? 生物醫(yī)藥行業(yè)的技術(shù)盛會
7月17-19日，由中國藥學(xué)會主辦的“第七屆中國藥學(xué)會生物技術(shù)藥物質(zhì)量分析研討會”盛大召開，來自生物醫(yī)藥及科研領(lǐng)域的多位專家及現(xiàn)場近300位行業(yè)人士相聚夏日炎炎的北京，共同探討生物醫(yī)藥行業(yè)內(nèi)的研究進(jìn)展及前沿技術(shù)。
賽默飛色譜質(zhì)譜生物制藥業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理唐愷帶來《基于高分辨質(zhì)譜平臺的宿主細(xì)胞殘留蛋白（HCPs）檢測》的解決方案，助力生物醫(yī)藥行業(yè)解決HCPs分析難題。
賽默飛色譜質(zhì)譜生物制藥業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理唐愷
什么是HCPs？為什么需要關(guān)注HCPs？
重組蛋白類藥物是由遺傳修飾的原核或真核宿主細(xì)胞培養(yǎng)/發(fā)酵產(chǎn)生，由于細(xì)胞凋亡/死亡/裂解，其他非必需蛋白質(zhì)也可能釋放到細(xì)胞培養(yǎng)基/發(fā)酵液中，因此殘留在終產(chǎn)品中的其他蛋白質(zhì)即為宿主細(xì)胞殘留蛋白（HCPs）。
HCPs的存在會影響藥物的安全性和有效性，以及具有蛋白水解活性的HCPs影響藥物產(chǎn)品的穩(wěn)定性，因此生物醫(yī)藥公司不斷優(yōu)化其純化工藝，從而控制終產(chǎn)品中HCPs的種類和含量。
現(xiàn)有分析方法有哪些不足？
目前ELISA方法因其高靈敏度、高通量和易操作優(yōu)勢成為工業(yè)界的金標(biāo)準(zhǔn)，但仍存在很多限制。包括：
1.不能對HCPs進(jìn)行鑒定，低豐度HCPs的檢測易受限于高豐度蛋白的干擾；
2.定量動態(tài)范圍（3個(gè)數(shù)量級）較低，抗體受限，開發(fā)周期長；
3.無法改變已有的方法，缺少校正標(biāo)準(zhǔn)限制定量的準(zhǔn)確性，因此需多種檢測方法相結(jié)合。
高分辨質(zhì)譜技術(shù)的優(yōu)勢
隨著高分辨質(zhì)譜技術(shù)性能的不斷提升，已具有高靈敏度和寬的定量動態(tài)范圍，以及蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，可實(shí)現(xiàn)對未知蛋白質(zhì)的高通量定性和定量。
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組合型四極桿Orbitrap質(zhì)譜儀
基于nanoLC-MS/MS高靈敏平臺的方法，如何對HCPs進(jìn)行準(zhǔn)確定性和相對定量呢？
一、樣品前處理
2017年禮來制藥公司Huang, Lihua, et al.在Analytical Chemistry雜志上發(fā)表中的方法是，以NIST抗體標(biāo)準(zhǔn)品為例，在蛋白質(zhì)非變性的條件下進(jìn)行酶切，抗體主成分被部分酶切，酶切后經(jīng)90度高溫變性，未被酶切的部分將被沉淀去除，從而提高HCPs的鑒定幾率和方法的動態(tài)范圍。
我們在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，縮短前處理時(shí)間提高工作效率，同時(shí)為考察此套流程對1-100ppm的HCPs的鑒定和相對定量能力，加入內(nèi)標(biāo)蛋白UPS2（48種蛋白，6個(gè)不同濃度）進(jìn)行定性和相對定量。
圖1.樣品前處理流程示意圖（來自Huang, Lihua, et al.）
二、儀器、色譜柱、數(shù)據(jù)分析軟件
目前根據(jù)液相色譜的流速可分為納升液相色譜（nanoLC,<1µL/min）、毛細(xì)管液相色譜（capillaryLC,1-1µL/min）、微流速液相色譜（microLC,10-100µL/min）、分析流速液相色譜（LC,>100µL/min），由于樣品單位濃度和離子化效率依次下降，因此其靈敏度逐漸下降，本次實(shí)驗(yàn)采用靈敏度zui高的納升液相系統(tǒng)。
三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
1.定性結(jié)果：
內(nèi)標(biāo)蛋白UPS2中含有48種內(nèi)標(biāo)蛋白6個(gè)不同濃度，共鑒定其中24種，其實(shí)際含量結(jié)果如表1，含量范圍為0.05-444.88ppm，實(shí)際含量>1ng（10ppm）的16種內(nèi)標(biāo)蛋白全部鑒定到，實(shí)際含量在0.06-0.38ng（0.6-3.8ppm）范圍內(nèi)共鑒定到6種，此方案的靈敏度足以滿足生物藥領(lǐng)域客戶的需求。
表1.本次實(shí)驗(yàn)中鑒定到UPS2內(nèi)標(biāo)蛋白的種類及其實(shí)際含量
2.蛋白相對定量結(jié)果：
本次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行HCPs的相對定量，采用蛋白TOP3的特異性肽段峰面積的平均值算法，得出每種蛋白的峰面積，經(jīng)過三次技術(shù)重復(fù)，對特異性肽段大于等于1的蛋白峰面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，平均峰面積分布如圖3A，峰面積大于1e?的蛋白為此樣品的主抗體，可看出本實(shí)驗(yàn)定量范圍達(dá)6個(gè)數(shù)量級。UPS2內(nèi)標(biāo)蛋白的峰面積與含量的分布如圖3B，峰面積與含量存在一定的線性關(guān)系， HCPs的相對含量可根據(jù)其峰面積進(jìn)行初步判斷，進(jìn)而優(yōu)化純化工藝。
圖3A.特異性肽段大于等于1的蛋白峰面積分布圖
圖3B.內(nèi)標(biāo)蛋白UPS2的峰面積（log2）與其含量的分布
基于UHPLC-MS/MS平臺的方法：
UHPLC-MS/MS對于低含量HCPs的檢測時(shí)，需提高上樣量（至少是納升液相系統(tǒng)的50倍）以提高其靈敏度。
經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證此方法同樣滿足當(dāng)前大部分需求，某抗體藥物的HCPs經(jīng)ELISA定量為5ppm，UHPLC-MS/MS能夠準(zhǔn)確鑒定到6種HCPs（unique peptides≥2）,通過內(nèi)標(biāo)UPS2確定其檢測限達(dá)1ppm，6種HCPs的相對含量在1-10ppm內(nèi)。
小結(jié)
隨著蛋白質(zhì)組學(xué)的飛速發(fā)展，賽默飛Orbitrap高分辨質(zhì)譜，可采用納升液相，超液相兩種方式，定性和相對定量分析HCPs，LOD均低至1ppm以下，為傳統(tǒng)的ELISA方法補(bǔ)充更為豐富的信息，進(jìn)一步幫助生物醫(yī)藥企業(yè)優(yōu)化純化工藝，監(jiān)控終產(chǎn)品和過程產(chǎn)物中的HCPs含量。
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