Name: Platforma open source do obliczania masy cząsteczek terapeutycznych opartych na przeciwciałach (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-06-16T13:20:00.000+00:00
Duration: 4 min 24 s
Description: Poznaj platformę open source mAbScale do obliczania mas cząsteczek terapeutycznych opartych na przeciwciałach. To narzędzie poprawia dokładność pomiarów masowych w rozwoju leków biologicznych bez potrzeby zewnętrznych serwerów.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy dziękują Robertowi Schusterowi za pomoc w weryfikacji danych.

Ogólny schemat procesu dla mAbScale przedstawiono na Rysunku 2. Każdy krok zawiera bardziej złożone wewnętrzne rozgałęzienia decyzyjne, pętle i kombinatorykę. Szczegółowy schemat algorytmiczny opisujący proces obliczeniowy przedstawiono na Rysunku uzupełniającym 1. Wyniki aplikacji są zapisywane w formacie arkusza kalkulacyjnego w wybranym przez użytkownika folderze. Plik wynikowy składa się z wielu oddzielnych arkuszy, które można podzielić na dane wejściowe użytkownika, obliczenia masy cząsteczkowej oraz referencje dla wyprowadzeń średniej masy izotopowej (przykład wyników znajduje się w tabelach uzupełniających). Arkusze danych wejściowych użytkownika zawierają sekwencje aminokwasowe białek i inne informacje wprowadzone przez użytkownika, średnie masy pierwiastków oraz masy glikanów, które są wykorzystywane do obliczenia składu pierwiastkowego i różnych mas cząsteczkowych. Arkusze obliczeń masy cząsteczkowej zawierają skład chemiczny różnych form, masę zredukowaną z glikozylacją i bez niej oraz z modyfikacją chemiczną i bez niej, a także masę nienaruszoną z glikozylacją i bez niej oraz z modyfikacją chemiczną i bez niej. Arkusze zawierające masy półprzeciwciał zostaną wygenerowane automatycznie, jeśli użytkownik wprowadzi dwa różne HC i/lub dwa różne LC na stronie danych wejściowych, ponieważ półprzeciwciała są głównymi zanieczyszczeniami, które muszą zostać zidentyfikowane i ilościowo określone w stosunku do pożądanego heterodimeru. Kod źródłowy mAbScale jest dostępny w następnym repozytorium: https://github.com/kkhatri99/mAbScale.
<img alt="Proces obliczania składu chemicznego; schemat blokowy; sekwencje peptydów; masy glikoform; wyniki w programie Excel." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65298/65298fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2: Przegląd kroków zaangażowanych w obliczanie składu pierwiastkowego i mas za pomocą aplikacji. Kodowanie kolorystyczne może służyć do powiązania z przepływem procesu opisanym w Rycini uzupełniającej 1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65298/65298fig02large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
1. Uruchamianie aplikacji mAbscale
<ol>
	<li>Otwórz aplikację programową, dwukrotnie klikając ikonę pliku wykonywalnego.</li>
</ol>
2. Wprowadzanie sekwencji
<ol>
	<li>Wprowadź sekwencje łańcuchów ciężkich i lekkich w odpowiednie pola tekstowe oznaczone numerem 1, nie pozostawiając żadnych spacji.
	<ol>
		<li>W przypadku bsAbs dodaj dodatkowe łańcuchy ciężkie lub lekkie w drugim zestawie pól tekstowych oznaczonych numerem 2. Pozostaw pola 2 puste w przypadku mAbs z identycznymi łańcuchami ciężkimi i lekkimi.</li>
		<li>Zaznacz pola wyboru N-Terminal Cyclization (cyklizacja N-końcowa) i/lub C-Terminal Clipping (przycinanie C-końcowe), jeżeli mają zastosowanie te warianty końcowe łańcucha ciężkiego.</li>
		<li>Wprowadź wszelkie modyfikacje chemiczne, w tym łącznik i ładunek dla cząsteczek ADC, w polach tekstowych Heavy Chain Chem Mod (modyfikacja chemiczna łańcucha ciężkiego) i/lub Light Chain Chem Mod (modyfikacja chemiczna łańcucha lekkiego).
		<ol>
			<li>Określ modyfikacje jako składy pierwiastkowe, np. CaCl2. Modyfikacja zostanie dodana do odpowiedniej podjednostki białkowej lub łańcucha. 
			UWAGA: Skład chemiczny można również odjąć od podjednostki lub łańcucha, poprzedzając skład pierwiastkowy znakiem minus. Na przykład -H2O odjąć cząsteczkę wody ze składu i masy podjednostki.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Określanie liczby mostków dwusiarczkowych
<ol>
	<li>W polu tekstowym oznaczonym jako Total Number of Disulfides określ liczbę mostków dwusiarczkowych w cząsteczkach białka.</li>
	<li>W zależności od stopnia redukcji (całkowitej lub częściowej), wprowadź liczbę nieredukowanych mostków dwusiarczkowych w łańcuchach ciężkich do pola tekstowego Unreduced HC Disulfides oraz liczbę nieredukowanych mostków dwusiarczkowych w łańcuchach lekkich do pola tekstowego Unreduced LC Disulfides. 
	UWAGA: Analiza masy zredukowanej podjednostek mAb obejmuje redukcję/separację połączonych mostkami dwusiarczkowymi łańcuchów ciężkich i lekkich.</li>
	<li>Jeśli w lekkim łańcuchu mAb występuje glikozylacja, zaznacz pole wyboru Light Chain is Glycosylated.</li>
</ol>
4. Ustawienie folderu wyjściowego i uruchomienie aplikacji
<ol>
	<li>Kliknij przycisk Browse, aby wybrać folder wyjściowy dla pola tekstowego Output Folder.</li>
	<li>Wpisz nazwę pliku wyjściowego bez rozszerzenia (plik zostanie automatycznie zapisany jako .xlsx) w polu tekstowym Excel File (no ext) .</li>
	<li>Kliknij przycisk Submit , aby uruchomić aplikację. Plik wyjściowy zostanie zapisany w wybranym folderze. 
	​UWAGA: Masy pierwiastków oraz listę glikanów można dostosować, edytując odpowiednio pliki tekstowe z ogranicznikami Element_Mass.csv (Supplementary Coding File 1) oraz Glycan.csv (Supplementary Coding File 2). Pliki te muszą znajdować się w tym samym folderze co plik wykonywalny mAbScale.exe (Supplementary Coding File 3), aby aplikacja mogła zostać uruchomiona. Aplikacja zostanie automatycznie zamknięta po jednym wykonaniu. W przypadku potrzeby przeprowadzenia drugiego obliczenia użytkownik musi ponownie uruchomić aplikację.</li>
</ol>

A Python-Based Tool for Accurate Mass Calculation of Biotherapeutic Entities

<ol><li>Reichert, J. M., Valge-Archer, V. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+trends+for+monoclonal+antibody+cancer+therapeutics%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Drug+Discovery%22%5BJournal%5D)">Development trends for monoclonal antibody cancer therapeutics.</a> Nature Reviews Drug Discovery. 6 (5), 349-356 (2007).</li>
<li>Kintzing, J. R., Filsinger Interrante, M. V., Cochran, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emerging+strategies+for+developing+next-generation+protein+therapeutics+for+cancer+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Pharmacological+Sciences%22%5BJournal%5D)">Emerging strategies for developing next-generation protein therapeutics for cancer treatment.</a> Trends in Pharmacological Sciences. 37 (12), 993-1008 (2016).</li>
<li>Wang, M. -Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SARS-CoV-2%3A+Structure%2C+biology%2C+and+structure-based+therapeutics+development%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Cellular+and+Infection+Microbiology%22%5BJournal%5D)">SARS-CoV-2: Structure, biology, and structure-based therapeutics development.</a> Frontiers in Cellular and Infection Microbiology. 10, 587269(2020).</li>
<li>ICH Q8 (R2) Pharmaceutical Development - Scientific Guideline. European Medicines Agency. , Available from: 
 <a target="_blank" href="https://www.ema.europa.eu/en/ch-q8-r2-pharmaceutical-development-scientific-guideline">https://www.ema.europa.eu/en/ch-q8-r2-pharmaceutical-development-scientific-guideline</a> (2018).</li>
<li>Donnelly, D. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Best+practices+and+benchmarks+for+intact+protein+analysis+for+top-down+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">Best practices and benchmarks for intact protein analysis for top-down mass spectrometry.</a> Nature Methods. 16 (7), 587-594 (2019).</li>
<li>Gadgil, H. S., Pipes, G. D., Dillon, T. M., Treuheit, M. J., Bondarenko, P. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+mass+accuracy+of+high+performance+liquid+chromatography%2Felectrospray+ionization+time-of-flight+mass+spectrometry+of+intact+antibodies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Society+for+Mass+Spectrometry%22%5BJournal%5D)">Improving mass accuracy of high performance liquid chromatography/electrospray ionization time-of-flight mass spectrometry of intact antibodies.</a> Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 17 (6), 867-872 (2006).</li>
<li>Beck, A., Sanglier-Cianférani, S., Van Dorsselaer, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biosimilar%2C+biobetter%2C+and+next+generation+antibody+characterization+by+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Biosimilar, biobetter, and next generation antibody characterization by mass spectrometry.</a> Analytical Chemistry. 84 (11), 4637-4646 (2012).</li>
<li>Camperi, J., Goyon, A., Guillarme, D., Zhang, K., Stella, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multi-dimensional+LC-MS%3A+the+next+generation+characterization+of+antibody-based+therapeutics+by+unified+online+bottom-up%2C+middle-up+and+intact+approaches%5BTitle%5D)+AND+%22Analyst%22%5BJournal%5D)">Multi-dimensional LC-MS: the next generation characterization of antibody-based therapeutics by unified online bottom-up, middle-up and intact approaches.</a> Analyst. 146 (3), 747-769 (2021).</li>
<li>Liu, H., May, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Disulfide+bond+structures+of+IgG+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22mAbs%22%5BJournal%5D)">Disulfide bond structures of IgG molecules.</a> mAbs. 4 (1), 17-23 (2012).</li>
<li>Jakes, C., Füssl, F., Zaborowska, I., Bones, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+analysis+of+biotherapeutics+using+protein+a+chromatography+coupled+to+orbitrap+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Rapid analysis of biotherapeutics using protein a chromatography coupled to orbitrap mass spectrometry.</a> Analytical Chemistry. 93 (40), 13505-13512 (2021).</li>
<li>Robotham, A. C., Kelly, J. F. Chapter 1 - LC-MS characterization of antibody-based therapeutics: Recent highlights and future prospects. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRobotham%2C+AC+%22Approaches+to+the+Purification%2C+Analysis+and+Characterization+of+Antibody-Based+Therapeutics%22">Approaches to the Purification, Analysis and Characterization of Antibody-Based Therapeutics</a>. Matte, A. , Elsevier. Amsterdam, the Netherlands. 1-33 (2020).</li>
<li>Valeja, S. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unit+mass+baseline+resolution+for+an+intact+148+kDa+therapeutic+monoclonal+antibody+by+fourier+transform+ion+cyclotron+resonance+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Unit mass baseline resolution for an intact 148 kDa therapeutic monoclonal antibody by fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry.</a> Analytical Chemistry. 83 (22), 8391-8395 (2011).</li>
<li>Fornelli, L., Ayoub, D., Aizikov, K., Beck, A., Tsybin, Y. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Middle-down+analysis+of+monoclonal+antibodies+with+electron+transfer+dissociation+orbitrap+fourier+transform+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Middle-down analysis of monoclonal antibodies with electron transfer dissociation orbitrap fourier transform mass spectrometry.</a> Analytical Chemistry. 86 (6), 3005-3012 (2014).</li>
<li>Berglund, M., Wieser, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isotopic+compositions+of+the+elements+2009+%28IUPAC+Technical+Report%29%5BTitle%5D)+AND+%22Pure+and+Applied+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Isotopic compositions of the elements 2009 (IUPAC Technical Report).</a> Pure and Applied Chemistry. 83 (2), 397-410 (2011).</li>
<li>Wang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Ame2012+atomic+mass+evaluation%5BTitle%5D)+AND+%22Chinese+Physics+C%22%5BJournal%5D)">The Ame2012 atomic mass evaluation.</a> Chinese Physics C. 36 (12), 1603-2014 (2012).</li>
<li>Peri, S., Steen, H., Pandey, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((GPMAW--A+software+tool+for+analyzing+proteins+and+peptides%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Biochemical+Sciences%22%5BJournal%5D)">GPMAW--A software tool for analyzing proteins and peptides.</a> Trends in Biochemical Sciences. 26 (11), 687-689 (2001).</li>
<li>Tipton, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+intact+protein+isoforms+by+mass+spectrometry%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Biological+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Analysis of intact protein isoforms by mass spectrometry.</a> The Journal of Biological Chemistry. 286 (29), 25451-25458 (2011).</li>
<li>De Leoz, M. L. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((interlaboratory+study+on+glycosylation+analysis+of+monoclonal+antibodies%3A+Comparison+of+results+from+diverse+analytical+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+%26+Cellular+Proteomics%22%5BJournal%5D)">interlaboratory study on glycosylation analysis of monoclonal antibodies: Comparison of results from diverse analytical methods.</a> Molecular & Cellular Proteomics. 19 (1), 11-30 (2020).</li>
<li>Cymer, F., Beck, H., Rohde, A., Reusch, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Therapeutic+monoclonal+antibody+N-glycosylation+-+Structure%2C+function+and+therapeutic+potential%5BTitle%5D)+AND+%22Biologicals%22%5BJournal%5D)">Therapeutic monoclonal antibody N-glycosylation - Structure, function and therapeutic potential.</a> Biologicals. 52, 1-11 (2018).</li>
<li>Baker, P. R., Trinidad, J. C., Chalkley, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modification+site+localization+scoring+integrated+into+a+search+engine%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+%26+Cellular+Proteomics%22%5BJournal%5D)">Modification site localization scoring integrated into a search engine.</a> Molecular & Cellular Proteomics. 10 (7), (2011).</li>
<li>Chalkley, R. J., Clauser, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modification+site+localization+scoring%3A+Strategies+and+performance%5BTitle%5D)+AND+%22Molecular+%26+Cellular+Proteomics%22%5BJournal%5D)">Modification site localization scoring: Strategies and performance.</a> Molecular & Cellular Proteomics. 11 (5), 3-14 (2012).</li>
</ol>

To oprogramowanie jest wydawane na licencji Apache 2.0. Prawa autorskie (2022) GlaxoSmithKline Research & Development Limited. Wszelkie prawa zastrzeżone. Licencjonowane na podstawie Licencji Apache, wersja 2.0 ("Licencja"); nie możesz używać tego pliku, chyba że jest to zgodne z Licencją. Licencjobiorca może uzyskać kopię Licencji pod adresem http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0. O ile nie jest to wymagane przez obowiązujące prawo lub nie zostało to uzgodnione na piśmie, oprogramowanie rozpowszechniane na podstawie Licencji jest rozpowszechniane na zasadzie "tak jak jest", bez jakichkolwiek gwarancji lub warunków, wyraźnych lub dorozumianych. Zapoznaj się z Licencją, aby zapoznać się z konkretnym językiem regulującym uprawnienia i ograniczenia w ramach Licencji. L.C. jest pracownikiem GlaxoSmithKline (GSK). T.H. i K.K. opracowali to oprogramowanie jako pracownicy GSK, a obecnie są współpracownicy odpowiednio firm Merck i Moderna.

mAbScale zapewnia intuicyjny interfejs użytkownika z elastycznością w zakresie zmiany elementów składowych do obliczeń masy i pierwiastków. Oczekuje się, że użytkownicy będą mieli podstawową wiedzę na temat cząsteczki docelowej, aby korzystać z aplikacji, wyprowadzać prawidłowe masy i interpretować wyniki. Na przykład arkusz wyjściowy nienaruszonej lub o zmniejszonej masie może być przytłaczający ze względu na liczne rzędy nienaruszonych lub zredukowanych mas, ponieważ domyślna baza danych glikanów zawiera 88 glikanów po...

W ciągu ostatnich dwóch dekad bioterapeutyki ewoluowały, stając się filarem nowoczesnego przemysłu farmaceutycznego. Pandemia SARS-CoV2 oraz inne zagrażające życiu schorzenia dodatkowo zwiększyły zapotrzebowanie na szybszy i szerszy rozwój cząsteczek biofarmaceutycznych1,2,3.
Masa cząsteczkowa preparatu bioterapeutycznego jest kluczowa dla identyfikacji cząsteczki w połączeniu z innymi analizami analitycznymi. Masy nienaruszonej oraz zredukowanych podjednostek są wykorzystywane w całym cyklu odkrywania i rozwoju leku jako część strategii kontrolnych mających na celu utrzymanie jakości, zgodnie z opisem w QTPP (Quality Target Product Profile)4.
Rozwój analityczny w przemyśle biofarmaceutycznym w dużym stopniu opiera się na pomiarach masy w celu analizy masy nienaruszonych cząsteczek oraz szczegółowej charakterystyki z wykorzystaniem mapowania peptydowego lub monitorowania metodą wieloatrybutową (MAM). W centrum tych technik, wykorzystujących nowoczesne platformy spektrometrii mas (MS), znajduje się możliwość dostarczania pomiarów masy o wysokiej rozdzielczości i wysokiej dokładności (HR/AM). Większość instrumentów HR/AM zapewnia dokładność pomiaru masy w zakresie 0,5-5 ppm, co skaluje się wraz z zakresem masy. Zdolność do dokładnego pomiaru mas dużych, nienaruszonych cząsteczek umożliwia szybką i pewną identyfikację terapeutyków wielkocząsteczkowych. Ponieważ w typowych warunkach eksperymentalnych dla dużych cząsteczek (&gt;10 kDa) nie można uzyskać rozdzielczości izotopowej, do porównania i identyfikacji należy obliczyć masy średnie5,6.
Typowe widmo masy białka w całości lub jego podjednostek reprezentuje ogólny profil proteoform, który zawiera złożone informacje na temat różnych form molekularnych wynikających z modyfikacji potranslacyjnych (PTM) oraz wszelkich różnic w strukturze pierwotnej, takich jak cięcia lub warianty sekwencji. Stosunkowo łatwy i wysokoprzepustowy charakter tych pomiarów sprawia, że są one atrakcyjne w celach charakterystyki oraz jako kontrole monitorowania procesu w toku7,8. Analiza danych dla tych eksperymentów zazwyczaj wymaga od użytkownika zdefiniowania przestrzeni poszukiwań dla form molekularnych (zakresu PTM lub innych form molekularnych). W przypadku białek glikozylowanych przestrzeń ta jest w dużej mierze determinowana przez heterogenność glikoform. Kombinacje wielu PTM, konfiguracje mostków dwusiarczkowych i inne warianty w obrębie struktury pierwotnej sprawiają, że obliczanie wszystkich możliwych form molekularnych jest żmudnym zadaniem. W związku z tym manualne obliczanie możliwych form molekularnych jest procesem czasochłonnym i zasobochłonnym, obarczonym dużym ryzykiem błędów ludzkich.
W niniejszej pracy przedstawiamy narzędzie do obliczeń masy, które opracowano z uwzględnieniem najważniejszych cech cząsteczek bioterapeutycznych, takich jak przeciwciała monoklonalne (mAbs), przeciwciała bispecyficzne (bsAbs), konjugaty przeciwciało-lek (ADCs) i inne. Narzędzie to umożliwia łatwe wprowadzenie zmiennych przestrzeni poszukiwań w celu spójnego obliczania mas i składu elementarnego. Modułowa budowa narzędzia pozwoli na jego dalszy rozwój oraz zastosowanie do obliczeń masy i dopasowywania mas dla innych modalności.
Moduł GUI umożliwia użytkownikowi określenie danych wejściowych do obliczeń masy, jak pokazano na Rysunku 1; w szczególności użytkownik wprowadza sekwencje aminokwasów zapisane jednoliterowo dla lekkich i ciężkich łańcuchów przeciwciał. Powszechne modyfikacje, takie jak cyklizacja N-końca i odcinanie lizyny z C-końca łańcucha ciężkiego, są dostępne jako pola wyboru. Ponadto, wzór chemiczny/skład pierwiastkowy może zostać dodany lub odjęty od tych łańcuchów białkowych za pomocą odpowiedniego pola tekstowego Chem Mod. Daje to użytkownikowi możliwość dodania składu pierwiastkowego obejmującego wiele modyfikacji potranslacyjnych lub ładunek w postaci małej cząsteczki w przypadku ADC. Ponieważ większość terapeutycznych przeciwciał monoklonalnych (mAbs) jest projektowana w celu usunięcia miejsc glikozylacji w łańcuchu lekkim, glikozylacja łańcucha lekkiego pozostaje opcjonalna i może zostać określona za pomocą pola wyboru w GUI.
Typową modyfikacją analizy masy nienaruszonej przeciwciał jest analiza masy zredukowanych podjednostek, w której łańcuch lekki zostaje oddzielony od łańcucha ciężkiego poprzez redukcję międzyłańcuchowych mostków disiarczkowych. W zależności od siły zastosowanego środka redukującego, wewnątrzłańcuchowe mostki disiarczkowe mogą zostać rozcięte lub nie. Użytkownicy mają możliwość wprowadzenia całkowitej liczby mostków disiarczkowych w zależności od podtypu IgG lub w przypadku ADC sprzężonego z cysteiną9.
Aplikacja oblicza masy w sposób oddolny (bottom-up), w którym w pierwszej kolejności obliczane są składy pierwiastkowe dla poszczególnych ciężkich i lekkich łańcuchów. Następnie uwzględniana jest cyklizacja N-końca łańcucha ciężkiego (HC) poprzez odcięcie lizyny (Lys-clipping), co realizowane jest poprzez skorygowanie obliczonych składów pierwiastkowych. Następnie do łańcuchów ciężkich i/lub lekkich stosowane są wszelkie określone modyfikacje chemiczne. W zależności od rodzaju analizy i określonych przez użytkownika wzorów wiązań dwusiarczkowych, korygowana jest liczba atomów wodoru dla obu łańcuchów polipeptydowych. Masy glikozylowanego HC oraz łańcucha lekkiego (LC) (opcjonalnie) są obliczane na podstawie danych wprowadzonych przez użytkownika. Na koniec łączone są masy wielu HC i LC, a liczba wiązań dwusiarczkowych jest automatycznie aktualizowana w celu obliczenia masy nienaruszonej (intact mass).
W przypadku większych cząsteczek, takich jak nienaruszone białka, pomiary mas monoizotopowych są niemożliwe ze względu na addytywny deficyt masy podczas stosowania spektrometrów mas o typowej rozdzielczości. Zamiast tego mierzy się lub podaje masy nominalne lub średnie5,10,11,12,13. Średnie masy pierwiastków mogą się różnić w zależności od źródła wykorzystanego do opracowania mas kuratowanych14,15. Choć różnice w masach pierwiastków mogą być niewielkie, mogą one sumować się do znaczących wartości przy obliczeniach masy cząsteczkowej dużych cząsteczek. Średnie masy pierwiastków używane domyślnie w aplikacji programowej przedstawiono w Tabeli uzupełniającej 1. W środowiskach regulowanych, takich jak obszar badań i rozwoju (R&amp;D) w biofarmaceutyce, ważne jest zachowanie spójności mas cząsteczkowych, ponieważ zmiany mas mogą sugerować zmiany w strukturze cząsteczkowej podczas zgłoszeń regulacyjnych. Aby zapewnić spójność w stosowaniu mas pierwiastków, do narzędzia programowego dołączono słownik mas pierwiastków w formie pliku tekstowego z wartościami rozdzielonymi przecinkami (csv): Element_Mass.csv (Uzupełniający plik kodu 1). Podobnie dołączono kuratowaną listę składów glikanów typowo występujących w przeciwciałach monoklonalnych (mAbs): Glycan.csv (Uzupełniający plik kodu 2). Oba pliki są zapisane w tym samym folderze co plik wykonywalny aplikacji i mogą być modyfikowane przez użytkownika w celu zastosowania konkretnej listy mas pierwiastków lub biblioteki glikanów.
<img alt="Interfejs modyfikacji białek; analiza sekwencji, liczba mostków dwusiarczkowych; schemat modyfikacji chemicznych." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/65298/65298fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1: Interfejs GUI aplikacji mAbScale. Moduł GUI umożliwia użytkownikowi określenie danych wejściowych do obliczeń masy. Użytkownik wprowadza jednoliterowe sekwencje aminokwasowe dla lekkich i ciężkich łańcuchów przeciwciała. Powszechne modyfikacje, takie jak cyklizacja N-końca łańcucha ciężkiego oraz odcinanie lizyny z C-końca, zostały uwzględnione w formie pól wyboru. Wzory chemiczne/składy pierwiastkowe można dodawać lub odejmować za pomocą odpowiedniego pola tekstowego Chem Mod. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/65298/65298fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>

<table><tbody><tr><td>System Acquity UPLC&nbsp;</td><td>Waters Corp., Milford, MA</td><td>N/A</td><td>System modułowy</td></tr><tr><td>Koniugat przeciwciało-lek (ADC)</td><td>GlaxoSmithKline</td><td>N/A</td><td>Zastrzeżona cząsteczka</td></tr><tr><td>BEH 200 SEC kolumna&nbsp;</td><td>Waters Corp., Milford, Massachusetts</td><td>176003904</td><td></td></tr><tr><td>Bispecyficzny mAb</td><td>GlaxoSmithKline</td><td>N/A</td><td>Zastrzeżona cząsteczka</td></tr><tr><td>Byos</td><td>Protein Metrics, Cupertino, Kalifornia</td><td>https://proteinmetrics.com/byos/ Wersja 4.5</td><td></td></tr><tr><td>GPMAW</td><td>GPMAW</td><td>http://www.gpmaw.com/</td><td></td></tr> <tr><td>Woda klasy LC-MS&nbsp;</td><td>Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA</td><td>W6-1</td><td></td></tr><tr><td>mAb wzorzec&nbsp;</td><td>Waters Corp., Milford, Massachusetts</td><td>186009125</td><td>Waters Humanizowana masowa kontrola mAb Standardowa</td></tr><tr>licencja<td>mAbScale</td><td>GlaxoSmithKline</td><td>Apache, wersja 2.0&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Spektrometr masowy Xevo G2 Q-TOF</td><td>Waters Corp., Milford, Massachusetts</td><td>N/A</td><td>System modułowy</td></tr></tbody></table>

platforma open source do obliczania masy cząsteczek terapeutycznych opartych na przeciwciałach

An Open-Source Framework for Mass Calculation of Antibody-Based Therapeutic Molecules

Masy bioterapeutyczne są sposobem weryfikacji tożsamości i integralności strukturalnej. Spektrometria mas (MS) nienaruszonych białek lub podjednostek białkowych stanowi łatwe narzędzie analityczne dla różnych etapów rozwoju biofarmaceutyków. Tożsamość białka jest potwierdzona, gdy masa doświadczalna z MS mieści się w predefiniowanym zakresie błędu masy masy teoretycznej. Chociaż istnieje kilka narzędzi obliczeniowych do obliczania mas cząsteczkowych białek i peptydów, albo nie zostały one zaprojektowane do bezpośredniego zastosowania w jednostkach bioterapeutycznych, mają ograniczenia dostępu ze względu na płatne licencje, albo wymagają przesyłania sekwencji białek na serwery hosta. 
Opracowaliśmy modułową procedurę obliczania masy, która umożliwia łatwe określenie średnich lub monoizotopowych mas i składu pierwiastkowego terapeutycznych glikoprotein, w tym przeciwciał monoklonalnych (mAb), przeciwciał bispecyficznych (bsAb) i koniugatów przeciwciało-lek (ADC). Modułowy charakter tej ramy obliczeniowej opartej na Pythonie pozwoli w przyszłości na rozszerzenie tej platformy na inne modalności, takie jak szczepionki, białka fuzyjne i oligonukleotydy, a struktura ta może być również przydatna do badania danych spektrometrii mas z góry na dół. Tworząc samodzielną aplikację komputerową typu open source z graficznym interfejsem użytkownika (GUI), mamy nadzieję przezwyciężyć ograniczenia związane z użytkowaniem w środowiskach, w których zastrzeżone informacje nie mogą być przesyłane do narzędzi internetowych. W tym artykule opisano algorytmy i zastosowanie tego narzędzia, mAbScale, do różnych metod terapeutycznych opartych na przeciwciałach.

Wybrano różne rodzaje mAbs. Wybrano dostępny na rynku wzorzec mAb tak, aby reprezentował konwencjonalny mAb z identycznymi łańcuchami ciężkimi, identycznymi łańcuchami lekkimi i jednym miejscem glikozylacji sprzężonym z N w regionie Fc. Wybrano również mAb z dodatkową glikozylacją sprzężoną z łańcuchem lekkim N, bispecyficzny mAb i mAb koniugat przeciwciało-lek (ADC) w celu poszerzenia zastosowania aplikacji. Skład chemiczny, obliczoną masę, zmierzoną masę i błąd masy tych przykładowych mAb podsumowano w tabeli 1...

Ten artykuł opisuje użycie aplikacji mAbScale do obliczania mas dla terapii białkowych opartych na przeciwciałach monoklonalnych.

Platforma open source do obliczania masy cząsteczek terapeutycznych opartych na przeciwciałach

Biotherapeutic masses are a means of verifying identity and structural integrity. Mass spectrometry (MS) of intact proteins or protein subunits provides ...

Wyzwaniem związanym z dokładnym obliczaniem masy dla dużych cząsteczek białka jest defekt masy związany z pomiarem. W rezultacie można mierzyć tylko średnie masy. Niewielkie różnice w masie pierwiastków mogą się kumulować, powodując znaczne rozbieżności w dużych cząsteczkach paraterapeutycznych, takich jak przeciwciała monoklonalne.Nasze narzędzie wyraźnie odpowiada na wyzwanie związane ze spójnym obliczaniem masy dla terapii opartych na przeciwciałach, takich jak mabs, bispecyficzne i koniugaty przeciwciał leków. Naukowcy zajmujący się komercyjnym rozwojem biofarmaceutyków muszą polegać na ręcznych obliczeniach lub narzędziach, które nie są zależne od komunikacji z zewnętrznymi serwerami. Ze względu na wykorzystanie informacji zastrzeżonych istniejące narzędzia albo wymagają licencji, albo nie są budowane z uwzględnieniem specyficznych potrzeb rozwoju biofarmaceutyków.Mabscale oferuje przyjazny dla użytkownika interfejs i adaptowalną platformę open source dla użytkowników i programistów. Obsługuje obsługę wielu wersji mas elementarnych i list modyfikacji oraz umożliwia udostępnianie list w celu zachowania spójności obliczeń. Kod może być udostępniany na poziomie przedsiębiorstwa przy użyciu serwerów wewnętrznych lub wdrożenia w chmurze, z kontrolowanym dostępem w celu ochrony zastrzeżonych informacji.Aby rozpocząć, otwórz aplikację, klikając dwukrotnie ikonę pliku wykonywalnego. Wprowadź sekwencje łańcucha ciężkiego i łańcucha lekkiego w polach tekstowych pod jedną kolumną bez spacji. W przypadku przeciwciał bispecyficznych dodaj dodatkowe łańcuchy ciężkie lub lekkie w drugim zestawie pól tekstowych pod dwiema kolumnami.Pozostaw te pola puste dla przeciwciał monoklonalnych o identycznych łańcuchach ciężkich i łańcuchach lekkich. Zaznacz pola wyboru cyklizacji końcówki końcowej i zacisku C, jeśli te warianty końcówek łańcuchowych mają zastosowanie. Dodaj modyfikacje chemiczne, w tym łącznik i ładunek dla koniugatów przeciwciał leków, do pudełek modyfikacji chemicznej łańcucha ciężkiego i lekkiego przy użyciu kompozycji pierwiastkowych, takich jak chlorek wapnia.Modyfikacje te zostaną dodane do odpowiedniej podjednostki lub łańcucha białkowego. Określ liczbę wiązań dwusiarczkowych w cząsteczkach białka w polu tekstowym oznaczonym Całkowita liczba dwusiarczków. Wprowadź liczbę niezredukowanych wiązań dwusiarczkowych łańcuchów ciężkich w polu tekstowym Niezredukowane dwusiarczki łańcuchów ciężkich, a liczbę niezredukowanych wiązań dwusiarczkowych łańcucha lekkiego w polu tekstowym Niezredukowane dwusiarczki łańcucha lekkiego, w zależności od zakresu redukcji.Jeśli glikozylacja jest obecna w łańcuchu lekkim przeciwciał monoklonalnych, zaznacz pole wyboru Łańcuch lekki jest glikozylowany. Kliknij przycisk Przeglądaj, aby wybrać folder wyjściowy dla pola tekstowego folderu wyjściowego, a następnie wprowadź nazwę pliku wyjściowego, bez rozszerzenia pliku, w polu tekstowym Plik Excel, bez rozszerzenia. Następnie kliknij przycisk Prześlij.Na ekranie pojawi się komunikat o utworzeniu raportu z obliczeń masy, a plik wyjściowy można znaleźć w folderze wyznaczonym przez użytkownika. Aplikacja zostanie zamknięta automatycznie. W tej tabeli podsumowano składy chemiczne, obliczone masy, zmierzone masy i błędy masy różnych przeciwciał monoklonalnych.Wybrano dostępny na rynku wzorzec przeciwciała monoklonalnego, który reprezentował konwencjonalne przeciwciało monoklonalne z identycznymi łańcuchami ciężkimi, identycznymi łańcuchami lekkimi i jednym miejscem glikozylacji sprzężonym z N w regionie FC. Wybrano również przeciwciało monoklonalne z dodatkową glikozylacją sprzężoną z łańcuchem lekkim N, bispecyficzne przeciwciało monoklonalne oraz przeciwciało monoklonalne sprzężone z lekiem w celu poszerzenia zastosowania aplikacji. Małe błędy masy między obliczonymi masami a zmierzonymi masami mieściły się w kryteriach akceptacji normalnego błędu masy, co sugeruje, że obliczone masy były dokładne.

an-open-source-framework-for-mass-calculation-antibody-based

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Biochemia

W tym filmie pokazujemy wykorzystanie fotometrii masowej do badania interakcji antygen-przeciwciało w komorze przepływowej. Skupione światło rozprasza się w różny sposób w zależności od masy cząsteczek. Detektor zbiera rozproszone światło i generuje wzór interferencyjny w postaci plam o różnej intensywności, które korelują z masami cząsteczkowymi.

Fotometria masowa do badania interakcji antygen-przeciwciało na poziomie pojedynczej cząsteczki

Metoda jest opisana z wizualnym akompaniamentem do przeprowadzania skalowalnych, wysokoprzepustowych selekcji z kombinatorycznych bibliotek syntetycznych przeciwciał wyświetlanych przez fagi przeciwko setkom antygenów jednocześnie. Stosując to równoległe podejście, wyizolowaliśmy fragmenty przeciwciał, które wykazują wysokie powinowactwo i swoistość dla różnych antygenów, które są funkcjonalne w standardowych testach immunologicznych.

Skalowalny wybór przeciwciał syntetycznych o wysokiej przepustowości z bibliotek przeciwciał syntetycznych wyświetlanych przez fagi

Ten protokół opisuje produkcję przeciwciała terapeutycznego w systemie ekspresji ssaków. Opisane metody obejmują przygotowanie DNA wektora, stabilną transfekcję i adaptację ludzkiej linii komórkowej 293 zarodka nerki bez surowicy, stworzenie kultur na dużą skalę i oczyszczanie za pomocą chromatografii powinowactwa.

Produkcja i oczyszczanie przeciwciała terapeutycznego na skalę laboratoryjną

Peptydy pochodzenia wirusowego sprzężone z koniugatami przeciwciał (AC) to podejście, które nabiera rozpędu ze względu na potencjał dostarczania ładunków molekularnych ze zwiększoną akumulacją komórek nowotworowych. Wykorzystując powszechne metody oceny koniugacji peptydów, akumulacji wewnątrzkomórkowej AC i ładunku oraz celowania w guz, protokół ten pomaga naukowcom w kluczowych początkowych fazach rozwoju.

Wstępna ocena koniugatów przeciwciał zmodyfikowanych peptydami pochodzącymi z wirusów w celu zwiększenia akumulacji komórkowej i poprawy celowania w guz

Tutaj opisujemy proteomiczne podejście pojedynczej komórki do oceny immunologicznych zmian fenotypowych i funkcjonalnych (indukcja cytokin wewnątrzkomórkowych) w próbkach krwi pełnej z obwodu, analizowanych za pomocą cytometrii masowej.

Jednokomórkowa analiza immunofenotypu i produkcji cytokin w obwodowej krwi pełnej za pomocą cytometrii masowej

Włączenie pochodnej cyklopropenu lizyny do przeciwciał pozwala na specyficzne dla miejsca, szybkie i efektywne połączenie cząsteczek zawierających tetrazynę w celu wytworzenia koniugatów przeciwciało-lek.

Kodowanie genetyczne niekanonicznego aminokwasu do wytwarzania koniugatów przeciwciało-lek w drodze szybkiej reakcji bioortogonalnej

Tutaj opisujemy protokoły analizy i wizualizacji struktury i budowy całego repertuaru przeciwciał. Wiąże się to z pozyskiwaniem ogromnych sekwencji RNA przeciwciał za pomocą sekwencjonowania nowej generacji.

Identyfikacja repertuaru przeciwciał mysich i ludzkich za pomocą sekwencjonowania nowej generacji

To badanie miało na celu przedstawienie strategii identyfikacji interakcji lek-peptyd. Strategia obejmuje biopanowanie krótkich peptydów rozpoznających leki w oparciu o bioczujnik mikrowagi kwarcowej (QCM), a następnie analizę bioinformatyczną w celu ilościowej oceny uzyskanych informacji w celu rozpoznania leku i adnotacji miejsc wiązania leku na białkach.

Oparta na biosensorach strategia wysokoprzepustowej analizy biopanningowej i bioinformatycznej do globalnej walidacji interakcji lek-białko

Tutaj prezentujemy metodę identyfikacji związków, które modulują mechanizm ADCC, ważny mechanizm zabijania komórek nowotworowych przez przeciwciała przeciwnowotworowe. Działanie cytotoksyczne komórek NK mierzy się w sferoidach komórek raka piersi w obecności trastuzumabu. Analiza obrazu identyfikuje żywe i martwe komórki zabójcze i docelowe w sferoidach.

Kwantyfikacja cytotoksyczności komórkowej zależnej od przeciwciał w modelu sferoidalnym guza: zastosowanie do odkrywania leków

Elastyczność konformacyjna odgrywa kluczową rolę w funkcjonowaniu białek. W tym artykule opisujemy zastosowanie czasowo-rozdzielczej spektrometrii mas z jonizacją elektronrozpylającą sprzężoną z wymianą wodorowo-deuterową do badania szybkich zmian strukturalnych, które napędzają funkcję w uporządkowanych i nieuporządkowanych białkach.

Spektrometria mas z jonizacją wodorowo-deuterową z jonizacją elektrorozpylającą do badania struktury i dynamiki białek

Poznaj platformę open source mAbScale do obliczania mas cząsteczek terapeutycznych opartych na przeciwciałach. To narzędzie poprawia dokładność pomiarów masowych w rozwoju leków biologicznych bez potrzeby zewnętrznych serwerów.

Platforma open source do obliczania masy cząsteczek terapeutycznych opartych na przeciwciałach

Przeglądaj więcej filmów