新技术旨在加速生物制药的发展

生物疗法(或生物制剂)是使用活生物体生产的药物。例如细胞疗法、蛋白质疗法和抗体疗法。大规模开发和生产生物治疗药物需要对活性物质的特性进行彻底分析，以确保其同时满足有效性和安全性要求。质谱(MS)等分析技术是这一过程中采用的关键工具。

赛默飞世尔科技公司(Thermo Fisher Scientific)最近宣布推出一种新的直接质谱技术模式，该模式为他们的超高分辨率质谱仪配备了电荷检测功能。这种单个离子技术的加入将使研究人员能够分析以前过于复杂而无法解决的生物疗法、蛋白质复合物和病毒颗粒。

为了了解更多关于直接大规模技术的信息，它与传统方法的比较，以及它对下一代药物模式开发的前景，我们采访了赛默飞世尔科学公司生命科学质谱组学营销高级总监Andreas Huhmer。

Ash Board (AB): Direct Mass Technology如何在分析复杂蛋白质混合物时实现速度、灵敏度和分辨率?

Andreas Huhmer (AH):这都与你所分析的混合物的复杂性有关。你所做的基本上是，捕捉离子通过质谱仪进入到你的轨道rap的前端，然后，不是看我们所说的节拍，也就是那些离子旋转的频率，或者绕轨道rap运行，我们看的是振幅。所以，在这个意义上，我们没有做任何不同的事情，我们只是观察信号的不同部分。这让我们能够理解单个分子的电荷这就是我们从直接质量技术模式中读出的东西。在更高的层面上，你现在可以想象，如果你有有限的空间，Orbitrap也有有限的空间，就像其他三维容器一样，你放的不同分子种类越多，灵敏度就越受限制。记录单个离子的时间比记录10个相同分子种类的离子的时间要长一些。我们通过多路复用测量和同时测量多个离子来加快这一速度。所以，这都归结于样本的复杂性。在这一点上，直接大规模技术还没有发展到非常复杂的混合物，例如，你不会注入整个蛋白质组。在这个时间点上，你关注更简单的混合物，通常是复合物，纯化抗体，类似的东西。 They are still mixtures, as we now see from the signal, but they're not the typical proteome mixture.

AB:你能谈谈直接大规模技术是如何从极少量的样本中收集这么多数据的吗?

啊:使用直接质量技术(Direct Mass Technology)，我们向Orbitrap注入的离子比典型的m/z测量(也称为集成测量)要少。当你观察单个分子种类的信号振幅时，你记录下它们每次绕中央电极运行时，单个分子种类的信号振幅是多少，你可以对你捕捉到的所有分子种类进行并行处理。本质上你可以把信号加起来然后代表单个分子的电荷。所以，这实际上是一个单离子分子测量，你正在完成。但是这个过程是与陷阱中的离子种类并行进行的。这基本上是由超高分辨率的质谱仪实现的，它可以让人们直接测量m/z和电荷。Orbitrap与其他可以进行电荷检测质谱分析的仪器之间的区别在于，我们基本上同时并行地进行两种测量。

AB:与传统的测量技术相比，结果如何?

啊:在传统测量中，你测量的是质量除以电荷。这种测量的物理原理是这些离子绕中央电极运行的频率。对频率信号进行反褶积就得到质量除以电荷。这通常会给你样本中带电物质的分布曲线，根据峰值的差值，你可以计算出分子的电荷量，这就提供了质量。在这种特殊情况下，我们使用直接质量技术，我们直接测量质量。这使你能够克服在传统测量中可能遇到的分辨率限制，特别是在非常大的分子的非常大的质量时。例如，地球上分辨率最高的质谱仪无法解析病毒或腺病毒衣壳的分子电荷种类。在这种情况下，我们可以直接确定电荷，因此可以解析出所有的分子种类。这是一个重大突破，因为在此之前，我们不知道这些病毒或分子复合物的组分有多复杂和多异质。

AB:直接质谱技术的工作流程与传统的质谱技术相比如何?

啊:传统的质谱仪设置，如霰弹枪测序，是反相液相色谱分离柱，然后洗脱样品。在这种情况下，我们仍然可以进行LC-MS，但我们主要在原生质谱条件下使用，利用不同类型的色谱分离模式，如离子交换和尺寸排除。实验室的复杂程度通常决定了他们是使用在线注射还是直接注射样本。如果他们在线使用，那么他们可以做一个典型的LCMS设置。样品越复杂，你需要测量的时间就越长，这意味着你可能想要注入样品。那么，你有足够的时间来收集足够的信号吗?就像我说的，你需要覆盖那个部分或样本中所有的分子种类，这需要更长的时间，因为你需要单独记录所有的振幅，这在一个不太复杂的样本中是减少的。这就回到了你的问题，速度是多少?这取决于样本的异质性。

AB:在并行分析单个离子时，数据处理与传统测量技术相比如何?

啊:在传统的测量技术中，你创建一个所有分子种类的复合信号。在直接质量技术(Direct Mass Technology)中，您可以为每个分子物种并行创建一个信号，这就创建了我们所说的STORI图(谐振离子的选择性时间概述)，显示检测时间与信号振幅，其中STORI图斜率与检测到的分子物种的电荷成正比。这使您能够查看您记录的单个分子种类。而在传统的质谱信号中，你看的是m/z和它的强度。

AB:直接质量技术的主要应用包括糖型分析、膜蛋白和复合物以及生物治疗表征。你能谈谈它在这些领域的应用吗?

啊:这些类别中的每一个都有他们自己的挑战，你会出于各种原因应用直接大规模技术。如果你在观察一种抗体，你想了解抗体制备的异质性或纯度，这可能与抗体的糖基化状态有关。如果你考虑一个腺相关病毒(AAV)，你可能想要了解AAV组件和它的货物的异质性。如果你想查看衣壳内部，了解哪些病毒包含负载，哪些没有。在这种特殊情况下，你可以应用这种技术，说，我的这一部分制剂含有负载，而这一部分不携带负载。这些都是直接大规模技术将产生巨大影响的方式。直到今天，还很难确定一个特定的衣壳是否有正确的负载或任何负载。目前，人们使用超离心和沉淀来分离和了解他们想要装载特定内容的衣壳是否含有该内容，如果它确实含有该内容，它是正确的内容还是它被修改了?使用直接质量技术，因为你直接测量质量，所有这些都可以直接测量，因为质量是容器和装载机的指示。

AB:你有什么客户故事可以分享吗?

啊:随着我们在过去一年左右的时间里开发这项技术，我们有大约10个测试客户。由于这是第一次有商业产品用于这种测量，很少有人见过使用Orbitrap仪器进行单离子测量。即使是最有经验的科学家，他们也必须看两遍才能欣赏他们所看到的东西。

当我第一次看到我们与一家制药公司合作的一些样品时，他们正在给我们一些他们的制剂。我们就像，哇，我们不知道样本有多异质。我们在用户会议上展示了一个来自治疗性fc融合蛋白Etanercept (Enbrel®)商业制剂的例子。这是一种安全的药物，而且特征很明确。但当你真正使用直接质量技术时，你可以分辨出100多种不同的分子种类。这是可以解释的，因为Enbrel已知至少有3个n -链聚糖和至少13个o -链聚糖。但是当你看到复合信号和单个分子物种的信号时，这是一个非常不同的世界，因为现在你实际上可以量化和辨别那些单个分子物种，这真是令人难以置信。

AB:你对直接大规模技术所获得的数据和洞察水平感到惊讶吗?或者这是你所期望看到的?

啊:第一次的时候我真的很惊讶，因为我没有预料到信号的异质性。但我立刻意识到这项技术的潜力，因为当我们开发第四代药物模式时，将会是基因疗法，病毒载体和整个细胞。为COVID开发的疫苗是下一代药物的一个很好的例子。这些是更大更复杂的分子，一般来说，更难分析。因此，当我们制造下一代药物时，这项技术对于真正了解我们所关注的是什么是必要的。另外，当你考虑到我们已经从分子的角度在复合物的背景下理解生物学方面取得了很大的进展。蛋白质是如何组成功能亚基的?随着冷冻电子显微镜技术的进步，我们知道了它们的样子，但我们真的不知道它们是如何组装的，以及生物学是如何发生的。例如，通过这项技术，我们现在可以看到小配体是如何与离子通道结合的。离子通道通常在膜中，当它们在膜中时，它们很难用传统的方法来分析，因为它们很大，非常复杂和异构。 Now, with Direct Mass Technology, you can actually observe how, for example, a particular drug binds to an ion channel and does its action. This is absolutely game-changing.

Andreas Huhmer接受了Technology Networks编辑总监Ash Board博士的采访。188金宝搏备用