La caracterización química completa de las biomoléculas es clave para comprender sus propiedades biológicas y funcionales subyacentes. Con este fin, las ciencias “ómicas” se han desarrollado en los últimos años, con el objetivo de la caracterización a gran escala de estructuras químicas en concentraciones biológicas. En proteómica y metabolómica, la EM se ha convertido en una herramienta central para desentrañar la heterogeneidad estructural que se encuentra en los medios biológicos, especialmente gracias a su sensibilidad y capacidad para proporcionar información estructural a través de la EM en tándem (EM / EM). En las estrategias de EM/EM, un ion se selecciona de acuerdo con su masa, luego se fragmenta y, finalmente, se adquieren las masas de sus fragmentos para establecer una huella digital de la molécula. Los espectros MS/MS pueden, en particular, utilizarse para hacer coincidir bases de datos espectrales1,2, o reconstruir tentativamente las estructuras ^madre3,4. Bajo el supuesto de que espectros similares pertenecen a compuestos similares, los datos de MS/MS también se pueden utilizar para construir redes moleculares (MNs) que conecten especies relacionadas a través de una puntuación de ^similitud5,6.

Sin embargo, debido a la propiedad inherente de la EM de detectar la relación masa-carga (m/z) de los iones, la técnica es ciega a una serie de características estructurales que caen dentro del rango del (estereo)isomerismo. Por ejemplo, los carbohidratos están hechos de varias subunidades de monosacáridos, muchas de las cuales son estereoisómeros o incluso epímeros (por ejemplo, Glc vs. Gal o Glc vs. Man). Estas subunidades están unidas por enlaces glicosídicos, que pueden diferir por la posición del enlace (regioisomerismo) y la configuración estérica del carbono anomérico (anomerismo). Estas características dificultan que la EM independiente distinga entre isómeros de ^{carbohidratos7}, y solo el regioisomerismo puede abordarse utilizando métodos de activación de alta energía8,9,10. Aunque la derivatización es una opción para interrumpir la equivalencia de los grupos estereoisoméricos11, requiere una extensa preparación de la muestra. Otra opción más sencilla es acoplar la EM con una dimensión analítica sensible al isomerismo, como la IMS.

Debido a que este protocolo está diseñado para usuarios que ya están familiarizados con los conceptos básicos de IMS, y debido a que las revisiones detalladas están disponibles en otros ^lugares12,13, solo se ofrece aquí una breve descripción de los principios de IMS. IMS es un método de separación en fase gaseosa que se basa en la interacción de iones con un gas tampón y un campo eléctrico, separando en última instancia los iones de acuerdo con sus conformaciones en fase gaseosa. Se pueden encontrar diferentes principios de IMS acoplados a MS en instrumentos comerciales: algunos operan en campos eléctricos altos y bajos alternantes (IMS asimétrico de campo, FAIMS), mientras que la mayoría opera dentro del límite de campo bajo, especialmente IMS de tubo de deriva (DTIMS, campo eléctrico linealmente decreciente), IMS de onda viajera (TWIMS, ondas de potencial simétricas) e IMS atrapado (TIMS, alto flujo de iones de captura de gas amortiguador contra campos eléctricos)¹³ . Los métodos de campo bajo permiten el acceso a un llamado CCS, una propiedad del par ion-gas que representa la superficie (en ^Å2 o ^nm2) del ion que interactúa con el gas tampón durante la separación. La CAC es teóricamente independiente del instrumento y, por lo tanto, es útil para generar datos que pueden reproducirse entre diferentes ^{laboratorios14}. Las separaciones de movilidad iónica pueden verse afectadas por varios parámetros y, en particular, por las fluctuaciones de la presión del gas y la temperatura del gas en la celda de movilidad. La calibración CCS es una forma de remediar esto, ya que tanto el calibrante como las especies de interés se verán afectados de manera ^similar13. Sin embargo, es obligatorio instalar el instrumento en una habitación con temperatura controlada y tener un sistema de control de presión de gas confiable.

Una evolución interesante de IMS es IMS/IMS, que fue introducido por primera vez en 2006 por el grupo de Clemmer como un análogo de MS/^MS15,16. En IMS/IMS, un ion de interés se aísla selectivamente en función de su movilidad iónica; luego se activa (hasta una posible fragmentación), y se realiza un nuevo análisis IMS del ion o fragmentos activados. En el primer diseño instrumental, se colocaron dos células IMS en serie, separadas por un embudo iónico donde se encontraba la activación. Desde entonces, aunque se propusieron varias configuraciones IMS / IMS (para una revisión, consulte Eldrid y ^{Thalassinos17}), el primer espectrómetro de masas comercial con capacidad IMS / IMS solo estuvo disponible en 201918. Este instrumento mejoró sustancialmente el concepto inicial combinándolo con otro avance tecnológico: un diseño cíclico de la célula IMS.

La célula IMS cíclica teóricamente permite aumentar casi infinitamente la longitud de la trayectoria de deriva y, por lo tanto, el poder de resolución del ^{instrumento19}. Esto se logró por medio de una geometría de instrumento particular, donde la celda cíclica TWIMS se coloca ortogonalmente al eje óptico iónico principal. Una región de matriz multifunción en la entrada de la celda IMS permite controlar la dirección de la ruta iónica: (i) enviar iones hacia los lados para la separación IMS, (ii) hacia adelante para la detección de MS, o (iii) hacia atrás desde la celda IMS para ser almacenada en una celda de prearray. A partir de esta célula de almacenamiento previo al inicio, se pueden activar los iones y reinyectar los fragmentos en la célula IMS para la medición de la movilidad iónica, un enfoque que se ha utilizado con éxito para caracterizar estereoisómeros20. En última instancia, los datos recopilados contienen movilidad iónica e información m/z para el precursor y sus fragmentos.

En una publicación reciente que utilizó este diseño cíclico para análisis de glicanos (Ollivier et ^al.21), demostramos que el perfil de movilidad de los fragmentos contenidos en dichos datos IMS/IMS actúa como una huella dactilar de una biomolécula que puede ser utilizada en una estrategia de redes moleculares. La red resultante, llamada IM-MN, condujo a la organización de conjuntos de datos glucómicos de una manera estructuralmente relevante, mientras que la red construida únicamente a partir de datos de MS / MS (MS-MN) reveló poca información. Para complementar esta publicación y ayudar a los usuarios de Cyclic IMS a implementar este flujo de trabajo, este protocolo proporciona una descripción completa del protocolo utilizado para recopilar los datos. Este protocolo se centra únicamente en la generación de los datos IMS/IMS que los usuarios pueden utilizar para construir redes IM-MN (véase ²¹), o para cualquier otra aplicación de su elección. La construcción de IM-MN no se considerará en este documento, ya que los protocolos para redes moleculares ya están ^{disponibles22}. Se destacan los puntos cruciales que deben seguirse para generar adquisiciones IMS/IMS valiosas y reproducibles. Tomando el ejemplo de uno de los oligosacáridos estudiados por Ollivier et al. ²¹, se detallan los siguientes pasos: (i) preparación de la muestra, (ii) ajuste del instrumento Cyclic IMS, (iii) selección automática de picos de los datos y (iv) calibración CCS.