LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS, LC/Orbitrap
ZaměřeníProteomika
VýrobceThermo Fisher Scientific
Význam tématu
mRNA-terapeutika představují klíčovou platformu v moderní medicíně, zejména u vakcín proti infekčním onemocněním a u léčby genetických či nádorových onemocnění. Precizní analýza struktury, integrity a čistoty mRNA je nezbytná pro vývoj, kontrolu kvality a regulační schvalování těchto inovativních biologických léčiv.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem práce bylo vyvinout komplexní workflow pro charakterizaci mRNA-terapeutik zahrnující přípravu vzorku, rychlou chromatografii spojenou s LC–MS/MS analýzou a pokročilé zpracování dat. Studie nejprve optimalizovala podmínky na standardní směsi oligonukleotidů (10–55 nt) a následně aplikovala metodu na modelovou mRNA o délce ~3500 nukleotidů.
Použitá metodika a instrumentace
- Digesce: částečná štěpící reakce RNázy T1 imobilizované na magnetických perlách (inkubace 5–15 minut při 37 °C).
- Chromatografie: DNAPac RP kolona na UHPLC systému Vanquish; gradient 5–20 % methanolu (0,2 % TEA, 1 % HFIP) v čase 15 min (standardy) nebo 30 min (mRNA); teplota 50 °C, průtok 300 µL/min.
- Hmotnostní spektrometrie: Orbitrap Astral v negativním módu; datově řízená akvizice (DDA) až 45 Hz; tři úrovně krokové kolizní energie (NCE ~18, 23, 28 V).
- Zpracování dat: Thermo Scientific BioPharma Finder 5.2 pro automatickou identifikaci fragmentů, přiřazení sekvenčních zlomů a mapování pokrytí sekvence.
Hlavní výsledky a diskuse
- Chromatografické oddělení fragmentů probíhalo podle velikosti: menší oligonukleotidy eluovaly rychleji, větší později.
- Fragmentační mapování pro nábojové stavy −3 až −7 vykázalo ASR (average structural resolution) blízko hodnoty 1,0, což znamená úplné pokrytí vazeb mezi nukleotidy.
- Cílová mRNA dosáhla celkového sekvenčního pokrytí 88,2 % u unikátních fragmentů a 92,4 % při zahrnutí neunikátních zlomů.
- Vysoká rychlost datové akvizice umožnila detekci nízkoodběrných nečistot a stopových oligonukleotidů v komplexním vzorku.
Přínosy a praktické využití metody
- Reprodukovatelný a kontrolovatelný průběh digesce mRNA.
- Rychlé LC–MS/MS rozdělení a identifikace fragmentů s vysokou sekvenční pokrytostí.
- Citlivá detekce nízkoodběrných nečistot a modifikací.
- Možnost nasazení v QA/QC procesech při výrobě mRNA-terapeutik.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Další zrychlování akvizice dat a paralelizace fragmentačních cyklů.
- Vylepšení bioinformatických algoritmů pro přesnější identifikaci modifikovaných nukleotidů.
- Integrace s ortogonálními metodami (capillary electrophoresis, nanopore sequencing) pro komplexní charakterizaci.
- Rozšíření workflow na jiné typy nukleových kyselin a jejich chemicky modifikované formy.
Závěr
Vyvinutý workflow kombinuje částečnou digesci RNázy T1, rychlé RP-LC a vysokorychlostní DDA fragmentaci na Orbitrap Astral pro efektivní charakterizaci mRNA-terapeutik. Metoda dosahuje vysokého sekvenčního pokrytí (>92 %), umožňuje detekci stopových nečistot a poskytuje robustní platformu pro výzkum i rutinní kontrolu kvality.
Reference
- Diedrich J.K.; Pinto A.F.M.; Yates J.R. Energy Dependence of HCD on Peptide Fragmentation: Stepped Collisional Energy Finds the Sweet Spot. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2013.
- Wei B.; Wang J.; Cadang L.; Goyon A.; Chen B.; Yang F.; Zhang K. Development of an Ion Pairing Reversed-Phase Liquid Chromatography-Mass Spectrometry Method for Characterization of Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats Guide Ribonucleic Acid. J. Chromatogr. A. 2022.
- Vanhinsbergh C.J.; Criscuolo A.; Sutton J.N.; Murphy K.; Williamson A.J.K.; Cook K.; Dickman M.J. Characterization and Sequence Mapping of Large RNA and mRNA Therapeutics Using Mass Spectrometry. Anal. Chem. 2022.
- Criscuolo A.; Arrey T.; Williamson A.J.K.; Cook K.; Murphy K.; Sutton J.N.; Harder A.; Shofstahl J.; Sanders M. Characterization of mRNA Therapeutics Using a Novel LC-MS Based Workflow. ASMS 2021.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.