质谱在生物制药的发现

Biotherapeutics现在占25%的新药的批准。他们的有效性和安全性高度依赖于结构,是复杂的、异构的和修改。分析生物分子因此需要一个不同的小分子药物的方法。质谱(MS)已成为首选的技术提供一系列分析问题的答案,提供灵敏度、选择性和特异性。在过去的十年里进展质谱是允许更多的高阶信息结构和新的成像技术甚至提供深入了解生物药的行为在活的有机体内。

女士可以探测、识别和量化分子隔开它们的质量比率。但生物分子带来一些独特的问题。“他们常常是数百次的大小传统的小分子药物,”托德•Stawicki表示生物制药应用SCIEX科学家。这往往会影响质谱的灵敏度可以实现。加上,“生物合成是高度异构”,Stawicki补充道,“它经常创建大量的小变化。然后分析的挑战是那些微小的变异特征,确定它们是否临床相关。”

通常,质谱电离的示例使用电喷雾电离(ESI),高电压应用于液体创建一个气溶胶。这种“软电离”技术创建小初始分裂与大分子(通常是一个问题。离子在电场或磁场由加速度,然后被一个电子倍增器:偏转经验的质荷比的函数。质荷比的离子是由一个或多个不同类型的质量分析器。能获得更多的结构信息串联质谱谱/ MS),离散离子可以孤立的、分散的和他们的质荷比确定。

质谱和蛋白质结构

可以获得的信息从蛋白质是巨大的,包括它的主要氨基酸序列、转录后修饰,甚至高阶结构。最基本的信息,其氨基酸序列被胰蛋白酶消化经常发现创建生产指纹质谱肽片段。内部结构信息的各种多肽蛋白质也可以找到使用方法使用还原剂如打破二硫化物链接。“抗体可以简单地减少他们,而不是一个单一的蛋白质你会得到四个更小的子单元。它可以让你更好的分辨率和细节,同时仍然保持其完整的结构,”凯利Jonakin说高级全球营销经理在SCIEX制药和生物制药。

”也有许多不同的转录后修饰,可以直接观察通过质谱分析,“Jonakin说。这些酶的修改发生后蛋白质的生物合成,影响药物的疗效和安全性。一个重要的一个是糖基化,糖的共价加成半个到特定的氨基酸。大约一半的蛋白质表达细胞接受这个修改。聚糖之前保持酶的蛋白质分离分析产生糖基化指纹。¹通过工程蛋白质表面的糖基化模式,药物开发者希望增强治疗性能。

质谱也有至关重要的作用在检测污染物的生物工程过程Jonakin说:“当基因工程细胞生产这些biotherapeutics也产生很多其他的蛋白质(宿主细胞蛋白质的学校),其中一些可以有不受欢迎的特性。质谱法是能够描述和量化这些杂质。“在发展,如果有一个宿主细胞蛋白质,尤其免疫原性,代表了一种高安全风险,科学家可以开发一个质试验定量监测一个独特的签名为宿主细胞蛋白肽,然后监控净化和释放的这批biotherapeutics,“Jonakin解释道。

质谱分析和药物疗效

在生物制药质谱在测量中发挥作用药物疗效往往通过分析下游的影响。“我们可以使用它来观察生物药物的结果绑定,“Stawicki说,“例如,我们可以用质谱来看看一个信使的磷酸化蛋白质绑定事件造成的。“但是,现在也可以探测biotherapeutic与其目标的互动过程中通过执行一个本地模式分析。

根据化学家,Igor Kaltashov从马萨诸塞大学阿默斯特,这项技术还没有广泛建立,但他说:“行业越来越感兴趣这方面的质谱分析。我想说在2 - 3年将变得司空见惯。“本地质谱分析需要从溶液中提取蛋白质组装使用应急服务国际公司进入气相。轻轻“你必须这样做,所以你不要打破这些复合物。“协助从解决方案进入气相Kaltashov开创了一个技术,使用尺寸排阻色谱法。²第一个允许在溶液中分子复合物分离小分子同时保留生物活性。“你可以将复杂的使用溶剂中形成磷酸盐缓冲系统,不与质谱兼容,使用尺寸排阻色谱法作为一个接口,“Kaltashov解释道。

另一种方法来研究构象和绑定hydrogen-deuterium交换(HDX)女士。³如果在解决方案介绍了重水,氢原子与氘交换。交换率的特点是氢气保护的程度和提供构象信息。“绑定表位(即界面残留),将从你的标签屏蔽代理所以一旦完成标签你可以询问他们,通过使用标准的方法,确定哪些残留没有标记。他们被分配的残留参与这些绑定抗原表位的形成,“Kaltashov解释道。

这个工具包

许多类型的研究需要高度敏感的仪器和Jonakin说蛋白质定量的黄金标准是三重四极质谱仪(三重四重,全面质量管理,回调)。这是一个串联质谱仪组成的两个串联四极质量分析器。四极指的是由四个平行圆柱棒控制电压和只允许特定质荷比的离子到达探测器。在两者之间的质量分析器四极的第三四极作为电池collision-induced离解。“三重四胞胎非常敏感,有很多地方发现和开发管道内,研究人员需要极端敏感性,”Jonakin说,“这可以为临床前和临床研究是至关重要的。但是,他们不提供深女士的信息,这就是四极飞行时间女士给你。”

四极飞行时间(Q-Tof MS)女士是另一个重要的高分辨率质谱分析方法。飞行时间质谱仪,离子在电场加速。在高真空脉冲离子旅游,然后影响电子倍增器的舞台区域。离子旅游作为它们的大小的函数——小离子旅行速度比大离子。“这使我们能够检测和表征蛋白质和肽具有极高的精度和分辨率。自信是至关重要的区别很小,然而重要的是,差异非常大的biotherapeutics,”Stawicki说。这些先进的质谱仪可以提供一定程度的详细信息,例如,可以准确的糖基化分析。

为研究生物药物,Jonakin Q-Tof系统提供一个速度优势女士说:“一个大生物制药所需的速度,几乎在所有的水平,因为速度相当于深度报道和生物制剂非常复杂你只有那么多。能够在短时间内做大量的实验可以得到非常深,非常丰富的质谱信息。”

新的数据采集策略也允许更全面的碎片离子在生物样品分析利用高分辨率QTOF质谱分析。这可以给你详细的信息在每个检测分析物在样品在一个单一的运行。对高度复杂biotherapeutics这是一个很大的优势。

质谱分析和成像

已经被证明是有效的在生物制药发展的另一个创新是成像质谱法。最早的方法用于生物成像谱技术(Matrix-assisted激光解吸电离)成像,首先在1990年代由理查德·Caprioli范德比尔特大学。二十年后,它的使用越来越广泛的成像组织的药代动力学研究。“事MALDI相比其他成像方法是能够看到女士大肽和蛋白质等生物分子,”说亚当麦克马洪高级讲师在曼彻斯特大学的分析化学。

方法是通过覆盖一层薄薄的矩阵组织切片的结晶材料和逐步扫描表面用激光。这蒸发矩阵有潜在的生物分子。“你通常看到完整的分子离子和不是他们的片段,”麦克马洪说。“图像文件可以包含数万g的数据,你有山峰,很多群众,都将给你一个图片。所以,如果你有一个药物分子,你可能整个组织样本分布地图,可以看到你的药物是否已经渗透到一个特定的组织,这可能是重要的在一个肿瘤,例如。”

这种成像技术已被用于解释一些不寻常的非标靶药物副作用,例如谱技术用于识别药物代谢物引起癫痫发作的病人服用艾滋病非核苷逆转录酶抑制剂。⁴“药物输送到大脑也可以检查,血脑屏障可以排除某些分子,”麦克马洪补充道。他人已经使用该技术来确定肿瘤边缘,MALDI女士图像组织学比较数据。

另一种成像方法,解吸附电喷雾电离(DESI),使用激光,而是使用一个快速移动的带电溶剂滴在1 - 5微米大小的顺序,针对样品表面。水滴从表面提取分子进入气相进行分析。麦克马洪表示怀疑的空间分辨率技术可以提供,但它现在可以低至40 - 50微米;“你没有看到大的蛋白质提取在这些液滴,脂质主要。但脂质可以告诉你很多关于什么将会发生在你的组织。你可能会比较的组织和没有接受药物和你看到的是组织响应的血脂的变化。”

质谱分析是一个重要的工具在生物药物的发现和开发,但许多通常仍被视为一个技术专家,结果需要复杂的解释。发展和后续的质谱的发展意味着技术是现在很多研究人员更容易在使用经验较少的技术。

质谱的力量现在所有biotherapeutics的研究人员可以利用自己的东西。

引用

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