OPSI-CMS 应用案例 | “氢 or 氘？只需轻轻一碰，答案秒出。”

在药物研发中，准确解析未知化合物的结构至关重要。氘代交换（HDX）是一种通过追踪氢（H）被氘（D）替换来揭示分子中可交换氢原子数量的强大技术，能为结构确证提供关键线索。然而，传统的色谱-质谱联用 HDX 方法往往耗时且试剂消耗大。今天分享的案例展示了开放式采样端口-质谱联用（OPSI-CMS）如何革命性地实现快速、简便、低成本的氘代交换分析，显著提升结构解析效率！

应用痛点：传统 HDX 的局限

耗时长： 需要更换色谱系统的水相为 D₂O，平衡和运行色谱柱耗费时间。
成本高： 使用大量昂贵的氘代试剂（如 D₂O）。
步骤繁琐： 需要专门的色谱方法和系统配置。

解决方案：OPSI-CMS 闪亮登场

来自阿斯利康（AstraZeneca）的研究团队创新性地将 OPSI-CMS 技术应用于小分子药物的氘代交换研究。OPSI-CMS 是一种创新技术，其核心优势在于：

“即触即测”： 样品（固体或溶解在 D₂O 中的溶液）只需接触 OPSI 端口处的溶剂弯月面（通常使用乙腈+0.1%TFA）。
秒级响应： 样品瞬间溶解/稀释，并通过文丘里效应被快速吸入电喷雾离子源（ESI），在数秒内即可获得质谱图。
样品量少： 仅需微量样品。
无需复杂前处理： 省去了繁琐的色谱分离步骤。

实验设计 & 核心发现

研究者选取了5种具有不同数量可交换氢（1-5个）的标准药物分子（利血平、硝苯地平、普鲁卡因、红霉素、琥乙红霉素）进行 OPSI-MS 分析：

先将样品直接以固体形式或溶解在H₂O中用OPSI-MS分析，获得[M+H]⁺或[M+Na]⁺离子质谱图作为基线。
然后将样品溶解在D₂O中，静置几分钟（对于交换慢的样品可延长至过夜），再用OPSI-MS分析。
关键结果：OPSI-MS成功检测到了氘代的离子[M+D]⁺或[M+Na]⁺（钠加合物的质量位移+1 Da），其质量数的增加（Δm）对应了各分子理论上的可交换氢数（1, 1, 2, 5, 4个）。[M+D]⁺通常是谱图中的基峰。
优势体现：整个实验流程（溶解D₂O + 分析）可在5分钟甚至更短时间内完成！分析本身仅需约30秒。同时，D₂O用量极少，显著降低成本。

结论：在谱图中观察到了微弱的[M-1]⁺峰（如利血平明显），表明存在轻微的不全交换或反交换（氘被环境中的水氢重新替换）。但这不影响通过基峰准确判断可交换氢总数。在开放实验室环境中，尽量减少样品暴露于空气可减轻反交换。

图1: OPSI-CMS原理图

图2：利血平在固体状态下产生 m/z 609 的[M+H]+ 离子，使用 D2O 作为稀释剂时产生 m/z 611 的 [M+D]+ 离子，表明存在一个可交换氢原子。这与理论可交换氢原子数相符。

图3：硝苯地平在固体状态下产生 m/z 369 的 [M+Na]+ 离子，使用 D2O 作为稀释剂时产生 m/z 370 的 [M+Na]+ 离子，表明存在一个可交换氢原子。这与理论可交换氢原子数相符。

图4：普鲁卡因在固体状态下产生 m/z 237 的 [M+H]+ 离子，使用 D2O 作为稀释剂时产生 m/z 240 的 [M+D]+ 离子，表明存在两个可交换氢原子。这与理论可交换氢原子数相符。

图5：红霉素在固体状态下产生 m/z 734 的 [M+H]+ 离子，使用 D2O 作为稀释剂时产生 m/z 740 的 [M+D]+ 离子，表明存在五个可交换氢原子。这与理论可交换氢原子数相符。

图6：琥乙红霉素在固体状态下产生 m/z 862 的 [M+H]+ 离子，使用 D2O 作为稀释剂时产生 m/z 867 的 [M+D]+ 离子，表明存在四个可交换氢原子。这与理论可交换氢原子数相符。

应用价值 & 总结

OPSI-MS是快速HDX分析的理想工具：该方法能在5分钟内准确测定小分子药物中1-5个可交换氢原子的数量。
助力结构解析：获得的“可交换氢数量”信息是结构确证的关键拼图，可增强基于高分辨质谱和MS/MS数据推断未知物结构的可信度。
显著提升效率：相比传统色谱-HDX方法，节省大量时间（分钟级 vs 小时级）和昂贵的D₂O试剂。
操作简便：无需改动现有离子源，固体或液体样品直接上样，“即触即测”。

OPSI-MS 为药物化学家和质谱工作者提供了一把开启快速解析之门的钥匙。其简便、快速、低成本的氘代交换能力，将大大加速药物研发进程中关键信息的获取，助力更快的研发决策。这项来自阿斯利康的创新应用，展示了 OPSI-CMS 在解决实际分析挑战中的强大潜力！

参考文献：

Ray AD, Clemens G, Holman SW. Application of Open Port Sampling Interface–mass spectrometry (OPSI-MS) to deuterium exchange as an aid for structural elucidation. Rapid Commun Mass Spectrom. Accepted. doi: 10.1002/rcm.8536

关键词：

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