Ein Open-Source-Framework für die Massenberechnung von Antikörper-basierten therapeutischen Molekülen

Summary

Dieser Artikel beschreibt die Verwendung einer Softwareanwendung, mAbScale, für die Berechnung von Massen für monoklonale Antikörper-basierte Proteintherapeutika.

Abstract

Biotherapeutische Massen sind ein Mittel zur Überprüfung der Identität und der strukturellen Integrität. Die Massenspektrometrie (MS) von intakten Proteinen oder Proteinuntereinheiten bietet ein einfaches Analysewerkzeug für verschiedene Stadien der biopharmazeutischen Entwicklung. Die Identität des Proteins wird bestätigt, wenn die experimentelle Masse aus MS innerhalb eines vordefinierten Massenfehlerbereichs der theoretischen Masse liegt. Es gibt zwar mehrere Berechnungswerkzeuge für die Berechnung von Protein- und Peptidmolekulargewichten, aber sie wurden entweder nicht für die direkte Anwendung in biotherapeutischen Einrichtungen entwickelt, haben Zugriffsbeschränkungen aufgrund kostenpflichtiger Lizenzen oder erfordern das Hochladen von Proteinsequenzen auf Host-Server.

Wir haben eine modulare Massenberechnungsroutine entwickelt, die die einfache Bestimmung der durchschnittlichen oder monoisotopischen Massen und der elementaren Zusammensetzung von therapeutischen Glykoproteinen ermöglicht, einschließlich monoklonaler Antikörper (mAb), bispezifischer Antikörper (bsAb) und Antikörper-Wirkstoff-Konjugate (ADC). Der modulare Charakter dieses Python-basierten Berechnungsframeworks wird es ermöglichen, diese Plattform in Zukunft auf andere Modalitäten wie Impfstoffe, Fusionsproteine und Oligonukleotide auszuweiten, und dieses Framework könnte auch für die Abfrage von Top-Down-Massenspektrometriedaten nützlich sein. Durch die Erstellung einer eigenständigen Open-Source-Desktop-Anwendung mit einer grafischen Benutzeroberfläche (GUI) hoffen wir, die Einschränkungen bei der Verwendung in Umgebungen zu überwinden, in denen proprietäre Informationen nicht in webbasierte Tools hochgeladen werden können. Dieser Artikel beschreibt die Algorithmen und die Anwendung dieses Werkzeugs, mAbScale, auf verschiedene antikörperbasierte therapeutische Modalitäten.

Introduction

In den letzten zwei Jahrzehnten haben sich Biotherapeutika zu einer tragenden Säule der modernen Pharmaindustrie entwickelt. Die SARS-CoV2-Pandemie und andere lebensbedrohliche Erkrankungen haben den Bedarf an einer schnelleren und breiteren Entwicklung biopharmazeutischer Moleküle weiter erhöht ^1,2,3.

Das biotherapeutische Molekulargewicht ist in Kombination mit anderen analytischen Assays entscheidend für die Identifizierung des Moleküls. Die intakten und reduzierten Untereinheitenmassen werden während des gesamten Forschung....

Protocol

Der allgemeine Workflow für mAbScale ist in Abbildung 2 dargestellt. Jeder Schritt verfügt über ausgefeiltere innere Entscheidungszweige, Schleifen und Kombinatorik. Ein detaillierter algorithmischer Workflow, der den Berechnungsprozess beschreibt, ist in der ergänzenden Abbildung 1 dargestellt. Die Anwendungsausgabe wird in einem Tabellenkalkulationsformat in dem vom Benutzer ausgewählten Ordner gespeichert. Die Ausgabedatei besteht aus mehreren separaten Arbeitsblättern, die als Benutzereingabe, Molekulargewichtsberechnungen und Referenzen für die Ableitungen der durchschnittlichen Isotopenmasse kategorisiert werden kön....

Results

Es wurde eine Vielzahl von mAbs ausgewählt, um verschiedene Arten von mAbs zu repräsentieren. Ein kommerziell erhältlicher mAb-Standard wurde ausgewählt, um einen konventionellen mAb mit identischen schweren Ketten, identischen leichten Ketten und einer N-verknüpften Glykosylierungsstelle in der Fc-Region darzustellen. Ein mAb mit einer zusätzlichen Leichtketten-N-verknüpften Glykosylierung, ein bispezifischer mAb und ein Antikörper-Wirkstoff-Konjugat (ADC) mAb wurden ebenfalls ausgewählt, um die Anwendungsmöglichkeiten .......

Discussion

mAbScale bietet eine intuitive Benutzeroberfläche mit der Flexibilität, die Bausteine für Massen- und Elementberechnungen zu ändern. Von den Anwendern wird erwartet, dass sie ein grundlegendes Verständnis des Zielmoleküls haben, um die Anwendung zu verwenden, korrekte Massen abzuleiten und die Ergebnisse zu interpretieren. Zum Beispiel kann das intakte oder reduzierte Massenausgabeblatt aufgrund der zahlreichen Reihen intakter oder reduzierter Massen überwältigend sein, da die Standard-Glykandatenbank 88 N-verknüpfte Gly.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acquity UPLC-System	Waters Corp., Milford, MA	N/A	Modulares System
Antikörper-Wirkstoff-Konjugat (ADC)	GlaxoSmithKline	N/A	Proprietäres Molekül
BEH 200 SEC Säule	Waters Corp., Milford, MA	176003904
Bispezifisches mAb	GlaxoSmithKline	N/A	Proprietäres Molekül
Byos	Protein Metrics, Cupertino, CA	https://proteinmetrics.com/byos/ Version 4.5
GPMAW	GPMAW	http://www.gpmaw.com/
Wasser in LC-MS-Qualität	Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA	W6-1
mAb Standard	Waters Corp., Milford, MA	186009125	Waters Humanized mAb Mass Check Standard
mAbScale	GlaxoSmithKline	Apache Lizenz, Version 2.0
Xevo G2 Q-TOF Massenspektrometer	Waters Corp., Milford, MA	N/A	Modulares System