DETECTION OF CLENBUTEROL RESIDUES IN BOVINE LIVER, MUSCLE, RETINA AND URINE USING GAS-CHROMATOGRAPHY MASS-SPECTROMETRY

A gas chromatographic/mass spectrometric method is described for the detection of clenbuterol residues in liver, muscle, urine and retina. Tissue samples are first digested using protease and any clenbuterol present is extracted using a simple liquid/liquid extraction procedure. The dried extracts are then derivatized using methylboronic acid and the derivatives are subjected to gas chromatography/mass spectrometry on a magnetic sector instrument. The detection limit of the assay is 0.05 ng g-1 clenbuterol in liver, muscle or urine using a 10 g sample size, and 4 ng g-1 in retina using a 0.5 g sample size. The assay is made very specific by using selected ion monitoring of three ions at a resolution of 3500 and by ion ratio measurements. The precision and reproducibility of the assay are enhanced by the use of a deuterated internal standard, with a typical coefficient of variation of 3%.

Femtosecond lasers for mass spectrometry: Proposed application to catalytic hydrogenation of butadiene

Mass spectra from the interaction of intense, femtosecond laser pulses with 1,3-butadiene, 1-butene, and n-butane have been obtained. The proportion of the fragment ions produced as a function of intensity, pulse length, and wavelength was investigated. Potential mass spectrometry applications, for example in the analysis of catalytic reaction products, are discussed.

Profiling excretory/secretory proteins of Trichinella spiralis muscle larvae by two-dimensional gel electrophoresis and mass spectrometry

Infection of mammalian skeletal muscle with the intracellular parasite Trichinella spiralis results in profound alterations in the host cell and a realignment of host cell gene expression. The role of parasite excretory/secretory (E/S) products in mediating these effects is unknown, largely due to the difficulty in identifying and assigning function to individual proteins. In this study, we have used two-dimensional electrophoresis to analyse the profile of muscle larva excreted/secreted proteins and have coupled this to protein identification using MALDI-TOF mass spectrometry. Interpretation of the peptide mass fingerprint data has relied primarily on the interrogation of a custom-made Trichinella EST database and the NemaGene cluster database for T. spiralis. Our results suggest that this proteomic approach is a useful tool to study protein expression in Trichinella spp. and will contribute to the identification of excreted/secreted proteins.

Human aflatoxin albumin adducts quantitatively compared by ELISA, HPLC with fluorescence detection, and HPLC with isotope dilution mass spectrometry

Essential to the conduct of epidemiologic studies examining aflatoxin exposure and the risk of heptocellular carcinoma, impaired growth, and acute toxicity has been the development of quantitative biomarkers of exposure to aflatoxins, particularly aflatoxin B-1. In this study, identical serum sample sets were analyzed for aflatoxin-albumin adducts by ELISA, high-performance liquid chromatography (HPLC) with fluorescence detection (HPLC-f), and HPLC with isotope dilution mass spectrometry (IDMS). The human samples analyzed were from an acute aflatoxicosis outbreak in Kenya in 2004 (n = 102) and the measured values ranged from 0.018 to 67.0, nondetectable to 13.6, and 0.002 to 17.7 ng/mg albumin for the respective methods. The Deming regression slopes for the HPLC-f and ELISA concentrations as a function of the IDMS concentrations were 0.71 (r(2) = 0.95) and 3.3 (r(2) = 0.96), respectively. When the samples were classified as cases or controls, based on clinical diagnosis, all methods were predictive of outcome (P < 0.01). Further, to evaluate assay precision, duplicate samples were prepared at three levels by dilution of an exposed human sample and were analyzed on three separate days. Excluding one assay value by ELISA and one assay by HPLC-f, the overall relative SD were 8.7%, 10.5%, and 9.4% for IDMS, HPLC-f, and ELISA, respectively. IDMS was the most sensitive technique and HPLC-f was the least sensitive method. Overall, this study shows an excellent correlation between three independent methodologies conducted in different laboratories and supports the validation of these technologies for assessment of human exposure to this environmental toxin and carcinogen.

Determination of geographical origin of distillers dried grains and solubles using isotope ratio mass spectrometry

In recent years distillers dried grains and solubles (DDGS), co-products of the bio-ethanol and beverages industries, have become globally traded commodity for the animal feed sector. As such it is becoming increasingly important to be able to trace the geographical origin of commodities in case of a contamination incident or authenticity issue arise. In this study, 137 DDGS samples from a range of different geographical origins (China, USA, Canada and European Union) were collected and analyzed. Isotope ratio mass spectrometry (IRMS) was used to analyze the DDGS for ²H/¹H, ¹³C/¹²C, ¹⁵N/¹⁴N, ¹⁸O/¹⁶O and ³⁴S/³²S isotope ratios which can vary depending on geographical origin and processing. Univariate and multivariate statistical techniques were employed to investigate the feasibility of using the IRMS data to determine botanical and geographical origin of the DDGS. The results indicated that this commodity could be differentiated according to their place of origin by the analysis of stable isotopes of hydrogen, carbon, nitrogen and oxygen but not with sulfur. By adding data to the models produced in this study, potentially an isotope databank could be set up for traceability procedures for DDGS, similar to the one established already for wine which will help in feed and food security issues arising worldwide.

Detection of Tetrodotoxins in Puffer Fish by a Self-Assembled Monolayer-Based Immunoassay and Comparison with Surface Plasmon Resonance, LC-MS/MS, and Mouse Bioassay

The increasing occurrence of puffer fish containing tetrodotoxin (TTX) in the Mediterranean could represent a major food safety risk for European consumers and threaten the fishing industry. The work presented herein describes the development of a new enzyme linked immunosorbent assay (mELISA) based on the immobilization of TTX through dithiol monolayers self-assembled on maleimide plates, which provides an ordered and oriented antigen immobilization and favors the antigen-antibody affinity interaction. The mELISA was found to have a limit of detection (LOD) of TTX of 0.23 mg/kg of puffer fish matrix. The mELISA and a surface plasmon resonance (SPR) immunosensor previously developed were employed to establish the cross-reactivity factors (CRFs) of 5,6,11-trideoxy-TTX, 5,11-deoxy-TTX, 11-nor-TTX-6-ol, and 5,6,11-trideoxy-4-anhydro-TTX, as well as to determine TTX equivalent contents in puffer fish samples. Results obtained by both immunochemical tools were correlated (R(2) = 0.977). The puffer fish samples were also analyzed using liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS), and the corresponding CRFs were applied to the individual TTX contents. Results provided by the immunochemical tools, when compared with those obtained by LC-MS/MS, showed a good degree of correlation (R(2) = 0.991 and 0.979 for mELISA and SPR, respectively). The mouse bioassay (MBA) slightly overestimated the CRF adjusted TTX content of samples when compared with the data obtained from the other techniques. The mELISA has been demonstrated to be fit for the purpose for screening samples in monitoring programs and in research activities.

Wide-ranging alterations in the brain fatty acid complement of subjects with late Alzheimer’s disease as detected by GC-MS

Disturbed lipid metabolism is a well-established feature of human Alzheimer’s disease (AD). The present study used gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analysis of fatty acid methyl esters (FAMES) to profile all detectable fatty acid (FA) species present in post-mortem neocortical tissue (Brodmann 7 region). Quantitative targeted analysis was undertaken from 29 subjects (n=15 age-matched controls; n=14 late-stage AD). GC-MS analysis of FAMES detected a total of 24 FAs and of these, 20 were fully quantifiable. The results showed significant and wide ranging elevations in AD brain FA concentrations. A total of 9 FAs were elevated in AD with cis-13,16-docosenoic acid increased most (170%; P=0.033). Intriguingly, docosahexanoic acid (DHA; C22:6) concentrations were elevated (47%; P=0.018) which conflicts with the findings of others (unaltered or decreased) in some brain regions after the onset of AD. Furthermore, our results appear to indicate that subject gender influences brain FA levels in AD subjects (but not in age-matched control subjects). Among AD subjects 7 FA species were significantly higher in males than in females. These preliminary findings pinpoint FA disturbances as potentially important in the pathology of AD. Further work is required to determine if such changes are influenced by disease severity or different types of dementia.

A validated UPLC–MS/MS method for the surveillance of ten aquatic biotoxins in European brackish and freshwater systems

Over the past few decades, there has been an increased frequency and duration of cyanobacterial Harmful Algal Blooms (HABs) in freshwater systems globally. These can produce secondary metabolites called cyanotoxins, many of which are hepatotoxins, raising concerns about repeated exposure through ingestion of contaminated drinking water or food or through recreational activities such as bathing/ swimming. An ultra-performance liquid chromatography tandem mass spectrometry (UPLC–MS/MS) multi-toxin method has been developed and validated for freshwater cyanotoxins; microcystins-LR, -YR, -RR, -LA, -LY and -LF, nodularin, cylindrospermopsin, anatoxin-a and the marine diatom toxin domoic acid. Separation was achieved in around 9 min and dual SPE was incorporated providing detection limits of between 0.3 and 5.6 ng/L of original sample. Intra- and inter-day precision analysis showed relative
standard deviations (RSD) of 1.2–9.6% and 1.3–12.0% respectively. The method was applied to the analysis of aquatic samples (n = 206) from six European countries. The main class detected were the hepatotoxins; microcystin-YR (n = 22), cylindrospermopsin (n = 25), microcystin-RR (n = 17), microcystin-LR (n = 12), microcystin-LY (n = 1), microcystin-LF (n = 1) and nodularin (n = 5). For microcystins, the levels detected ranged from 0.001 to 1.51 mg/L, with two samples showing combined levels above the guideline set by the WHO of 1 mg/L for microcystin-LR. Several samples presented with multiple toxins indicating the potential for synergistic effects and possibly enhanced toxicity. This is the first published pan European survey of freshwater bodies for multiple biotoxins, including two identified for the first time; cylindrospermopsin in Ireland and nodularin in Germany, presenting further incentives for improved monitoring and development of strategies to mitigate human exposure.

Wide-ranging alterations in the brain fatty acid complement of subjects with late Alzheimer's disease as detected by GC-MS

Disturbed lipid metabolism is a well-established feature of human Alzheimer's disease (AD). The present study used gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analysis of fatty acid methyl esters (FAMES) to profile all detectable fatty acid (FA) species present in post-mortem neocortical tissue (Brodmann 7 region). Quantitative targeted analysis was undertaken from 29 subjects (n=15 age-matched controls; n=14 late-stage AD). GC-MS analysis of FAMES detected a total of 24 FAs and of these, 20 were fully quantifiable. The results showed significant and wide ranging elevations in AD brain FA concentrations. A total of 9 FAs were elevated in AD with cis-13,16-docosenoic acid increased most (170%; P=0.033). Intriguingly, docosahexanoic acid (DHA; C22:6) concentrations were elevated (47%; P=0.018) which conflicts with the findings of others (unaltered or decreased) in some brain regions after the onset of AD. Furthermore, our results appear to indicate that subject gender influences brain FA levels in AD subjects (but not in age-matched control subjects). Among AD subjects 7 FA species were significantly higher in males than in females. These preliminary findings pinpoint FA disturbances as potentially important in the pathology of AD. Further work is required to determine if such changes are influenced by disease severity or different types of dementia.

Novos derivados porfirínicos: síntese e potenciais aplicações em PDT

O trabalho apresentado nesta dissertação descreve estudos desenvolvidos segundo três metodologias para a funcionalização de meso-tetra-arilporfirinas; uma delas baseada na funcionalização com diazo compostos, outra na reacção de Suzuki-Miyaura e a terceira na reacção de metátese. O presente documento é composto por quatro partes distintas. Na primeira parte são feitas considerações gerais sobre propriedades e aplicações de macrociclos porfirínicos. Na segunda parte é apresentado o trabalho realizado na funcionalização de porfirinas com diazo compostos através de reacções de inserção com um catalisador de ródio(II). Este estudo envolveu a preparação de duas porfirinas com grupos O-H e N-H nas posições para dum substituinte meso-fenilo. Os estudos iniciaram-se com a reacção de 5-(4-hidroxifenil)-10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) com diazoacetato de etilo na presença de Rh2(OAc)4. Obteve-se o produto esperado de inserção com bons rendimentos. A reacção de 5-(4-aminofenil)- 10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) com esse diazo composto na presença de Rh2(OAc)4 mostrou um perfil diferente do da reacção com o outro porfirinato. Foram obtidos três produtos, a saber: produto de bis-inserção e dois outros contendo o grupo funcional amida. Este capítulo descreve ainda a síntese de glicoporfirinas e de glicoclorinas através de reacções de inserção e de ciclopropanação envolvendo, respectivamente, os complexos 5-(4-hidroxifenil)- 10,15,20-trifenilporfirinatozinco(II) e 5,10,15,20- tetraquis(pentafluorofenil)porfirinatozinco(II) com α-diazoacetatos com substituintes sacarídicos. Foram usados, como catalisadores, Rh2(OAc)4 e CuCl, respectivamente, na reacção de inserção e na de ciclopropanação. Tendo em vista a sua aplicação em PDT, os novos produtos foram descomplexados e a unidade glicosídica foi desprotegida. Estudos de geração de oxigénio singuleto mostraram que os compostos obtidos são bons geradores dessa espécie citotóxica. Foram também realizados estudos de avaliação da actividade fotodinâmica em células humanas tumorais HeLa e em células humanas saudáveis HaCaT. Estudos de viabilidade celular, após tratamento fotodinâmico, mostraram que as glicoclorinas são mais eficazes na fotoinactivação das células tumorais. Apenas o derivado da clorina com a unidade de galactose mostrou selectividade para a linha celular tumoral, inibindo o crescimento desta e não causando efeito significativo na linha celular saudável. Este fotossensibilizador não foi tóxico na ausência de luz e depois do tratamento fotodinâmico e em condições sub-letais, provocou vacuolização citoplasmática e retracção pronunciada nas células tumorais, enquanto que nas células saudáveis os danos sofridos foram escassos. Nos estudos de localização celular este fotossensibilizador localizou-se na membrana citoplasmática e nos lisossomas tanto nas células HeLa como nas HaCaT. Na terceira parte deste trabalho são descritos os resultados obtidos nos estudos de funcionalização de porfirinas através da reacção de Suzuki-Miyaura. O complexo 2-(4,4,5,5,-tetrametil-1,3,2-dioxaborolan-2-il)-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatozinco(II) foi o composto escolhido como reagente de partida. Usando a reacção de Suzuki foi possível sintetizar complexos β-bromoarilporfirínicos em bons rendimentos. Estes complexos foram sujeitos à reacção de Suzuki com pinacolborano, tendo sido possível obter os produtos de acoplamento esperados e ainda derivados diméricos de complexos porfirínicos ligados por unidades fenileno. Esta metodologia reacional, catalisada por paládio, permitiu ainda sintetizar novos derivados quinolona-porfirina através da reacção do complexo porfirínico β-borilado anteriormente referido com bromo-quinolonas Nsubstiuídas com grupos alquílicos e glicosídicos. Deste modo foram obtidos derivados quinolona-porfirina em bons rendimentos. Com vista a realizar estudos de potencial aplicação em PACT, foram hidrolisados os grupos éster da unidade de quinolona e clivados os grupos protectores das unidades glicosídicas desses derivados. No estudo por MS Tandem (MS/MS) foi possível verificar que os isómeros dos derivados quinolona-porfirina sofrem as mesmas vias de fragmentação, confirmando as suas estruturas análogas. Foi possível ainda distinguir os derivados em que a unidade de porfirina está ligada à quinolona através da posição C-6 da quinolona daqueles em que a unidade de porfirina está ligada à quinolona através da sua posição C-7. Os estudos de geração de oxigénio singuleto mostraram que as porfirinas β- substituídas com unidades de quinolona são melhores geradoras desta espécie citotóxica do que a tetrafenilporfirina e que a eficiência que têm em gerar essa espécie é afectada pela posição da ligação entre a porfirina e a quinolona, assim como com o tipo do N-substituinte da quinolona. As bases livres dos conjugados quinolona-porfirinatos foram testadas como fotossensibilizadores em PACT em células do parasita Leishmania Braziliensis, tendo-se observado que estes compostos têm capacidade para fotoinactivar este parasita. Na quarta parte deste trabalho são descritos os resultados dos estudos de funcionalização de porfirinas através da reacção de metátese com catalisador de Grubbs, visando a obtenção de novos macrociclos com grupos triazolilo. Verificouse que a eficiência da reacção de metátese cruzada entre 2-vinil-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatozinco(II) e 4-vinil-1,2,3-triazóis N-substituídos dependia das condições reaccionais e do triazol usado em cada caso. Foi possível ainda concluir que o impedimento estéreo das espécies envolvidas é um dos responsáveis pelo ciclo catalítico prosseguir por uma via secundária, originando uma espécie de ruténio pouco eficiente como catalisador. Este estudo foi estendido à reacção dos 4-vinil-1,2,3-triazois seleccionados com 2-butadienil-5,10,15,20- tetrafenilporfirinatoniquel(II); em cada caso foi possível obter uma mistura de isómeros dos derivados triazol-porfirina, geralmente em maiores rendimentos globais do que na reacção com 2-vinil-5,10,15,20-tetrafenilporfirinatozinco(II). Este facto será indicativo de que a reacção de metátase com esse derivado porfirínico segue, predominantemente, a via mais eficiente.

Espectrometria de massa de macrociclos e dos seus aductos com o ADN

O trabalho de investigação desenvolvido teve como objectivo o estudo por espectrometria de massa com ionização por electrospray de compostos tetrapirrólicos (porfirinas e corróis) e das suas interacções com G-quadruplexes (estruturas de ADN de ordem superior, ricas em guanina). A química em fase gasosa de porfirinas catiónicas e neutras, e de corróis, foi investigada, tendo-se verificado a ocorrência de processos inesperados que foram objecto de um estudo aprofundado: redução das porfirinas catiónicas durante o processo global de electrospray e formação, na câmara de colisões, de aductos dos corróis com moléculas de água, ambos os processos detectados no modo de iões positivos. A redução das porfirinas ocorre através da formação de agregados catião-anião-solvente e catião-solvente-anião e os diferentes tipos de agregados conduzem a diferentes espécies reduzidas. A formação de aductos com água, bem como de outros iões-diagnóstico, permitiu a diferenciação dos isómeros posicionais dos corróis. Este último grupo de compostos foi igualmente estudado no modo de iões negativos. A espectrometria de massa com ionização por electrospray no modo de iões negativos foi também usada no estudo de aductos quadruplex-porfirina. Foi observada a formação de aductos do tipo [Q + nNH4+ + Pp+ -(z+n+p)H+ ]z- (Q=quadruplex, P=porfirina, p=0,1,2,3,4) para todas as porfirinas seleccionadas. A caracterização destes aductos foi efectuada através das suas decomposições induzidas por colisões. Verificou-se que o número de cargas presente nas porfirinas é um factor muito importante na estabilidade dos aductos formados, que aumenta com o aumento do número de cargas. O tipo e tamanho dos grupos substituintes presentes na porfirina não mostraram ter uma influência significativa nos processos de fragmentação. Os resultados obtidos apontam para uma ligação externa porfirina - G-quadruplex, com as porfirinas empilhadas nas extremidades dos quadruplexes.