Orbitrap Astral全新质谱是赛默飞在2023年6月发布，其中的Astral是一个组合词，英文名称为Asymmetric Track Lossless （Astral） analyzer，代表着非对称、轨道、无损。Astral质量分析器是赛默飞15年研发的结晶，精心设计了每一个细节，每个组件都经过优化，性能更是达到前所未有的水平。Nature Biotechnology 刊发特别评述，认为这项技术对蛋白质组学领域产生了颠覆性的影响。更多关于Orbitrap Astral技术应用详见“伯远医学Astral DIA技术实现“筛选-验证”蛋白标志物一条龙服务”与“高分辨质谱仪Orbitrap Astral在蛋白质组学中的应用”。
可能做分析的专家都会了解质谱分析“不可能三角”，当研究者希望提高质谱扫描速度时往往需要牺牲质谱分析的分辨率和灵敏度，虽然扫描到足够多的化合物二级图谱，但是没有很好的分析精度，就逼迫研究者不得不再次利用灵敏度更高的三重四极杆质谱做二次验证，而其中人员成本，试剂成本，时间成本都是惊人的。而放弃扫描速度，希望对分析物的准确度做进一步提升，这样提高分辨率，从而对分析物数据准确度进行保障。这又在现在大队列研究的背景下给研究者提出非常大的挑战。Orbitrap Astral通过独立运行的Orbitrap Full Scan和Astral MS/MS，打破了质谱分析“不可能三角”，可以同时满足高分辨率Full Scan和更多高质量的二级图谱，减少了科研工作者在高分辨质谱和三重四极杆质谱间不断转换的苦恼，节省了大量时间和精力。Astral结合了Orbitrap的静电场，时间和空间离子聚焦功能，高达30米的离子传输轨道，自动增益控制AGC累积离子，高动态范围的双模检测器，以及超快的扫描速度，纳秒级脉冲离子检测等功能于一体，Astral必将是一款划时代的质量分析器。
一、超越了DDA和DIA的规范限制
DDA方法由于采用了较窄的m/z（通常为~1Da）窗口筛选目标离子减少了干扰离子的存在，因此可以为研究者提供较高质量的碎片信息。DDA具有较高的特异性，这是因为分离窗口较窄，但多肽检测覆盖能力较差。DIA因其高重复性、高覆盖率和良好的定量性能，已成为短梯度单次深度分析蛋白质组的首选方法；在DIA中，共洗脱的多肽离子在预定义的质量分离窗口中被共分离和碎裂，从而产生包含来自多个多肽的碎片离子的复杂谱图。科学家们曾经设想，有朝一日如果以DDA的技术实现DIA的分析，那么蛋白质组学的分析将更上一层楼。今天这个设想将可以在Orbitrap Astral上实现。Orbitrap Astral 的一级扫描采用Orbitrap，通常以24万的分辨率来进行，鉴于Astral 质量分析器200HZ的扫描速度，DIA的分析隔离窗口可以窄到2Th，从而提高选择性，提升定性定量的准确度，Orbitrap Astral质谱实现了这种“narrow-window data-independent acquisition （nDIA）”（窄窗口式数据非依赖性采集）的质谱技术，弥合了DDA和DIA的差异，旨在实现快速、可重复的全面蛋白质组定量分析。
二、具有超高通量
质谱检测高通量的需求近年来显著增长，这主要归因于技术进步以及单细胞蛋白组学、临床诊断、药物靶点预测等多个领域对质谱快速、高效分析技术的迫切需要。从赛默飞官网数据中Orbitrap Astral可以将单日检测通量提升至每天180个样品，这使得蛋白质组学在分析中的限速步骤不再是质谱的通量；每天180个样品通量意味着我们的单个样品总梯度为8min，实际分离梯度为5.5min，超短的梯度能提供超过8000个protein group的鉴定深度，一天可分析得到超145万个protein group。而如果使用略长的14.4min梯度，达到100SPD（单日检测样品量），可以得到单个样品9000个protein group的鉴定深度；而24min梯度60SPD，则可以得到单针超过10000个蛋白的鉴定；60min梯度就可以得到超过12000个蛋白的鉴定水平。超高的检测通量兼具鉴定深度，使得用户能更加游刃有余的根据其实验需求，在检测样品通量与样品鉴定深度之间寻求更好的平衡；更深的鉴定能力带来对于生物学功能的更深的认知，我们期待着全新一代Orbitrap Astral质谱仪带给我们更有趣的生物学发现。
三、具有更深的蛋白质组学覆盖度
丹麦哥本哈根大学Ulises H. Guzman在国际顶尖期刊Nature Biotechnology（IF 46.9）在线发表了关于Orbitrap Astral质谱在蛋白组学上检测结果“Ultra-fast label-free quantification and comprehensive proteome coverage with narrow-window data-independent acquisition”，选用酵母细胞和HEK293细胞在不同方法下对蛋白质组学覆盖能力进行研究。
利用nDIA （2-Th）分析不同LC梯度下的酵母细胞，从5分钟LC梯度（180SPD）到96SPD（15分钟梯度），实现了几乎完全的酵母蛋白质组覆盖（约4500个蛋白质），比以前的报道快10倍，并保持了高定量重复性。相比之下，人类细胞蛋白质组由超过12000个蛋白编码基因，且具有高动态范围，需要延长质谱测量时间以全面覆盖。为了评估nDIA（2-Th）获得的人类蛋白质组覆盖率和灵敏度，我们在60分钟LC梯度下测量了HEK293细胞（从100ng到2000ng）。上样2μg HEK293蛋白消化液平均可以鉴定到有9879个蛋白质和159627个独特肽（164216个修饰肽），但仅100ng就可以覆盖了88%的蛋白质，也同样反应了Orbitrap Astral质谱在痕量样本上面检测优越性能。
四、具有更高灵敏度、精确度
如今单细胞组学快速走进了人们的视野，要进行更深度、更高通量的单细胞蛋白质组学，对质谱的灵敏度提出了更高的要求。而全新的Orbitrap Astral质谱仪，可以以极高的速率进行高动态范围的检测，同时兼具超高的灵敏度。在赛默飞公司的单细胞蛋白质组学的检测数据中，全新的Orbitrap Astral质谱以80个SPD的检测通量（18min梯度单针运行时间）即可得到超过5000个蛋白的鉴定水平。这表明，使用全新的Orbitrap Astral质谱仪可以在检测通量翻倍的同时，得到更高的蛋白鉴定能力，从而为单细胞蛋白质组学树立了新的标准。
Ulises H.Guzman等人使用Orbitrap Astral对细胞样品进行分析，将Orbitrap Astral质谱仪的蛋白质组覆盖率、定量准确度和精度与Orbitrap Exploris 480质谱仪的DIA进行比较。Orbitrap Astral质谱仪在分析800ng HEK细胞裂解液时，与Orbitrap Exploris 480 MS仪在45min LC梯度下相比，在28min LC梯度下鉴定出超过2倍proteins和3.5倍的peptide。值得注意的是，Orbitrap Astral质谱仪显示出更高的技术重复性，大约90%的蛋白质变异系数CV < 20%，缺失值较少(约3%)。此外，与Orbitrap Exploris 480 MS仪器相比，Astral分析仪的MS/MS蛋白定量结果显示出更高的准确度和更低的标准偏差。
最后，Orbitrap Astral已正式落地伯远生物实验室，目前已运行稳定，可随时开展实验。伯远医学全新划时代的蛋白质组学工作平台——Orbitrap Astral，为您的蛋白质组学研究提供更加高效、精准的检测服务。蛋白质组学检测送样标准请详见“伯远医学蛋白质组学实验室收样指南”。
参考文献
Guzman U H, Martinez-Val A, Ye Z, et al. Ultra-fast label-free quantification and comprehensive proteome coverage with narrow-window data-independent acquisition[J]. Nature Biotechnology, 2024: 1-12.
Kuster B, Tüshaus J, Bayer F P. A new mass analyzer shakes up the proteomics field[J]. Nature Biotechnology, 2024: 1-2.
