LC/MS, LC/Orbitrap, LC/HRMS, LC/MS/MS
ZaměřeníProteomika
VýrobceThermo 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
- 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.
- Scheffler K.; Viner R.; Damoc E. High resolution top-down experimental strategies on the Orbitrap platform. J. Proteomics 2018, 175, 42–55.
- 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.
- 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.