Antibody subunit analysis workflow on a quadrupole-Orbitrap mass spectrometer: from optimized sample preparation to data analysis

Aplikace | 2018 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
LC/MS, LC/Orbitrap, LC/HRMS, LC/MS/MS
Zaměření
Proteomika
Výrobce
Thermo Fisher Scientific

Význam tématu


Analýza protilátek na úrovni podjednotek nabízí detailní pohled na jejich strukturní variabilitu a přesné stanovení molekulové hmotnosti. V biopharmaceutickém výzkumu a výrobě jsou tyto postupy klíčové pro zajištění kvality a konzistence terapeutických monoklonálních protilátek (mAb). Komplementární informace získané ze subunit analýzy doplňují výsledky z intact mass a peptidového mapování.

Cíle a přehled studie / článku


Hlavním cílem Application Note bylo popsat komplexní workflow pro subunit analýzu mAb na platformě Thermo Scientific Q Exactive BioPharma s použitím middle-down přístupu. Klíčové kroky zahrnují:
  • optimalizaci přípravy vzorku (enzymatická digest a redukce)
  • chromatografické oddělení podjednotek
  • MS analýzu pro potvrzení hmotnosti a sekvenční ověření

Použitá metodika a instrumentace


Vzorky: Trastuzumab, infliximab, bevacizumab získané ve formulaci nebo lyofilizované podle protokolů výrobce.

Enzymatická příprava:
  • Digest s IdeS (FabRICATOR®) za vzniku F(ab´)2 a scFc fragmentů.
  • Následná redukce disulfidických vazeb DTT nebo TCEP (50 mM) s/bez 4 M GdHCl při 25 °C nebo 57 °C.

Chromatografie:
  • Vanquish Flex UHPLC se stupňovitou gradientní RP separací na MAbPac RP 2.1×50 mm, teplota 80 °C, flow 250 µL/min.
  • Optimální gradienty: 9–10 min pro základní separaci, až 16.5 min pro infliximab (Lys‐varianty scFc).

Hmotnostní spektrometrie:
  • Q Exactive HF/HF-X s BioPharma Option (Intact Protein Mode, HMR Mode).
  • Intact Protein Mode – nižší tlak v HCD buněčné komoře pro delší životnost proteinových iontů a vyšší nabíjení.
  • Rozlišení Full MS: 240 000 (monoisotopické hmotnosti) nebo 15 000 (průměrné hmotnosti); PRM pro middle-down se 120 000.

Software: BioPharma Finder™ 3.0 pro dekonvoluce a přiřazení fragmentů.

Hlavní výsledky a diskuse


1) Redukce disulfidických vazeb:
  • Bez denaturace (GdHCl) je redukce neúplná – rozdělení na směs redukovaných, částečně redukovaných a neredukovaných podjednotek.
  • Přidání 4 M GdHCl a 50 mM DTT/TCEP při 57 °C vede k jednoznačné plné redukci, detekci dvou eluačních píků (light chain, heavy chain) a hmotnostní přesnosti <5 ppm.

2) Separace subunit po IdeS digestu:
  • F(ab´)2 se redukcí štěpí na Fd′ a LC podjednotky (~23–25 kDa), scFc (~23–25 kDa).
  • Optimální gradienty zajišťují baseline resoluci všech tří podjednotek u trastuzumabu a bevacizumabu; pro infliximab nejsou separovány dvě Gly-Lys formy scFc bez prodlouženého gradientu.

3) MS a middle-down analýza:
  • Wide isolation window (200–300 Th) kolem 950 m/z vyhovuje neznámým vzorkům a rychlému screeningu, užší (5–20 Th) zvyšuje selektivitu.
  • Stepped collision energies (NCE 10/13/16) nebo oddělené PRM scany zvyšují pokrytí sekvence: až 33 % pro LC, 32 % pro scFc, 19 % pro Fd′.
  • Nezredukované intra-chain disulfidy brání fragmentaci v daných oblastech, z čehož lze usuzovat jejich polohu.

Přínosy a praktické využití metody


  • Zajištění úplné redukce podjednotek minimalizuje chyby ve stanovení hmotnosti a maximalizuje sekvenční pokrytí.
  • Middle-down workflow umožňuje sekvenční potvrdění mAb podjednotek bez další přípravy.
  • Flexibilní nastavení režimů Orbitrap MS (Intact Protein Mode, HMR) pokrývá široké rozmezí hmotností a typů analýz.

Budoucí trendy a možnosti využití


  • Rozvoj softwarových algoritmů pro automatizovanou dekonvoluci a interpretaci middle-down dat.
  • Integrace workflow do kvality výroby (QA/QC), rutinní screening biosimilars a degradace spojené s produktem.
  • Rozšíření na kontrolu post-translačních modifikací a glykových vzorů v reálném čase.

Závěr


Popisovaný workflow kombinuje optimální podmínky přípravy vzorku, vysoce výkonnou chromatografii a flexibilní režimy Q Exactive BioPharma MS pro přesné stanovení hmotnosti a detailní middle-down analýzu mAb subunit. Kompletní redukce s 4 M GdHCl a DTT/TCEP při 57 °C je klíčová pro robustní a reprodukovatelné výsledky. Stepped collision energies a správná volba šířky izolace umožňují vysoké sekvenční pokrytí podjednotek.

Reference


  1. Scheffler K.; Damoc E. Full characterization of heterogeneous antibody samples under denaturing and native conditions on a Q Exactive BioPharma mass spectrometer. Thermo Fisher Scientific Application Note 72348, 2017.
  2. Scheffler K.; Viner R.; Damoc E. High resolution top-down experimental strategies on the Orbitrap platform. J. Proteomics 2018, 175, 42–55.
  3. Farrell A.; Carillo S.; Scheffler K.; Cook K.; Bones J. Monoclonal antibody sequence assessment using a hybrid quadrupole-Orbitrap mass spectrometer. Anal. Methods 2018, 10, 3100–3109.
  4. Carillo S.; Jakes C.; Zaborowska I.; Bones J. IdeS-cleaved mAb subunit analysis with LC-HRAM-MS: a quick and accurate comparison of biosimilar and originator biotherapeutics. Thermo Fisher Scientific Application Note 21806, 2018.

Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.

PDF verze ke stažení a čtení
 

Podobná PDF

Complete characterization of monoclonal antibodies under native and denaturing conditions
Improved and universal inline electrochemical reduction and subunits LC-MS analysis of multiple classes of monoclonal antibodies
IMSC: Full Characterization of Heterogeneous Antibody Samples Under Denaturing and Native Conditions on a Hybrid Quadrupole-Orbitrap Mass Spectrometer
In-depth characterization of monoclonal antibodies
In-depth characterization of monoclonal antibodies
2024|Thermo Fisher Scientific|Aplikace