-MN, привела к организации наборов данных гликомики структурно значимым образом, тогда как сеть, построенная исключительно из данных MS / MS (MS-MN), выявила мало информации. Чтобы дополнить эту публикацию и помочь пользователям Cyclic IMS реализовать этот рабочий процесс, этот протокол предоставляет полное описание протокола, используемого для сбора данных. Этот протокол фокусируется только на генерации данных IMS/IMS, которые пользователи могут затем использовать для построения сетей IM-MN (см. ²¹) или для любого другого приложения по своему выбору. Построение IM-MN не будет рассматриваться в настоящем документе, так как протоколы для молекулярных сетей уже ^{доступны22}. Подчеркиваются важнейшие моменты, которые необходимо соблюдать для получения ценных и воспроизводимых приобретений СУИ/СУИ. Возьмем пример одного из олигосахаридов, изученных Ollivier et al. ^{На фиг.21} подробно описаны следующие этапы: i) подготовка проб, ii) настройка прибора циклической ИСМ, iii) автоматический пиковый отбор данных и iv) калибровка УХУ.