Préparation, stockage et transport des échantillons de métabolomique

Lignes directrices pour le prélèvement et le stockage des échantillons de métabolomique

Sample collection is the first execution step in any metabolomics study. The importance of a robust sampling procedure cannot be understated. Improper collection protocols or the use of inappropriate collection devices can adversely impact instrumentation outputs and the resulting metabolomes.² Researchers also study many kinds of clinical and environmental specimens, each of which contains diverse chemical components and matrices. Thus, the type of sample being studied plays the biggest role in determining appropriate collection and processing procedures. Here are some important considerations as you prepare your collection procedures:

• Some sample types can change form. Blood samples are prone to coagulation, a process that prevents excess blood loss by changing it into a solid or semi-solid state. While serum samples are obtained after coagulation, plasma collection requires an anticoagulant such as ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) to be added.³ Doing so retains plasma in its liquid form for processing.
• There can be a delay before freezing samples. A delay between sample collection and processing is common, which can impact metabolomes. In some cases, sample collection methods allow for room temperature storage. Utilizing the validated OMNIMet™•GUT tubes is one way to enable room temperature storage of human fecal samples prior to processing which preserves the metabolomic profile.⁴ For most other sample types, freezing is more appropriate for storage and should be done as soon as possible after collection.⁵
• Ensure that freeze-thaw cycles are minimized. While freezing samples is the gold standard for preserving metabolomes, freeze-thaw cycles are incredibly damaging to the metabolome.⁶ If possible, samples should be homogenized and aliquoted to avoid damage due to freeze-thaw cycles and reduce intra-sample variation.
• Certains échantillons peuvent nécessiter une lyophilisation. La lyophilisation commence par une étape de congélation suivie d'une étape de vide pour éliminer l'eau des échantillons. La glace se transforme alors en vapeur sans passer par la phase liquide. La lyophilisation est couramment utilisée pour les cellules végétales afin de minimiser les changements d'oxydation à l'intérieur des cellules^.7

Toutes les études réalisées avec Metabolon reçoivent gratuitement notre kit de manipulation des échantillons Study Success, personnalisé spécifiquement pour votre étude. Ce kit comprend des tubes à code-barres spécifiques à votre matrice (c'est-à-dire des biofluides, des échantillons solides ou des culots cellulaires), un lecteur de code-barres et des instructions pour l'envoi de vos échantillons afin de garantir qu'ils arrivent en toute sécurité.

The Importance of Robust Sample Preparation
Reproducibility remains a critical issue in all areas of research including metabolomics. For instance, inter-lab variation in metabolite profiles can stem from differences in the mass spectrometry equipment or normalization method used.⁸ Metabolomes are typically analyzed from clinical or environmental specimens as a proxy of the environment being studied. Handling these samples properly reduces the likelihood that technical error produces variation among the metabolomes. Listed below are some factors to consider to minimize variation caused by sample handling:

• Sample degradation. Several variables inherent to the sample can affect its chemical composition during sample processing. Clinical and biological samples contain enzymes that can degrade metabolites and change their native metabolomes prior to processing the sample(s).^9,10 Ensure that samples are appropriately stored and quickly processed to minimize these effects.
• Bias in metabolomics data. Any sample processing method can affect the metabolites present at the point of sample extraction. Wash steps and chemical processing can wash away or introduce reagent-derived chemicals that alter metabolomic outputs. Even minute variations in sample handling can generate biased results and false positives in serum metabolomes.¹¹ Any robust metabolomics study must document these procedures carefully and define how each sample was processed.
• Instrument interference. Samples can contain compounds that interfere with a mass spectrometer’s ability to detect metabolites.¹² Ion suppression, the most notable of these interferences, occurs when ionized analytes such as salts, drugs, and other endogenous metabolites compete for charge.¹³ This affects the sets of metabolites detected by a mass spectrometer and can skew metabolome profiles. Sample processing procedures must note the presence of these compounds and plan accordingly.

Dans l'ensemble, le fait de disposer d'une procédure opérationnelle normalisée pour traiter les échantillons destinés au profilage du métabolome vous aidera à produire des résultats métabolomiques fiables et à effectuer des comparaisons scientifiquement fondées.

Considérations relatives à l'expédition des échantillons métabolomiques

Dans de nombreux cas, les échantillons doivent être transportés vers le laboratoire où ils seront traités à partir d'un site extérieur. Des protocoles de transport des échantillons ont été mis au point pour minimiser leur impact sur les analyses en aval. Pour affiner ce processus, les scientifiques ont identifié plusieurs facteurs importants à prendre en compte lors de la préparation des échantillons pour le transport :

• Documentation détaillée : Chaque échantillon individuel présente des caractéristiques uniques, même parmi les groupes d'échantillons prélevés à partir de la même source. La distinction entre les échantillons et leurs origines peut aider les chercheurs à corréler les caractéristiques des échantillons avec le phénotype d'un patient ou à délimiter les processus environnementaux qui se déroulent sur un site donné. Pour faciliter ce processus, tous les échantillons devraient être accompagnés de manifestes numériques détaillés permettant de suivre les caractéristiques et les origines d'un échantillon. Un système de codage de projet robuste qui ne porte pas atteinte à la vie privée des personnes facilitera grandement ce processus.
• Stockage durable des échantillons : L'environnement extérieur doit avoir le moins d'impact possible sur la composition de l'échantillon pendant le transport. Sachant cela, les scientifiques ont mis au point de multiples approches pour conserver les caractéristiques de l'échantillon pendant le transport. L'une d'entre elles, la congélation immédiate dans l'azote liquide, réduit le risque d'activité métabolique des enzymes endogènes. L'aliquotage des échantillons avant la congélation permet également de minimiser les cycles de congélation-décongélation après le stockage des échantillons. L'utilisation de tubes de prélèvement durables garantit également la viabilité des échantillons.

Chez Metabolon, nous travaillons avec vous pour développer un protocole d'expédition afin de nous assurer que vos échantillons nous parviennent en toute sécurité. Si vous stockez de grandes quantités d'échantillons dans un dépôt biologique ou une biobanque, nous travaillerons même directement avec le personnel de ces établissements pour préparer et expédier vos échantillons.

Vous pouvez en savoir plus sur nos processus de traitement des échantillons ou demander un kit d'échantillons de démonstration en visitant notre page Ressources pour l'envoi d'échantillons.

Quelle est la prochaine étape ?

Dans ce chapitre, nous avons présenté une vue d'ensemble des facteurs clés à prendre en considération lors de l'élaboration d'une procédure d'échantillonnage. Nous avons montré l'importance d'une manipulation soigneuse des échantillons, d'un prélèvement rapide et de la conservation de leurs caractéristiques chimiques pendant le transport. Bien que chaque type d'échantillon présente des caractéristiques uniques qui nécessitent des procédures de collecte d'échantillons distinctes, chaque type d'échantillon présente des considérations similaires pour garantir la reproductibilité des données métabolomiques. Dans le prochain chapitre, nous nous pencherons sur l'analyse et l'interprétation de vos données métabolomiques afin d'en extraire des informations biologiques exploitables.

Références

1. Smith L, Villaret-Cazadamont J, Claus SP, et al. Important Considerations for Sample Collection in Metabolomics Studies with a Special Focus on Applications to Liver Functions. Metabolites. 2020;10(3):104. doi:10.3390/metabo10030104
2. Bowen RAR, Remaley AT. Interférences des composants des tubes de prélèvement sanguin sur les analyses de chimie clinique. Biochem Med (Zagreb). 2014;24(1):31-44. doi:10.11613/BM.2014.006
3. Kiseleva O, Kurbatov I, Ilgisonis E, Poverennaya E. Defining Blood Plasma and Serum Metabolome by GC-MS. Metabolites. 2021;12(1):15. doi:10.3390/metabo12010015
4. Lim MY, Hong S, Kim BM, Ahn Y, Kim HJ, Nam YD. Changes in microbiome and metabolomic profiles of fecal samples stored with stabilizing solution at room temperature : a pilot study (Changements dans le microbiome et les profils métaboliques des échantillons fécaux stockés avec une solution stabilisante à température ambiante : une étude pilote). Sci Rep. 2020;10(1):1789. doi:10.1038/s41598-020-58719-8
5. Haukaas TH, Moestue SA, Vettukattil R, et al. Impact of Freezing Delay Time on Tissue Samples for Metabolomic Studies. Front Oncol. 2016;6:17. doi:10.3389/fonc.2016.00017
6. Chen D, Han W, Huan T, Li L, Li L. Effects of Freeze-Thaw Cycles of Blood Samples on High-Coverage Quantitative Metabolomics. Anal Chem. 2020;92(13):9265-9272. doi:10.1021/acs.analchem.0c01610
7. Papageorgiou V, Mallouchos A, Komaitis M. Investigation of the Antioxidant Behavior of Air- and Freeze-Dried Aromatic Plant Materials in Relation to Their Phenolic Content and Vegetative Cycle. J Agric Food Chem. 2008;56(14):5743-5752. doi:10.1021/jf8009393
8. Lin Y, Caldwell GW, Li Y, Lang W, Masucci J. Inter-laboratory reproducibility of an untargeted metabolomics GC-MS assay for analysis of human plasma. Sci Rep. 2020;10(1):10918. doi:10.1038/s41598-020-67939-x
9. Villas-Boas SG, Nielsen J, Smedsgaard J, Hansen MA, Roessner-Tunali U. Metabolome Analysis : An Introduction. John Wiley & Sons ; 2007.
10. Lu W, Su X, Klein MS, Lewis IA, Fiehn O, Rabinowitz JD. Metabolite Measurement : Pitfalls to Avoid and Practices to Follow. Annu Rev Biochem. 2017;86:277-304. doi:10.1146/annurev-biochem-061516-044952
11. McClain KM, Moore SC, Sampson JN, et al. Preanalytical Sample Handling Conditions and Their Effects on the Human Serum Metabolome in Epidemiologic Studies. Am J Epidemiol. 2020;190(3):459-467. doi:10.1093/aje/kwaa202
12. Roberts LD, Souza AL, Gerszten RE, Clish CB. Targeted Metabolomics. Curr Protoc Mol Biol. 2012;CHAPTER:Unit30.2. doi:10.1002/0471142727.mb3002s98
13. Annesley TM. Ion suppression in mass spectrometry. Clin Chem. 2003;49(7):1041-1044. doi:10.1373/49.7.1041