Espectrometría de masas - Qué es, elementos y usos en el laboratorio clínico

 

Introducción

En los √ļltimos a√Īos, la espectrometr√≠a de masas (EM) se ha incorporado a numerosos laboratorios cl√≠nicos, tanto de an√°lisis o de bioqu√≠mica cl√≠nica como de microbiolog√≠a. No obstante, el inicio de la tecnolog√≠a de la EM se remonta mucho tiempo atr√°s, de hecho, en el a√Īo 1922, se dio el primer Premio Nobel de EM al f√≠sico y qu√≠mico Francis William Aston, que consigui√≥ identificar numerosos is√≥topos no radioactivos con su espectr√≥metro de masas. Premio Nobel de EM al f√≠sico y qu√≠mico Francis William Aston

Con el paso del tiempo, se han producido avances tecnol√≥gicos que han permitido la obtenci√≥n de espectros de masas capaces de identificar y cuantificar metabolitos de manera adecuada. Pero, ¬Ņqu√© es un espectro de masas? ¬ŅEn qu√© consiste la espectrometr√≠a de masas?

Pese a que se utiliza en la gran mayoría de los laboratorios clínicos, la espectrometría de masas sigue siendo una de las grandes desconocidas para muchos profesionales. Por eso, a lo largo de este artículo, te daremos unas pinceladas sobre esta técnica y te contaremos en qué consiste, para qué sirve y algunos aspectos básicos sobre ella.

¬ŅQu√© es la espectrometr√≠a de masas?

La espectrometría de masas se define como una técnica analítica que permite estudiar diversos compuestos de la naturaleza, tanto orgánicos como inorgánicos o biológicos, así como obtener información cualitativa o cuantitativa.

Espectometría de masasMediante el análisis por espectrometría de masas, es posible obtener información de la masa molecular del compuesto analizado e información estructural del mismo. No obstante, también permita detectar su presencia y/o cuantificar su concentración.

El proceso en s√≠ tiene lugar en la fuente de ionizaci√≥n. Los iones generados son acelerados hacia un analizador y separados en funci√≥n de su relaci√≥n masa/carga mediante la aplicaci√≥n de campos el√©ctricos, magn√©ticos o determinando el tiempo de llegada a un detector. Cuando los iones llegan a este, producen una se√Īal el√©ctrica que se env√≠a al ordenador.

El registro que se obtiene se llama Espectro de masas y, en general, es una información bidimensional que representa un parámetro relacionado con la abundancia de los diferentes tipos de iones en función de la relación masa/carga de cada uno de ellos.

De esta forma, un espectrómetro de masas consta de tres elementos: la fuente de ionización, el analizador de masas y, finalmente, el detector. Una vez se consiguen los átomos o moléculas de una determinada muestra, se ionizan, separan y detectan en una fase gaseosa.

Elementos de la espectrometría de masas

Como hemos dicho anteriormente, los procesos que tienen lugar en un espectrómetro de masas son de naturaleza química. Por ello, la presencia y abundancia en el espectro de determinados tipos de iones será en función de la estructura química de cada compuesto.

Fuente de ionizaciónLa espectrometría de masas puede ofrecer una enorme cantidad de información sobre un compuesto determinado y, para ello, se divide en tres partes. La primera de ella es la fuente de ionización.

Hay dos fuentes básicas de ionización en la mayoría de los espectrómetros de masas: MALDI y ESI. La primera de ellas usa una matriz orgánica en la que se encuentra la muestra a analizar. Esta matriz capta la energía de un láser transfiriendo parte a las moléculas de la muestra, de forma que las ioniza.

Esa energía procede de la irradiación láser y desestructura la matriz, apareciendo una nube de iones que sale de esta como consecuencia de un campo eléctrico, en el que se aceleran por al carga que presenta. Así, posteriormente, se dirigen al analizador de masas y después al detector.

En ESI, por su parte, se utiliza un disolvente org√°nico en el que se disuelve la muestra a analizar, que pasa por un capilar met√°lico en cuyo extremo se le aplica un potencial y una presi√≥n de una atm√≥sfera. Cuando la muestra abandona el capilar, se produce una nube de gotas de reducido tama√Īo con elevada carga, originando iones en fase gaseosa al evaporarse el solvente.

La segunda parte del proceso es el analizador de masas. Lo cierto es que existen varios tipos de analizadores de masas, aunque, junto con el ionizador MALDI, el m√°s usado es el analizador TOF (tiempo de vuelo).

Analizador TOFEste analizador se fundamenta en las diferentes velocidades que adquieren los iones acelerados en el campo eléctrico. Dado que la energía cinética que se les aplica es la misma, la diferencia en la velocidad dependerá de la relación masa/carga y, con ello, el tiempo necesario para llegar al detector dependerá de esa ratio.

Otro analizador que se suele utilizar es el cuadrupolo. Consiste en cuatro barras alargadas, paralelas y conectadas eléctricamente entre sí. A estas barras se les aplica un determinado potencial de corriente continua y de radiofrecuencia. De esta forma, el ion, procedente de la fuente de ionización, atraviesa esta estructura para llegar al analizador y, al hacerlo, se puede modificar su trayectoria para una determinada combinación de potencial aplicado al cuadrupolo.

El detector es la √ļltima parte del espectr√≥metro de masas y, en √©l, se detectan y registran los iones que llegan. As√≠, como resultado de estos datos, se generan unos espectros de masas correspondientes a los √°tomos o mol√©culas ionizadas, que en el caso del TOF estar√°n relacionadas con el tiempo empleado en llegar a este elemento y, en el caso del analizador tipo cuadrupolo, depender√° del potencial cuadrupolar aplicado.

El sistema de introducción de muestras en el espectrómetro de masas

B√°sicamente, el espectr√≥metro de masas debe desempe√Īar las siguientes funciones:

  • Vaporizar substancias de volatilidades muy diferentes.
  • Originas iones a partir de las mol√©culas neutras en fase gaseosa.
  • Separar estos iones en funci√≥n de su relaci√≥n masa/carga.
  • Detectar los iones formados y registrar la informaci√≥n adecuadamente.

De esta forma, el espectr√≥metro consta de cuatro partes, m√°s o menos independientes: sistema de introducci√≥n de muestras, fuente de iones, analizador y sistema detector y registrador. Anteriormente ya hemos visto estos tres √ļltimos, as√≠ que en este apartado nos vamos a centrar en el sistema de introducci√≥n de muestras.

Normalmente, el principal factor limitante en la espectrometría de masas es la posibilidad de vaporización de la muestra. Como norma general, la condición necesaria para que se pueda obtener el espectro de un compuesto es que su presión de vapor sea igual o superior a 10 mm de mercurio, a una temperatura en la que la muestra no pirolice.

Cabe destacar que para poder realizar el espectro, no es necesario vaporizar toda la muestra, sino √ļnicamente la cantidad necesaria para alcanzar la presi√≥n indicada. De esta forma, hay tres m√©todos para la introducci√≥n de muestras:

Sistema de introducción de muestras en el espectrómetro de masas

Utilidades de la espectrometría de masas en el laboratorio clínico

El espectrómetro de masas es una técnica altamente utilizada en el análisis elemental de semiconductores, biosensores, cadenas poliméricas complejas, fármacos, productos de síntesis química, análisis forense, contaminación medioambiental, perfumes y todo tipo de analitos que sean susceptibles de pasar a fase vapor e ionizarse sin descomponerse.

Adem√°s, esta t√©cnica ofrece una serie de ventajas, como que permite tener resultados satisfactorios en poco tiempo, obtener resultados cualitativos y cuantitativos de una misma muestra y trabajar con todo tipo de mol√©culas, ya sean grandes o peque√Īas.

En el laboratorio clínico, lo cierto es que esta técnica tiene una gran variedad de utilidades. A continuación, vamos a ver algunas de ellas de forma resumida.

An√°lisis de muestras en un laboratorio

Cribado neonatal. Últimamente, se están abriendo posibilidades terapéuticas mediante la terapia génica, sustitución enzimática o trasplante de células hematopoyéticas. De ahí que la EM también se implemente en los laboratorios con la finalidad de formar parte del cribado neonatal.

Proteómica-metabolómica. Cuando una función biológica se ve afectada por un determinado factor, no hay una sola molécula afectada. Por ello, como reflejo de esa disfunción, se modificará una gran variedad de proteínas y metabolitos, sujetos de estudio por la proteómica y metabolómica. Generalmente, la EM se utiliza junto con la cromatografía líquida y permite ofrecer un perfil diferencial más preciso de los procesos fisiopatológicos.

Cuantificación de testosterona. Actualmente, se hacen determinaciones de testosterona de manera rutinaria en los laboratorios clínicos, ya sea con fines diagnósticos o seguimiento de pacientes con trastornos. Para estas determinaciones, se empezó usando el radioinmunoanálisis, aunque esta técnica ha sido desplaza por técnicas más adaptadas a la rutina de un laboratorio clínico, como la electro quimioluminiscencia o la quimioluminiscencia.

No obstante, algunos estudios evidencian limitaciones en estas técnicas y es ahí cuando la espectrometría de masas se extiende a esta área clínica, ya que puede ofrecer una mayor precisión a esos bajos niveles hormonales.

Monitorización de fármacos. Dentro de la monitorización de fármacos, el control de un tratamiento antimicrobiano es esencial. Esto se debe a que la disminución en la concentración por debajo de la mínima inhibitoria Despacho en un laboratorio clínicopuede suponer el fracaso en el tratamiento y un riesgo para la salud del paciente.

La espectrometría de masas acoplada a la cromatografía líquida de ultra alta resolución puede ser una herramienta en la rutina diaria de monitorización de fármacos en el laboratorio clínico.

Detección y cuantificación de tóxicos. En esta área, la EM permite detectar concentraciones muy bajas de tóxicos. Por ello, se utiliza para algunas intoxicaciones, como es el caso de la escopolamina, una droga altamente tóxica que presenta actividad antimuscarínica.

Detecci√≥n de enfermedad pulmonar obstructiva cr√≥nica (EPOC). La EPOC es una enfermedad respiratoria en la que hay una limitaci√≥n del flujo a√©reo. Uno de los factores de riesgo m√°s importantes es el tabaco, que genera un elevado n√ļmero de especies reactivas del ox√≠geno y radicales libres que conducen a un estr√©s oxidativo a nivel pulmonar.

La prueba de referencia es la espirometr√≠a, pero debido a la alta mortalidad de esta patolog√≠a y al alto grado de infradiagn√≥stico, la espectrometr√≠a de masas podr√≠a contribuir a la detecci√≥n de este tipo de pacientes, diferenci√°ndolos de los sanos. ¬ŅC√≥mo? Mediante la identificaci√≥n de los √°cidos org√°nicos vol√°tiles.

Imagen: Máster de Formación Permanente en Laboratorio Clínico y Diagnóstico Biomédico Acreditado: Universidad de Vitoria-Gasteiz
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