Tutaj prezentujemy kompleksowy protokół elektroforezy strefy kapilarnej do oceny wewnętrznej fizykochemicznej heterogeniczności przeciwciał monoklonalnych jako atrybutu jakości.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Tutaj prezentujemy kompleksowy protokół elektroforezy strefy kapilarnej do oceny wewnętrznej fizykochemicznej heterogeniczności przeciwciał monoklonalnych jako atrybutu jakości.
Białka bioterapeutyczne, takie jak przeciwciała monoklonalne (mAb), są realnymi alternatywami w leczeniu chorób przewlekło-zwyrodnieniowych. Aktywność biologiczna tych białek zależy od ich właściwości fizykochemicznych. Opisano zastosowanie technik o wysokiej wydajności, takich jak chromatografia i elektroforeza kapilarna, do analizy niejednorodności fizykochemicznej mAb. Obecnie technika elektroforezy w strefie kapilarnej (CZE) stanowi jeden z najbardziej rozdzielczych i czułych testów do analizy biomolekuł. Poza tym separacja sterowana elektrycznie w CZE jest regulowana przez rozległe właściwości materii i oferuje tę zaletę, że analizuje białka w stanie zbliżonym do ich rodzimego stanu. Jednak pomyślne wdrożenie tej techniki do rutynowej analizy zależy od umiejętności analityka na krytycznych etapach przygotowywania próbki i systemu. Celem tego samouczka jest szczegółowe omówienie kroków, które należy wykonać, aby odnieść sukces w analizie CZE mAb. Ponadto protokół ten może być wykorzystywany do rozwoju i doskonalenia umiejętności personelu zaangażowanego w laboratoria chemii analitycznej białek.
Przeciwciała monoklonalne (mAb) są białkami bioterapeutycznymi, które cieszą się coraz większym zainteresowaniem ze względu na ich zdolność do działania przeciwko kilku chorobom przewlekłym i zwyrodnieniowym1. Podobnie jak inne biomolekuły, mAb są podatne na szereg modyfikacji fizykochemicznych na wszystkich etapach swojego cyklu życia (tj. od biosyntezy do produktu końcowego). Takie modyfikacje obejmują między innymi: deamidację, glikozylację, utlenianie, cyklizację, izomeryzację, agregację i rozszczepienie proteolityczne2. W związku z tym potrzebne są techniki analityczne zdolne do wyodrębniania wewnętrznych izoform w celu monitorowania niejednorodności i stabilności mAb w celu ustalenia specyfikacji jakościowych.
Elektroforeza kapilarna (CE) to wysokowydajna technologia separacji przeprowadzana wewnątrz wąskiej rurki z topionej krzemionki (zakres μm) wypełnionej elektrolitem tła (BGE). Po przyłożeniu pola elektrycznego (do 30 000 V) naładowane cząsteczki migrują w kierunku elektrody z przeciwnym ładunkiem (tj. separacją napędzaną elektrycznie). Zastosowanie wysokich napięć w CE pozwala na szybkie analizy i zwiększenie wydajności, które przewyższają klasyczną elektroforezę żelową. Elektroforeza w strefie kapilarnej (CZE) jest techniką opartą na CE rutynowo stosowaną w przemyśle biofarmaceutycznym do oceny jakości produktu3-9. W przeciwieństwie do innych metod CE (np. elektroforeza kapilarna w żelu, kapilarne ogniskowanie izoelektryczne) lub metod opartych na chromatografii, CZE można przeprowadzić bez użycia denaturantów lub granic faz stałych, co pozwala na analizę nieodłącznej heterogeniczności mAb zbliżonej do ich stanu macierzystego10. Separacja izoform mAb CZE zachodzi wewnątrz kapilary stopionej krzemionką pokrytej hydrofilowym polimerem (kapilara obojętna) i opiera się na ich różnej ruchliwości elektroforetycznej, która zależy od ładunku, masy, wielkości i kształtu (lub objętości hydrodynamicznej)11. Cząstki mAb są wykrywane, gdy są mobilizowane i przechodzą przez okno detekcji, które jest wykrywane przez detektor absorpcji ultrafioletu (UV) przy 214 nm4.
Pomyślne wdrożenie tej techniki analitycznej będzie zależało od odpowiedniej dbałości o szczegóły przed i w trakcie eksperymentu. Działanie w przeciwnym razie zwiększy koszty i czas przeprowadzenia analizy, co ostatecznie doprowadzi do ciągłych niepowodzeń i frustracji.
Tutaj prezentujemy przewodnik krok po kroku, jak przeprowadzić udaną analizę heterogeniczności mAb przez CZE poprzez szczegółowe wyjaśnienie przygotowania roztworów i próbek, przygotowania systemu CE, konfiguracji metod instrumentów, pozyskiwania danych i przetwarzania. Na potrzeby tego samouczka jako model białkowy stosuje się rekombinowany, w pełni ludzki czynnik martwicy nowotworów alfa (anty-TNFα); Jednak protokół ten można łatwo dostosować do analizy innych białek, biorąc pod uwagę krótkie modyfikacje. Ponadto zaproponowano kilka zaleceń mających na celu złagodzenie potencjalnych problemów. Czytelnik jest zachęcany do ścisłego przestrzegania proponowanego protokołu, ponieważ prawdopodobieństwo sukcesu wzrośnie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie roztworów
2. Przygotowanie próbek
3. Przygotowanie systemu CE.

Rycina 1: Położenie i poziom napełnienia uniwersalnych fiolek w tackach wlotowych i wylotowych buforu. Poziomy napełnienia: 1/1 = 1400 µL, 3/4 = 1300 µL oraz 1/2 = 1000 µL. Skróty: W = woda, HCl = 0.1 M kwas solny. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.
4. Konfiguracja metod instrumentalnych
| Program czasowy metody kondycjonowania | |||||||
| Czas (min) | Zdarzenie | Wartość | Czas trwania | Fiolka wlotowa | Fiolka odpływowa | Streszczenie | Komentarze |
| - | Płukanie - ciśnienie | 2068 mbar | 1,0 min | BI:C1 | BO:C1 | Wstęp | HCl 0,1 M |
| - | Płukanie – ciśnienie | 2068 mbar | 2,0 min | BI:B1 | BO:C1 | Wstęp | Woda |
| - | Płukanie – ciśnienie | 2068 mbar | 10,0 min | BI:E1 | BO:C1 | Wstęp | BGE |
| 0.00 | Rozdzielić - napięcie | 15,0 kV | 10,0 min | BI:D1 | BO:D1 | Rampa 0,17 min, polaryzacja normalna | Oddzielić |
| 10.00 | Płukanie – ciśnienie | 2758 mbar | 10,0 min | BI:E1 | BO:C1 | Wstęp | BGE |
| 20.01 | Czekaj | - | 0,0 min | BI:A1 | BO:A1 | - | Płukanie końcówek |
| Uruchamianie programu czasu metody | |||||||
| Czas (min) | Zdarzenie | Wartość | Czas trwania | Fiolka wlotowa | Fiolka odpływowa | Streszczenie | Komentarze |
| - | Płukanie – ciśnienie | 2068 mbar | 1,0 min | BI:C1 | BO:C1 | Do przodu, fiolka wejściowa / wyjściowa w tym 6 | HCl 0,1 M |
| - | Płukanie – Ciśnienie | 2068 mbar | 2,0 min | BI:B1 | BO:C1 | W przód, fiolka In / Out inc 6 | Woda |
| - | Płukanie – ciśnienie | 2068 mbar | 4,0 min | BI:E1 | BO:C1 | Do przodu, fiolka In/Out w zestawie 6 | BGE |
| - | Wstrzykiwanie – ciśnienie | 34 mbar | 20,0 s | SI:A1 | BO:B1 | Nadpisać, Przesłać | Wstrzykiwanie próbki |
| - | Czekaj | - | 0,4 min | BI:A1 | BO:A1 | Fiolka wejściowa/wyjściowa inc 6 | Mycie końcówek |
| 0 | Oddzielnie - Napięcie | 15,0 kV | 30,0 min | BI:D1 | BO:D1 | Rampa 0,17 min, polaryzacja normalna, fiolka wejścia/wyjścia w pozycji 6 | Rozdział próbek |
| 0.5 | Zerowanie punktu zero | - | - | - | - | - | - |
| 30.01 | Zatrzymaj dane | - | - | - | - | - | - |
| 30.02 | Płukanie – ciśnienie | 2068 mbar | 2,0 min | BI:B1 | BO:C1 | Do przodu, fiolka wejściowa/wyjściowa nr 6 | Woda |
| 32.03 | Czekaj | - | 0,0 min | BI:A1 | BO:A1 | Fiolka wejściowa/wyjściowa inc 6 | Płukanie końcówek |
| 32.04 | Koniec | - | - | - | - | - | Koniec |
| Program czasowy procedury wyłączania | |||||||
| Czas (min) | Zdarzenie | Wartość | Czas trwania | Fiolka wlotowa | Fiolka wylotowa | Streszczenie | Komentarze |
| - | Płukanie - Ciśnienie | 2068 mbar | 1,0 min | BI:E6 | BO:E6 | Wstęp | HCl 0,1 M |
| - | Płukanie – Ciśnienie | 2068 mbar | 6,0 min | BI:F6 | BO:F6 | Wstęp | Woda |
| - | Lampa - Wyłączona | - | - | - | - | - | - |
| - | Czekaj | - | 0,0 min | BI:A1 | BO:A1 | - | Płukanie końcówek |
Tabela 1: Programy czasu kondycjonowania, analizy i wyłączania.
5. Pozyskiwanie i przetwarzanie danych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Rysunek 2 przedstawia typowy profil prądu elektrycznego dla BGE składającego się z 200 mM EACA i 30 mM octanu litu o pH 4,8, z próbką przeciwciała mAb anty-TNFα rozcieńczoną w buforze Tris (50 mM, pH 8,0). Jak można zauważyć, prąd pozostaje stabilny przez cały czas trwania analizy i może oscylować w granicach od 30 do 35 µA. Rysunek 3 przedstawia elektroferogram CZE dla próbki ślepej, w której wykryty piki odpowiada wewnętrznemu standardowi histaminy. Prz...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W tym samouczku podkreślamy znaczenie właściwych praktyk podczas przeprowadzania analiz CZE mAb w celu zwiększenia prawdopodobieństwa sukcesu. Jednakże, gdy CZE jest używane rutynowo, nieuchronnie pojawiają się problemy12.
Aby uzyskać najlepsze wyniki, ważne jest, aby postępować zgodnie z uwagami, które zostały zawarte w całym protokole, ponieważ pomogą one analitykowi przezwyciężyć trudne kroki i rozwiązać ich problemy. Głównym czynnikiem branym pod uwagę w celu uzyskania optymalne...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy: Carlos E. Espinosa-de la Garza, Rodolfo D. Salazar-Flores, Néstor O. Pérez, Luis F. Flores-Ortiz i Emilio Medina-Rivero są pracownikami firmy Probiomed S.A. de C.V., która opracowuje i wprowadza do obrotu produkty biopodobne. Wszyscy autorzy są zaangażowani w rozwój produktów biopodobnych dla Probiomed.
Autorzy dziękują Wileyowi za udzielone pozwolenie na wykorzystanie koncepcji z poniższej publikacji w tym samouczku. Carlos E. Espinosa-de la Garza, Francisco C. Perdomo-Abúndez, Jesús Padilla-Calderón, Jaime M. Uribe-Wiechers, Néstor O. Pérez, Luis F. Flores-Ortiz, Emilio Medina-Rivero: Analiza rekombinowanych przeciwciał monoklonalnych za pomocą elektroforezy w strefie kapilarnej. Elektroforezy. 2013. 34. 1133-1140. Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. Prace te były wspierane przez CONACyT z Meksyku, grant 230551.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Lodowaty kwas octowy | Tecsiquim | AT0035-7 | |
| Kwas solny klasy ACS | J.T. Baker | 9535-05 | |
| Dichlorowodorek histaminy | Fluka | 53300 | |
| (hydroksypropylo)metyloceluloza | Fluka | 09963 | |
| Octan litu | Sigma-Aldrich | 517992 | |
| Kwas 6-aminokapronowy | Sigma-Aldrich | A2504 | |
| eCAP Tris Buffer, 50,0 mM, pH 8 | Beckman Coulter | 477427 | |
| PA 800 Plus System analizy farmaceutycznej | Beckman Coulter | A66528 | |
| eCAP Kapila neutralna | Beckman Coulter | 477441 | |
| Fiolka, Micro, 200 i mikro; l | Beckman Coulter | 144709 | |
| Uniwersalne nasadki na fiolki | Beckman Coulter | A62250 | |
| Fiolki uniwersalne | Beckman Coulter | A62251 | |
| , optyka, UV/Vis | Beckman Coulter | 144093 | |
| zestaw montażowy wkładu, pusty | Beckman Coulter |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie