EXAMINING THE M/Z SEPARATIVE CAPABILITY OF TRAVELLING WAVES FOR LARGE MOLECULE CHARACTERISATION

Význam tématu

Separace iontů na základě poměru hmotnosti k náboji (m/z) a jejich mobilitní vlastnosti pomocí travelling wave (TW) technologie představuje klíčový nástroj v karakterizaci velkých biomolekul jako monoklonální protilátky a virusové kapsidy. Možnost cíleného ladění parametrů umožňuje analyzovat rozličné populace iontů a poskytuje nové možnosti pro vývoj genetické terapie či kontrolu kvality biologických produktů.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo prozkoumat schopnost TW přístrojů oddělit ionty podle m/z a mobility a porovnat tyto výsledky s lineární driftovou iontovou mobilitou (DTIM) a hmotnostní spektrometrií (ToF MS). Systémově byly zkoumány: nativní monoklonální protilátka (NIST mAb) v neaktivované a aktivované podobě a prázdné vs plné kapsidy adeno-asociovaného viru (AAV). Data byla doplněna iontovými trajektoriemi simulovanými v SIMIONu a standardní kalibrací pro odhad m/z.

Použitá metodika a instrumentace

• Inkubace vzorků v 150 mM octanu amonném, nanoESI vstřikování (PicoTip).
• Cyclic IMS (SELECT SERIES Cyclic IMS) a SYNAPT XS s TWIM a možností výměny za lineární DTIM buňku.
• ToF-MS detekce pro srovnání m/z separace.
• Aktivace mAb: kuželové napětí 150 V, kolizní energie 80 eV.
• Simulace iontových trajektorií v SIMION pro ověření neznámých signálů.

Hlavní výsledky a diskuse

• Bez aktivace mAb byly při nižších TW rychlostech dobře rozlišeny nabíjené stavy podle m/z, aktivované ionty vykazovaly širší arrival time distribution a obrácené pořadí při vysokých rychlostech.
• Kombinace TW a multipass Cyclic IMS přinesla rozlišení srovnatelné s ToF MS a umožnila předběžné stanovení středních m/z hodnot nabíjecích stavů.
• Empty a full AAV kapsidy, ač vykazují podobnou mobilitu, se odlišují m/z a lze je separovat pomocí TW, zatímco DTIM selhává.
• Simulace poukázaly na existenci méně hustých či částečně plněných kapsid, které odpovídají neidentifikovaným signálům v experimentech.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá kvantifikace poměru prázdných a plných AAV kapsid v gene terapii.
• Možnost předběžného stanovení hmotnosti monoklonálních protilátek na základě TW m/z separace.
• Flexibilní nastavení separace dominované mobilitou nebo m/z v jednom přístroji.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Vývoj a validace kalibračních protokolů pro přímé měření hmotností pomocí TW-MS.
• Integrace iontové separace a selekce pro hlubší morfologickou a funkční analýzu biomolekul.
• Rozšíření aplikace na další třídy velkých proteinů, virových vektorů a komplexních biologických systémů.

Závěr

Studie prokázala, že TW technologie dokáže efektivně oddělit ionty na základě m/z i mobility, což bylo úspěšně aplikováno na monoklonální protilátky a adeno-asociované virusové kapsidy. Kombinace Cyclic IMS, SYNAPT XS a DTIM poskytuje komplexní pohled na strukturu a kvantitu biomolekul a otevírá cestu k novým analytickým přístupům.

Reference

1. Johnsen R Biondi MAJ Chem Phys 1972;57(5):1975–1979
2. Richardson K Langridge D Dixit SM Ruotolo B Anal Chem 2021;93(7):3542–3550
3. Richardson K Langridge D Giles K Int J Mass Spectrom 2018;428:71–80
4. Pierson EE Keifer DZ Asokan A Jarrold MF Anal Chem 2016;88(13)
5. Silveria MA Large EE Zane GM White TA Chapman MS Viruses 2020;12:1326