POCT质谱应用速递 | 悉尼大学研究团队应用微型质谱仪实现氯氮平及其代谢物去甲氯氮平的即时定量分析
近日，悉尼大学John F. O’Sullivan教授团队联合清华大学、深圳市宝安纯中医治疗医院、南昌大学第一附属医院及清谱科技等单位，在Pharmaceuticals上发表题为“Rapid On-Demand Point-of-Care Monitoring of Clozapine and Its Metabolite Norclozapine Using Miniature Mass Spectrometry”的研究论文。该研究基于清谱科技的微型质谱平台，开发了一种适用于现场即时检测氯氮平及其代谢物去甲氯氮平血药浓度的高效方法。该方法仅需微量血浆、全血或干血斑样本，在4 min内即可完成准确定量分析，为治疗难治性精神分裂症(TRS)的个体化用药提供了快速、可靠的监测工具。
研究背景
氯氮平是治疗难治性精神分裂症的“金标准”药物，自20世纪60年代临床应用以来，凭借其在难治性病例中的独特疗效获得广泛认可。然而，其临床应用面临多重挑战：治疗窗狭窄(稳态血药浓度范围为350–600 ng/mL)、代谢过程复杂且个体差异大，并可引发粒细胞缺乏症、心肌炎、代谢异常及癫痫等严重不良反应。因此，治疗期间需频繁监测血药浓度。
目前，氯氮平的治疗药物浓度监测(TDM)主要依赖传统液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)。该方法存在样本前处理复杂、仪器庞大、检测周期长及成本高等局限。在多数地区，从采样至获取报告通常耗时数天，严重制约了临床实时决策。此外，样本在运输与储存过程中易发生降解，进一步影响结果准确性。在剂量调整、依从性判断、中毒急救等时效性要求高的场景中，现有监测能力的不足尤为突出，直接影响患者的治疗安全与疗效。因此，临床实践对快速、床旁的检测新技术有着迫切需求；微型质谱作为一种前景广阔的解决方案，展现出巨大的临床转化潜力。
研究方法
样本前处理根据样本类型分别进行。
血浆样本处理流程：取20 μL血浆，加入内标及目标分析物后，使用乙腈进行一步蛋白沉淀并定容至100 μL，经涡旋、离心后，取上清液备用。
全血样本处理流程：取5 μL全血，加入内标及提取缓冲液(含5 mM甲酸铵、0.1%甲酸、98%乙腈水溶液)至总体积105 μL，涡旋、离心后取上清液直接进样。
干血斑样本处理流程：将5 μL含目标分析物的全血直接点样于微管纸喷雾(PCS)试剂盒(清谱科技)，37℃干燥1 min，再用含内标的100 μL提取缓冲液进行洗脱。
质谱分析流程如下：将加样后的PCS试剂盒(清谱科技)插入微型质谱仪(清谱科技)的进样口。仪器在正离子模式下，采用3.8–4.5 kV喷雾电压进行电离，通过多反应监测模式检测氯氮平(m/z 327→270)、去甲氯氮平(m/z 313→270)及内标氯氮平-D₄(m/z 331→272)的特征离子对。
整个分析流程可在4 min内完成，实现了对目标物的快速、准确定量。
研究结果
分析方法构建与质谱确认
研究首先通过微型质谱系统对氯氮平、去甲氯氮平及内标氯氮平-D₄的前体离子和特征产物离子进行质谱扫描。结果表明，在正离子模式下，目标分析物与内标所选取的定量离子对，与常规LC-MS/MS系统的检测结果一致，证明了微型质谱平台能够准确识别目标分析物。随后，在10–1000 ng/mL的浓度范围内建立了校准曲线。该方法在血浆、全血和干血斑三种基质中均表现出良好的线性关系，R²值介于0.9842至0.9991之间，证实了其在治疗相关浓度范围内具备可靠的定量基础。
图1. 常规LC-MS/MS与微型质谱获得的氯氮平及去甲氯氮平MS/MS谱图对比
图2. 微型质谱快速分析人血浆中氯氮平与去甲氯氮平
图3. 微型质谱快速分析人全血与干血斑中氯氮平与去甲氯氮平
不同基质中的方法学验证
本研究在血浆、全血与干血斑中系统评估了方法的灵敏度、精密度与准确度。血浆样本经一步蛋白沉淀后基质干扰较小，信噪比高；全血样本虽存在一定化学噪声，但不影响目标离子的识别与积分；干血斑样本灵敏度虽略有下降，但仍保持良好的线性关系。定量下限在血浆和全血中为10 ng/mL，干血斑中为41.7 ng/mL。精密度与准确度结果显示，多数浓度水平下，日内与日间变异系数低于15%，准确度范围为85%–117%，符合治疗药物监测的技术要求。
表1. 基于微型质谱技术的氯氮平与去甲氯氮平分析方法学验证：血浆、全血及干血斑样本的精密度与准确度
临床样本比对与一致性分析
为系统评估该方法的临床适用性，研究通过两个独立临床队列进行了验证。清华大学实验室对25例患者血样的分析显示，微型质谱与传统LC-MS/MS具有高度一致性：氯氮平与去甲氯氮平的相关系数分别达0.998与0.996，Bland–Altman分析显示偏差均在临床可接受范围内。其中一例样本在两种平台中均未被检出，提示可能存在用药依从性问题。
在跨中心验证中，研究分析了来自新南威尔士州健康病理学实验室(NSWHP)的30例患者血清样本。这些样本先由NSWHP采用常规LC-MS/MS检测，经伦理审批后，三周后在悉尼大学实验室使用微型质谱复测。尽管存在样本储存与前处理流程差异等因素，两种方法的相关性仍保持在0.97以上，证明了该系统具备良好的跨平台稳健性，也提示方法标准化是推动临床应用的关键环节。
图4. 临床样本中氯氮平及去甲氯氮平浓度对比：常规LC-MS/MS与微型质谱
研究结论
该研究成功开发并验证了一种基于微型质谱的床旁检测方案，为克服氯氮平治疗监测难题提供了创新解决方案。该平台支持血浆、全血和干血斑多种样本基质，可在约4 min内完成氯氮平及去甲氯氮平的快速、准确定量。方法学验证证实，其在治疗范围内线性稳健、精密度良好，并与常规LC-MS/MS方法高度一致。该研究充分展现了微型质谱推动治疗药物浓度监测模式变革的潜力。未来工作将聚焦于大规模临床验证、流程自动化与系统集成，以加速其临床应用。此外，该平台技术亦可扩展至其他抗精神病药及治疗窗狭窄的药物监测，展现出广阔的临床转化前景。