Advantages of Ion Mobility QTOF for Characterization of BioPharma Molecules

Význam tématu

Ion mobility QTOF MS rozšiřuje klasické LC–MS analýzy o další dimenzi separace založenou na velikosti, tvaru a náboji iontů. Tato technologie je nezbytná pro charakterizaci složitých biopharma molekul, neboť zvyšuje čistotu spekter, zlepšuje limity detekce a umožňuje získat informace o konformaci biomolekul prostřednictvím přesného měření kolizního průřezu (CCS).

Cíle a přehled studie / článku

Prezentovaný dokument ozřejmuje vlastnosti nové drift ion mobility QTOF platformy Agilent 6560. Klíčové cíle zahrnují optimalizaci citlivosti pomocí elektrodynamických trychtýřů, zachování vysokého rozlišení iontové mobility a hmotnostního analyzátoru, rozšíření šířky pásma pro snímání rychlých IMS dat a integraci standardní CID kolizní buňky pro fragmentaci iontů.

Použitá metodika a instrumentace

Analytický tok zahrnoval elektrosprayové ionizační zdroje (ESI, AJS, NanoESI, ChipCube, APCI) a následné vedení iontů přes frontální trychtýř, akumulační a driftovou buňku a zadní trychtýř do QTOF hmotového analyzátoru. Systém pracuje v několika provozních režimech:

• Mobility Separated Precursor Ion Mode
• Mobility Separated All Ions Fragmentation Mode
• Mobility Separated Targeted Precursor Ion Mode
• Mobility Separated Targeted MS/MS Mode

Konkrétní nastavení dual AJS ESI zdroje (6560 IM Q-TOF MS):

• Režim: pozitivní, rozšířený rozsah (do 10000 m/z)
• Teplota plynu 250 °C, průtok 5 L/min, tlak nebulizéru 20 psig
• Teplota a průtok slévacího plynu 275 °C, 12 L/min
• VCap 4000 V, nozzle 2000 V, fragmentor 400 V
• Rozsah m/z 300–10000, rychlost skenování 0,9 snímku/s
• IM trap fill time 50000 µs, release time 300 µs

Hlavní výsledky a diskuse

Mobilní separace výrazně zvýšila specifitu analýzy, což prokázaly příklady:

• Čistota signálu v syrovém bakteriálním extraktu – zvýšení poměru signál/šum po IMS filtrování
• Rozlišení izomerů oligosacharidů (raffinóza vs. melezitóza) a komplexních glykanů
• Detekce chybně vytvořených disulfidových vazeb peptidu Siamycin II
• Studie konformací cytochromu c a monoklonálních protilátek IgG 1/2 v nativních a denaturovaných podmínkách
• Kvantifikace poměru lékových nápojů (DAR) u konjugátů protilátek (ADC)
• Řešení hexamerního komplexu glutamát dehydrogenázy s přesnou hodnotou CCS ~11869 Ų

Komparace s T-wave IMS ukázala, že drift IMS dosahuje rozlišení nad 80, má vyšší citlivost a přímé měření CCS s přesností 1–2 % oproti 5–10 % u konkurenčních systémů.

Přínosy a praktické využití metody

Technologie IM-QTOF přináší:

• Další separační dimenzi pro složité směsi
• Snížení detekčních limitů díky eliminaci rušivých šumů
• Vyšší důvěru v identifikaci látek pomocí přesných CCS hodnot
• Možnost rozlišení strukturálních konformací a izomerů
• Podporu výzkumu a kontroly kvality biotechnologických výrobků a biosimilars

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje:

• Integrované 4D přístupy spojující m/z, RT, IMS a TIC
• Využití rozsáhlých databází CCS pro rychlé library search
• Vysokoprůtokové aplikace v screeningových studiích
• Pokročilá softwarová analýza a strojové učení pro zpracování komplexních dat
• Rozšíření do glykomiky, proteomiky a strukturální biologie

Závěr

Drift ion mobility QTOF systém představuje robustní platformu pro rozšíření analytických možností v biopharma výzkumu a výrobě. Díky kombinaci vysokého IMS rozlišení, citlivosti a přesného měření CCS hodnot umožňuje spolehlivou analýzu a charakterizaci složitých biomolekulárních systémů.

Reference

• Wong D. Advantages of Ion Mobility QTOF for Characterization of BioPharma Molecules. Agilent Technologies, ASMS IM-QTOF Workshop, 2015.
• Blixt O. et al. A high-throughput glycan microarray… PNAS, 2004.
• Schnier P.D. et al. Analytical Chemistry, 2010.