生物制药分析

生物疗法，也被称为生物制剂或生物制药,都是来源于生物来源，如植物、微生物和转基因细胞和有机体。它们包括由核苷酸聚合物(即RNA或DNA)或氨基酸(多肽和蛋白质)组成的高分子质量药物。

基于核酸的生物治疗药物，如小干扰RNA (siRNA)和DNA，因其持久和潜在的疗效而越来越受到关注，但目前很少有基于核酸的药物被批准用于治疗。肽和蛋白质，另一方面，代表了一类主要的生物治疗，由于其多功能的生理功能。

“分析技术，如色谱和质谱，以及各种工具，如克隆、CRISPR/Cas、一次性设备、机器学习[和]使用先进传感器和自动化，有助于推进生物制药研究，”弗劳恩霍夫IME生物过程工程系主任、亚琛工业大学副教授Johannes Buyel博士说。Buyel的工作重点是重组蛋白表达、整体生物过程集成、制造过程建模及其数字化。

各种生物制药分析技术被用于获得重要的见解进入复杂生物治疗药物的成分、质量、稳定性和安全性的整个开发流程。在这篇文章中，我们将仔细研究科学家在该领域采用的一些策略。

Biotherapeutic发现

基因组挖掘

基因组挖掘涉及与微生物中新的生物合成途径相关的基因鉴定。一个常见的瓶颈识别这种途径是对以前已经发现的化合物的重新发现。基因聚类分析与光谱技术一起，可以加速未知天然产物的鉴定，也可以确定代谢物的立体化学。

帮助从单个基因组到整个属的基因组挖掘的平台的例子是BiG-SCAPE和CORASON。BiG-SCAPE提供生物合成基因簇的序列相似性分析，而CORASON则通过系统基因组方法阐明基因簇之间的进化关系。CRISPR-Cas9非常重要技术可以有效激活生物合成基因簇中的多个链霉菌属物种。这使得独特的代谢物的产生，例如，新颖的聚酮链霉菌属viridochromogenes。这项技术导致了罕见和未知的抗生素变体的生产，如阿米西丁、硫乳霉素、菲anthroviridin和5-chloro-3-formylindole。

METLIN是一个重要的代谢物鉴定平台，包括具有片段相似搜索功能的高分辨率MS/MS数据库。它极大地帮助了未知化合物的快速鉴定。其他在网上工具在生物制药研究中使用的是化合物结构识别(CSI): FingerID和输入-输出核回归(IOKR)。科学家们正在开发先进的基于分子网络的数据库，其中包含来自生物活性化合物的分类信息，以提高注释的可信度。

Metabolomics-based方法

色谱和光谱分析等分析工具的最新进展，加上计算方法，使代谢组学应用于基于天然产物的药物发现。

代谢组学 的方法允许同时分析生物样品中的许多代谢物，提供关于粗提取物中代谢物组成的准确信息。这使得对未知化合物的快速解释和鉴定成为可能。基于代谢组学的方法还可以检测不同生理状态下的细胞和生物的代谢物组成之间的差异，生成详细的代谢物概况，以提供更全面的研究表型特征在分子水平上。这些剖面对于理解生物活性化合物的分子作用机制很重要。

生物制药管道中使用的分析工具

在生物治疗药物的开发和制造过程中，需要广泛的分析技术。这些方法对于生物治疗产品的持续评估是必要的，有助于识别和描述翻译后修饰(如糖基化)、结构异质性、稳定构象等。通过这样的评估，开发人员能够评估和调整生物制造中涉及的上游和下游生物工艺，并根据需要实施变更，以确保工艺的效率和最终产品的纯度。

生物活性化合物是分析了使用各种方法，如 核磁共振光谱学和高分辨率质谱(HRMS)。 核磁共振分析提供产品的定量数据和结构表征。然而，它具有相对较低的灵敏度，因此，通常用于分析主要成分。几种色谱工具如离子交换、亲和和凝胶过滤色谱被用于纯化重组蛋白生物制药产品。

先进技术加速下一代生物疗法的发展

生物制药公司正在从开发标准的单克隆抗体疗法过渡到更复杂的抗体结构和新的遗传药物。观看本次网络研讨会，了解为应对生物制药行业的挑战而专门设计的最新技术，例如使研究人员能够比传统方法更快地运行多个样品的多毛细管电泳系统。

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赞助内容

生物制药中的质谱成像

质谱成像（ MSI)用于测定生物体内活性化合物的空间分布。不同类型的MSI，如基质辅助激光解吸/电离(MALDI)、解吸电喷雾电离(DESI)、纳米粒子激光解吸/电离(nano-PALDI)和二次离子质谱(SIMS)被用于药物发现。这些工具在空间分辨率和分子信息方面有所不同。化合物分布的相关研究对于临床前安全性评估、临床研究和机制理解尤为重要。

西奥多Alexandrov他是德国海德堡欧洲分子生物学实验室(EMBL)结构和计算生物学单元的团队负责人，参与开发用于空间和单细胞代谢组学等新领域的实验和计算工具。他说:“在过去的十年里，MSI成为在组织切片中定位药物和药物代谢物的首选工具。”根据Alexadrov的说法，这是因为MSI比fda最初批准的定位药物的方法——全身放射自显影(WBAR)更快、更敏感。

亚历山德罗夫指出:“MSI可以检测到WBAR可能遗漏的药物代谢物，但它们具有生物活性。”他进一步解释说，这种分析工具有助于加快生物治疗发展的临床前和临床阶段。

生物制药中的液相色谱

液相色谱(LC)是一种基于液体流动相的分离技术，样品中存在的分子和离子被溶解。的液相含有溶解的样品通过一个充满吸收颗粒的柱，称为固定相。分离基于每个组分对流动相的亲和性——亲和性影响组分在色谱柱中迁移的速度。LC与各种检测器相耦合，如荧光、紫外可见(UV-Vis)和光散射检测器，用于在开发过程中对生物疗法进行表征。它可以用来识别特定的蛋白质，并帮助确定它们的结构。离子交换色谱法结合紫外检测器可用于测定蛋白质-蛋白质在天然状态下的相互作用。对于粗提取物中大量存在的异构体的分离和定性和定量分析，科学家使用LC和HRMS组合方法。

在过去的十年中，高效液相色谱(HPLC)和质谱(MS)的结合已被证明是无价的分析工具生物制品的发现。这些技术用于鉴定活性化合物以及确定原料药的纯度。此外，液相色谱结合质谱(LC-MS)在确定药物纯度方面具有广泛的适用性。这种技术常用于表征蛋白质生物制药，应用于肽图谱分析。

质有助于提高分析的可信度，并尽量减少与数据解释相关的歧义。最近，科学家们通过规范实验程序、优化仪器参数和升级质谱仪，成功地提高了这类实验的数据质量。在蛋白质生物治疗的情况下，LC-MS被执行，并与紫外线(UV)检测工具配对，以提供紫外线指纹，可用于质量控制(QC)目的和研究药物释放。

加强生物制药生产的战略

传统上,biotherapeutic研究从“粗”提取物的生物筛选开始，这最终导致分离出具有生物活性的有前途的化合物。由于这一过程费时费力，研究人员现在已经采用了各种策略来克服这些缺点。一种方法是创建与高通量筛选相协调的文库。这一过程加速了为生物靶标(如病毒蛋白、酶等)寻找特定药物的过程。

优化生产过程，即从粗提物中分离生物活性代谢物到纯化，是一项复杂的任务。为了克服各种相关的复杂性，科学家们使过程小型化(如微型化净化技术、微型化生物反应器等)，使他们可以更仔细地观察整个过程，并进行必要的修改，以开发优化的生产方法。

自动化液体处理技术有助于生物制药公司有效和精确地处理液体样品。为了加速药物的开发过程，粗提取物预分式分解成子分式因此，它们适用于自动液体处理技术。该技术增加了获得大量目标生物活性化合物的可能性，同时最大限度地减少所需的时间。

生物制药分析的当前挑战和未来研究

一般来说，药物开发是一个极其复杂和昂贵的过程。根据塔夫茨药物开发研究中心在美国，一种药物的开发需要近12-15年的广泛研究，生产成本可能超过20亿美元。未来的目标之一是开发减少这一时间框架和相关成本的方法。

然而，生物制药分析的挑战依然存在。重组蛋白是通过基因工程细胞开发的，保持这些细胞的最佳生长条件对获得高质量产品很重要。而且，大规模生产重组蛋白的成本很高。另一个挑战与生物制药相关的是生物分子在生产、储存和运输过程中受到多重压力时的变性和聚集。降解或聚集的蛋白质成分可能失去效力，也可能变成有毒的。这些蛋白质结构的变化可能非常小，现有的分析工具可能不够敏感，无法检测到它们。因此，需要不断开发高精度分析工具，以确保卓越的质量和降低生产成本。