Lipidomic analysis using the coupling of separation techniques and mass spectrometry

Studium živých organismů bylo vždy zájmem vědeckých oborů a v dnešní době tomu není jinak. S moderními přístupy se otevírají nové možnosti, což souvisí i se značným rozmachem tzv. "omics" metod, kam patří například genomika, proteomika, metabolomika nebo glykomika. Lipidomika je nejmladším podoborem metabolomiky a zaměřuje se na analýzu lipidů v živých organismech. Lipidy jsou rozsáhlou skupinou přírodních látek, které jsou obsaženy v rostlinách, houbách, bakteriích nebo v těle živočichů, kde plní životně důležité funkce. Hmotnostní spektrometrie je nejpoužívanější technikou v kvalitativní i kvantitativní analýze lipidů. V teoretické části této práce jsou popsány základní poznatky o lipidech, současné názvosloví a biologické funkce v živých organismech. Současně je vysvětlena lipidomická analýza od přípravy vzorků až po nástroje využívané ke zpracování naměřených dat. Zvláštní pozornost je věnována principům chromatografických technik a využití jejich spojení s hmotnostní spektrometrií v lipidomické analýze, kdy jsou kromě výhod a limitací shrnuty také zásady pro kvalitativní a kvantitativní analýzu. Literární rešerše poté ukazuje potenciál lipidů pro diagnostiku různých typů onemocnění a přínos derivatizačních postupů v lipidomické analýze. V experimentální části je diskutován vývoj nových metod pro analýzu lipidů v tělních tekutinách s využitím spojení chromatografických technik a hmotnostní spektrometrie. V této práci jsou použity dva přístupy využívané v lipidomické analýze, separace lipidů dle lipidových druhů pomocí kapalinové chromatografie s obrácenými fázemi a separace dle lipidových tříd pomocí hydrofilní interakční chromatografie a superkritické fluidní chromatografie. Separace lipidů dle lipidových druhů je aplikována pro kvalitativní popis lidské plazmy s využitím klasického i derivatizačního přístupu, naopak metody založené na separaci dle lipidových tříd jsou využity pro kvantitativní analýzu velkého množství vzorků a pomocí statistických nástrojů jsou porovnávány lipidové profily zdravých jedinců a pacientů s diagnostikovanou rakovinou.The living organisms have always been studied by scientific disciplines, and it is also valid at the present time. New modern approaches open new possibilities, which relates to the considerable expansion of "omics" methods including genomics, proteomics, metabolomics, or glycomics. Lipidomics is the youngest subgroup of metabolomics focusing on the analysis of lipids in living organisms. Lipids are a large group of natural substances, which are contained in plants, fungi, bacteria, or in the body of animals, where they are responsible for essential life functions. Mass spectrometry is the most widely used technique in the qualitative and quantitative analysis of lipids. The theoretical part of this thesis describes the basic knowledge about lipids, systematic nomenclature, and biological functions in living organisms. At the same time, the lipidomic analysis is described from sample preparation to data processing. A special attention is paid to the principles of chromatographic techniques associated with mass spectrometry for lipidomic analysis, and advantages, disadvantages, and principles of qualitative and quantitative analysis are summarized. The review shows the potential of lipids for the diagnosis of various types of diseases and the benefits of derivatization procedures in lipidomic analysis. The experimental part deals with the development of new methods for the analysis of lipids in body fluids by chromatographic techniques coupled with mass spectrometry. Lipidomic analysis follows two chromatographic approaches in this thesis, lipid species separation is achieved by reversed-phase liquid chromatography and lipid class separation by hydrophilic interaction chromatography and supercritical fluid chromatography. Lipid species separation is used for the qualitative analysis of human plasma by nonderivatization and derivatization approaches. On the other hand, the lipid class separation is used for the quantitative analysis of a large number of samples, and statistical tools are used to compare lipid profiles of healthy volunteers and cancer patients.Fakulta chemicko-technologickáDokončená práce s úspěšnou obhajobo