Ion Mobility-Mass Spectrometry Reveals the Structures and Stabilities of Biotherapeutic Antibody Aggregates

Význam tématu

Monoklonální protilátky představují klíčovou třídu bioterapeutik, u nichž agregace zásadně ovlivňuje účinnost, bezpečnost a stabilitu přípravků. Monitorování vyšší uspořádané struktury (HOS) a agregace při různých stresových podmínkách je proto nezbytné pro vývoj a kontrolu kvality léčiv.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřila na charakterizaci struktur a stability dimerů dvou modelových IgG1 protilátek (α a β) při nativních, tepelných (50 °C) a pH 3 stresových podmínkách. Hlavním cílem bylo ukázat, jak kombinace iontově-mobilitní hmotnostní spektrometrie (IM-MS) a kolizí indukovaného unfoldingu (CIU) odhaluje rozdíly v agregaci a konformacích.

Použitá metodika a instrumentace

Pro sběr dat byly využity dvě platformy IM-MS:

• Waters Synapt G2 q-IM-ToF
• Agilent 6560 IM-q-ToF

Vzorky IgG1 byly analyzovány za nativních i stresových podmínek (teplo, pH 3). Pro kalibraci kolizních průřezů (CCS) sloužily standardní proteiny. Pro zpracování dat se použilo software MassLynx, IM-MS Browser a CIUSuite 2. Výpočet teoretických CCS byl proveden metodou trajektorie v Collidoscope a výpočty molekulární dynamiky v GROMACS. Kompaktní dimerové modely vznikly pomocí IMPACT a byly upraveny na trajektoriový CCSN2.

Hlavní výsledky a diskuse

CIU fingerptinty pro dimerové ionty (40+ nábojů) odhalily 5–6 přechodových stavů, přičemž tepelný stres vedl k mírnému zvětšení ground-state CCS (<2 %), zatímco pH 3 podmínky způsobily významné změny (6–10 %). Varianta IgG1α reagovala citlivěji na teplo, IgG1β vykazovala výraznější denaturaci při nízkém pH. Porovnání obou instrumentů potvrdilo konzistentní trend, byť Agilent 6560 vykazoval systematicky vyšší CCS hodnoty pro některé CIU funkce.

Přínosy a praktické využití metody

IM-MS ve spojení s CIU umožňuje rychlé a kvantitativní sledování změn v HOS a agregaci s nízkou spotřebou vzorku. Metoda nabízí:

• Citlivé rozlišení nativních a stresových konformací
• Možnost sledovat kinetiku agregace in situ
• Podporu validace stability bioterapeutik v QA/QC laboratořích

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další integrace IM-MS/CIU do vývoje bioterapeutik s využitím vyššího rozlišení mobilitních separací, kombinace s dalšími spektrometrickými technikami a implementace strojového učení pro predikci agregace již na úrovni sekvence. Adaptace pro jiné typy biologických makromolekul a automatizované high-throughput platformy posílí široké uplatnění metody.

Závěr

Iontově-mobilitní hmotnostní spektrometrie ve spojení s kolizí indukovaným unfoldingem představuje výkonný nástroj pro detailní charakterizaci agregace protilátek. Studie ukázala schopnost rozlišit stresové podmínky, kvantifikovat změny konformace a poskytla modely pro dimerové struktury, což přispívá k efektivnějšímu vývoji a kontrole stability bioterapeutik.

Reference

• Roberts CJ, et al. Trends Biotechnol. 2014, 32(7):372–380.
• Moussa EM, et al. J Pharm Sci. 2016, 105(2):417–430.
• Paul R, et al. Pharm Res. 2012, 29(8):2047–2059.
• Polasky DA, et al. Anal Chem. 2019, 91:3147–3155.
• Vallejo DD, et al. Anal Chem. 2019, 91(13):8137–8145.