Characterization of intact monoclonal antibody with microfluidic chip electrophoresis mass spectrometry

Význam tématu

Analýza heterogenity monoklonálních protilátek je klíčová pro zajištění kvality a bezpečnosti biovědeckých výrobků. Malé rozdíly v glykozylaci, odštěpení koncových lyzinů nebo deamidaci mohou ovlivnit účinnost a stabilitu terapeutických protilátek.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem práce bylo vyvinout rychlý a efektivní postup pro separaci a charakterizaci intaktních proteoform mAb na bázi NISTmAb (RM 8671). Studie demonstruje použití mikrofluidního kapilárního elektroforézy v kombinaci s vysokorozlišujícím orbitrapovým spektrometrem a specializovaným softwarem pro dekonvoluci hmotnostních spekter.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorek: NISTmAb (recombinant humanized IgG1κ) s detailně popsanými posttranslačními modifikacemi.

• Separace: ZipChip microfluidic CE (908 Devices), 22 cm kanál, BGE 0,2 % acetic acid, 10 % IPA, pH 3,17, injekce 0,4 nL při 2 psi/4 s, napětí ~20 kV (CE) a ~2 kV (nano‐ESI).
• Detekce: Thermo Scientific Q Exactive Biopharma platform, režim m/z 2500–6000, rychlost 6 scanů/s, in-source CID 100 eV.
• Data: BioPharma Finder 2.0 se specifickou databází pro dekonvoluci (ReSpect algoritmus) a identifikaci proteoform.

Hlavní výsledky a diskuse

V průběhu čtyřminutové analýzy byly odděleny tři základní lysinové varianty (0-, 1- a 2-lys). Pro každou variantu bylo identifikováno pět hlavních glykoform (G0F/G0F, G0F/G1F, G1F/G1F, G1F/G2F, G2F/G2F) a navíc proteoformy s jedním či dvěma adducovanými lyziny. Mass error většinou pod 10 ppm a dynamický rozsah přes tři řády potvrzují vysokou kvalitu a citlivost metody.

Přínosy a praktické využití metody

Rychlá analýza intaktních protilátek bez nutnosti další přípravy vzorku umožňuje vysokou propustnost QC laboratoří. Kombinace mikrofluidního CE a orbitrapové hmotnostní spektrometrie poskytuje detailní pohled na proteoformy relevantní pro vývoj a kontrolu bioterapeutik.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj mikrofluidních platforem s vyšší kapacitou paralelních kanálů a zkrácením doby analýzy. Pokročilé softwarové nástroje s umělou inteligencí mohou automatizovat identifikaci neznámých modifikací a zlepšit standardizaci biopharma analýz.

Závěr

Prezentovaná metoda ukazuje, že spojení ZipChip mikrofluidní kapilární elektroforézy s Q Exactive Biopharma spektrometrem a BioPharma Finder softwarem umožňuje rychlou, citlivou a komplexní charakterizaci intaktních monoklonálních protilátek. Všechny hlavní proteoformy NISTmAb 8671 byly úspěšně identifikovány.

Reference

1. John E. Schiel, Darryl L. Davis, Oleg V. Borisov – State-of-the-Art and Emerging technologies for Therapeutic Monoclonal Antibody Characterization: The NISTmAb Case Study, American Chemical Society, 2015
2. Erin A. Redman, J. Scott Mellors, Jason A. Starkey, Michael Ramsey – Characterization of Intact Antibody Drug Conjugate Variants Using Microfluidic Capillary Electrophoresis – Mass Spectrometry, Analytical Chemistry 88(4):2220–2226, 2016