Comparative analysis of IL-1β blood serum concentration, neutrophil-to-lymphocytes ratio in peripheral blood, and the levels of PD-L1 expression in malignant tissues of the patients with various solid tumors

The action of checkpoint inhibitors is based on activation of T cell antitumor immunity, and, therefore, the search for markers of lymphocyte functional activity before starting the therapy is highly relevant. Determination of the PD-L1 expression in tumor tissues reflects immunosuppressive activity of malignant cells, and it is used as a predictive marker in clinical practice. The ratio of neutrophils to lymphocytes in tumor tissue and in peripheral blood can also indicate the activity of adaptive immunity and correlates with the efficacy of therapy. It has been shown that a high level of interleukin 1 beta in the tumor microenvironment is associated with immunosuppression of lymphocytes and, possibly, reflects the activity of the tumor microenvironment. The aim of this work is to study the relationship between tumor expression of PD-L1, the concentration of serum interleukin-1 beta and the ratio of neutrophils and lymphocytes in peripheral blood.Before starting therapy with checkpoint inhibitors in patients with various solid tumors (n = 50), the serum level of interleukin-1 beta was determined by ELISA (ELISA-Best, Novosibirsk, Russia), expression of PD-L1 in the tumor by immunohistochemical method, complete blood count was performed using cytometry. Statistical analysis was performed in GraphPad Prism 6 (Graph Pad Software, USA) using the statistical methods of Fisher, Mann-Whitney, and Spearman.The average value of the index of the ratio of neutrophils and lymphocytes (NLR) in peripheral blood was 2.65± 0.21 (95% CI 2.22-3.07). The index value of more than 3.5 was found in 18% (9/50) of patients. The mean value of the PD-L1 expression level was 23.02±4.52% (95% CI 13.86-32.18). Expression of PD-L1 in tumor tissue was detected in 60.1% (25/40) of patients, among whom an increased expression of more than 50% was detected in 20.0% (5/25) of cases. A positive weak correlation was found between the concentration of interleukin 1 beta and the number of leukocytes (r = 0.34; p = 0.019) and index (r = 0.32; p = 0.029). The level of PD-L1 expression in tumor tissue also had a weak positive correlation with the serum interleukin 1 beta concentration (r = 0.33; p = 0.037) and the neutrophil-lymphocyte ratio (r = 0.33; p = 0.034). In the group of patients with PD-L1 expression > 5%, the mean value of the concentration of interleukin 1 beta was 1.65±0.62 pg/ml, and the mean value of the index was 4.26±0.94 х 10 9/l, which exceeds the values groups with undetectable PD-L1, but the differences were not statistically significant.The obtained result may indicate the influence of the immunosuppressive properties of the tumor on the state of the patient's immunity. Comprehensive determination of tumor PD-L1 expression, serum interleukin 1 beta concentration and the ratio of neutrophils and lymphocytes in peripheral blood can be used as an assessment of the patient's immune status before starting treatment with checkpoint inhibitors

Времяпролетная масс-спектрометрия с импульсным тлеющим разрядом для прямого определения летучих органических соединений в воздухе, азоте и аргоне. Процессы ионизации летучих органических соединений

Determination of volatile organic compounds (VOCs) in various gases, including atmospheric and exhaled human air, is required to solve a wide range of environmental problems, control the composition of various gases and is increasingly used for diagnosis of various diseases. Lately, methods of soft ionization with minimal fragmentation of the components have been rapidly developed. In particular, our research group is developing an approach to direct analysis of mixtures of VOCs using time-of-flight pulsed glow discharge mass spectrometry. Previously, the effects of different gases and gas mixtures on ionization processes were not compared. Therefore, the ionization mechanisms of VOCs in argon, nitrogen, and air were investigated in the present work. Toluene, p-xylene, chlorobenzene and 1,2,4-trimethylbenzene were chosen as the model VOCs. Optimization of microsecond pulsed glow discharge parameters (period and duration of the discharge pulse, repelling pulse delay time and pressure in the discharge cell) for each compound and a gas mixture of several VOCs was carried out. The predominant ionization mechanisms are the formation of a VOC molecular ion by Penning ionization and the proton transfer reaction; their influence being different for various gases. It is shown that the use of argon even with a small addition of water leads to the predominance of the proton transfer reaction, whereas in nitrogen and air the Penning ionization predominates. The maximum VOC intensities were achieved in air, and the developed approach was tested under optimized conditions for the analysis of exhaled air and ambient air samples. Key words: Volatile organic compounds, ionization mechanism, glow discharge, mass spectrometry, breath analysis, air analysisОпределение летучих органических соединений (ЛОС) в различных газах, в том числе в атмосферном и выдыхаемом человеком воздухе, требуется для решения широкого круга экологических задач, контроля состава различных газов и все шире применяется для диагностики различных заболеваний. В последнее время быстро развиваются методы мягкой ионизации с минимальной фрагментацией компонентов. В частности, нашей научной группой развивается подход к прямому анализу смесей ЛОС с помощью времяпролетной масс-спектрометрии импульсного тлеющего разряда. Ранее не сравнивали влияние на процессы ионизации различных газов и газовых смесей. В связи с этим в настоящей работе исследованы механизмы ионизации ЛОС в аргоне, азоте и воздухе. В качестве модельных ЛОС выбраны толуол, п-ксилол, хлорбензол и 1,2,4-триметилбензол. Проведена оптимизация параметров микросекундного импульсного тлеющего разряда (период и длительность разрядного импульса, задержка выталкивающего импульса, давление в разрядной ячейке) для каждого соединения и газовой смеси нескольких ЛОС. Преобладающими механизмами ионизации являются образование молекулярного иона ЛОС с помощью Пеннинговской ионизации и реакция с переносом протона, при этом для разных газов их влияние различно. Показано, что использование аргона даже с небольшой добавкой воды приводит к преобладанию реакции переноса протона, тогда как в азоте и воздушной смеси преобладает Пеннинговская ионизация. В оптимизированных условиях в воздухе, для которого были достигнуты наибольшие интенсивности ЛОС, проведена апробация разработанного подхода для анализа выдыхаемого человеком  воздуха и проб атмосферного воздуха. Ключевые слова: летучие органические соединения, механизм ионизации, тлеющий разряд, масс-спектрометрия, анализ выдыхаемого воздуха, анализ воздух

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРАНА В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ МЕТОДОМ ВРЕМЯПРОЛЕТНОЙ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ С ИМПУЛЬСНЫМ ТЛЕЮЩИМ РАЗРЯДОМ ПОСЛЕ ЕГО КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ ОКИСЛЕННЫМИ УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ

The pollution of the environment with uranium dictates the need to control the concentration of this element in natural waters to the permissible limits for the stability of the ecosystems and public health. In 2011, WHO set maximum permissible concentration of uranium in water to 0.03 ppm due to the strong toxicity and radioactivity of uranium in water. Therefore, the continuous monitoring of uranium content is an important task for the safety and health of the citizens. To determine the low uranium content in natural waters, the conservation of the studied solutions is necessary. However, this method of storage and transportation is not always simple. In the current paper, as a convenient method of concentrating uranium, preserving the sample and transporting it, we used the method of sorbing uranium on sorbents. Single-layer carbon nanotubes were used as sorbents. Their surfaces were modified using wet chemical oxidation and synthesis with Aerosil A-380 silica. Two schemes were considered for concentrating the uranium on the surface of the sorbent: individual carbon nanotubes and nanotubes modified with silica. The direct analysis was used to determine the content of uranium in the sorbent, namely, time-of-flight mass spectrometry with the pulsed glow discharge (GDMS). The most effective approach for the determination of uranium in water was the sorption of uranium on the tablet consisting of oxidized nanotubes modified with silica. The limit of detection in this case was 0.2 ppb.Keywords: mass-spectrometry, pulsed glow discharge, environment, direct analysis, uranium, carbon nanotubes  DOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2020.24.2.001Titova A.D1, Postnov V.N.1, Savinov S.S.1, Stolyarova N.V.2, Ivanenko N.B.2, Chuchina V.A.1, Gubal A.R.1, Ganeev A.A.1,21Saint-Petersburg State University (SPBU),Universitetskaya emb., 7/9, Saint-Petersburg, 199034, Russian Federation2Institute of Toxicology of Federal Medico-Biological Agency,ul. Bekhtereva, 1, Saint-Petersburg, 192019, Russian FederationЗагрязнение окружающей среды ураном диктует необходимость контроля концентрации этого элемента в природных водах до допустимых пределов, что необходимо для стабильности экосистем и здоровья населения. Из-за сильной токсичности и радиоактивности в 2011 году ВОЗ установила предельно допустимую концентрацию урана в воде – 0.03 ppm. При транспортировке проб природной воды с низким содержанием урана (на уровне ПДК) их консервируют. В качестве удобного способа транспортировки пробы и одновременного концентрирования урана в данной работе предложено сорбировать его на однослойных углеродных нанотрубках. Поверхность углеродных нанотрубок предварительно модифицировали химическим окислением и обрабатывали кремнеземом аэросил А-380. Рассматривали два варианта концентрирования урана на поверхность сорбента: индивидуальные и модифицированные кремнеземом углеродные нанотрубки. Для анализа использовали прямой метод определения содержания урана в сорбенте − времяпролетную масс-спектрометрию с импульсным тлеющим разрядом (GD-MS). Показано, что наиболее эффективным подходом для определения урана в воде стала сорбция урана на таблетку, состоящую из модифицированных кремнеземом окисленных нанотрубок. Предел обнаружения при этом составил 0.2 ppb.Ключевые слова: масс-спектрометрия, импульсный тлеющий разряд, окружающая среда, прямой анализ, уран, углеродные нанотрубкиDOI: http://dx.doi.org/10.15826/analitika.2020.24.2.00

Time-of-flight mass spectrometry with pulsed glow discharge for direct determination of volatile organic compounds in air, nitrogen and argon. Volatile organic compounds ionization processes

Определение летучих органических соединений (ЛОС) в различных газах, в том числе в атмосферном и выдыхаемом человеком воздухе, требуется для решения широкого круга экологических задач, контроля состава различных газов и все шире применяется для диагностики различных заболеваний. В последнее время быстро развиваются методы мягкой ионизации с минимальной фрагментацией компонентов. В частности, нашей научной группой развивается подход к прямому анализу смесей ЛОС с помощью времяпролетной масс-спектрометрии импульсного тлеющего разряда. Ранее не сравнивали влияние на процессы ионизации различных газов и газовых смесей. В связи с этим в настоящей работе исследованы механизмы ионизации ЛОС в аргоне, азоте и воздухе. В качестве модельных ЛОС выбраны толуол, п-ксилол, хлорбензол и 1,2,4-триметилбензол. Проведена оптимизация параметров микросекундного импульсного тлеющего разряда (период и длительность разрядного импульса, задержка выталкивающего импульса, давление в разрядной ячейке) для каждого соединения и газовой смеси нескольких ЛОС. Преобладающими механизмами ионизации являются образование молекулярного иона ЛОС с помощью Пеннинговской ионизации и реакция с переносом протона, при этом для разных газов их влияние различно. Показано, что использование аргона даже с небольшой добавкой воды приводит к преобладанию реакции переноса протона, тогда как в азоте и воздушной смеси преобладает Пеннинговская ионизация. В оптимизированных условиях в воздухе, для которого были достигнуты наибольшие интенсивности ЛОС, проведена апробация разработанного подхода для анализа выдыхаемого человеком воздуха и проб атмосферного воздуха.Determination of volatile organic compounds (VOCs) in various gases, including atmospheric and exhaled human air, is required to solve a wide range of environmental problems, control the composition of various gases and is increasingly used for diagnosis of various diseases. Lately, methods of soft ionization with minimal fragmentation of the components have been rapidly developed. In particular, our research group is developing an approach to direct analysis of mixtures of VOCs using time-of-flight pulsed glow discharge mass spectrometry. Previously, the effects of different gases and gas mixtures on ionization processes were not compared. Therefore, the ionization mechanisms of VOCs in argon, nitrogen, and air were investigated in the present work. Toluene, p-xylene, chlorobenzene and 1,2,4-trimethylbenzene were chosen as the model VOCs. Optimization of microsecond pulsed glow discharge parameters (period and duration of the discharge pulse, repelling pulse delay time and pressure in the discharge cell) for each compound and a gas mixture of several VOCs was carried out. The predominant ionization mechanisms are the formation of a VOC molecular ion by Penning ionization and the proton transfer reaction; their influence being different for various gases. It is shown that the use of argon even with a small addition of water leads to the predominance of the proton transfer reaction, whereas in nitrogen and air the Penning ionization predominates. The maximum VOC intensities were achieved in air, and the developed approach was tested under optimized conditions for the analysis of exhaled air and ambient air samples.Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда, проект №22-23-00636.The study was supported by a grant from the Russian Science Foundation, project No. 22-23-00636

Determination of uranium in aqueous solutions by the time-of-flight mass-spectrometry with a pulsed glow discharge after its accumulation on the oxidized carbon nanotubes

Загрязнение окружающей среды ураном диктует необходимость контроля концентрации этого элемента в природных водах до допустимых пределов, что необходимо для стабильности экосистем и здоровья населения. Из-за сильной токсичности и радиоактивности в 2011 году ВОЗ установила предельно допустимую концентрацию урана в воде – 0.03 ppm. При транспортировке проб природной воды с низким содержанием урана (на уровне ПДК) их консервируют. В качестве удобного способа транспортировки пробы и одновременного концентрирования урана в данной работе предложено сорбировать его на однослойных углеродных нанотрубках. Поверхность углеродных нанотрубок предварительно модифицировали химическим окислением и обрабатывали кремнеземом аэросил А-380. Рассматривали два варианта концентрирования урана на поверхность сорбента: индивидуальные и модифицированные кремнеземом углеродные нанотрубки. Для анализа использовали прямой метод определения содержания урана в сорбенте − времяпролетную масс-спектрометрию с импульсным тлеющим разрядом (GD-MS). Показано, что наиболее эффективным подходом для определения урана в воде стала сорбция урана на таблетку, состоящую из модифицированных кремнеземом окисленных нанотрубок. Предел обнаружения при этом составил 0.2 ppb.The pollution of the environment with uranium dictates the need to control the concentration of this element in natural waters to the permissible limits for the stability of the ecosystems and public health. In 2011, WHO set maximum permissible concentration of uranium in water to 0.03 ppm due to the strong toxicity and radioactivity of uranium in water. Therefore, the continuous monitoring of uranium content is an important task for the safety and health of the citizens. To determine the low uranium content in natural waters, the conservation of the studied solutions is necessary. However, this method of storage and transportation is not always simple. In the current paper, as a convenient method of concentrating uranium, preserving the sample and transporting it, we used the method of sorbing uranium on sorbents. Single-layer carbon nanotubes were used as sorbents. Their surfaces were modified using wet chemical oxidation and synthesis with Aerosil A-380 silica. Two schemes were considered for concentrating the uranium on the surface of the sorbent: individual carbon nanotubes and nanotubes modified with silica. The direct analysis was used to determine the content of uranium in the sorbent, namely, time-of-flight mass spectrometry with the pulsed glow discharge (GDMS). The most effective approach for the determination of uranium in water was the sorption of uranium on the tablet consisting of oxidized nanotubes modified with silica. The limit of detection in this case was 0.2 ppb.Авторы выражают благодарность научному парку Санкт-Петербургского Государственного Университета: ресурсному центру «Оптические и лазерные методы исследования вещества» за выполнение исследований на сканирующем электронном микроскопе, ресурсному центру «Инновационные технологии композиционных наноматериалов» за выполнение исследований по определению эффективной площади поверхности сорбента. Исследования, посвященные разработке и оптимизации условий для послойного распыления образца из прессованных нанотрубок и определения профиля кратера, были выполнены при поддержке гранта РНФ N 17-73-20089.The authors are grateful to the science park of St. Petersburg State University: the “Optical and Laser Methods for the Study of Substances” Resource Center for performing the research on the scanning electron microscope, the “Innovative Technologies of Composite Nanomaterials” Resource Center for carrying out the studies to determine the effective surface area of the sorbent. The investigations devoted to the depth profile analysis and the determination of crater profile have been supported by a grant from the Russian Science Foundation (grant No. 17-73-20089)