一种测试蛋白质类药物的新方法

新泽西理工学院(NJIT)的研究人员公布了一项新的实验室技术，他们说这代表了制药实验室如何测试和生产新的基于蛋白质的药物的“范式转变”，例如正在开发的治疗性单克隆抗体，用于治疗从癌症到传染病等多种疾病。

　　

新泽西理工学院(NJIT)的研究人员公布了一项新的实验室技术，他们说这代表了制药实验室如何测试和生产新的蛋白质类药物的“范式转变”，例如正在开发的治疗性单克隆抗体，用于治疗从癌症到传染病等多种疾病。

研究人员说，他们在《分析化学》(Analytical Chemistry)杂志上描述的基于电化学的方法，可以在传统方法所需时间的一小部分内完成对新兴生物疗法的安全和质量检测。传统方法通常需要长时间和昂贵的生产用于样本检测的某些生物材料。

这项研究是与默克公司、强生公司和俄亥俄大学的研究人员合作进行的，并得到了美国国立卫生研究院379,397美元的资助。

“我们在新泽西理工大学开发的这种方法有可能对定量蛋白质组学产生重大影响，它代表了制药行业在监测生物制药产品和过程杂质以进行质量控制方面的范式转变，”该论文的通信作者、新泽西理工大学化学与环境科学系教授陈浩说。

“通过这项研究，我们现在展示了一种方法，可以比以前更快、更准确地量化药品产品和工艺杂质。……我们希望它在促进治疗性蛋白质和疫苗的开发方面非常有用，以治疗和预防未来不同的疾病。”

传统上，这种检测或蛋白质定量涉及到合成同位素标记多肽的耗时制备，这些多肽被用作测量样本中总蛋白质浓度的内部标准，帮助研究人员在整个药物开发过程中积极监测治疗性蛋白质成分的有效性和安全性。

为了克服这一限制，Chen的实验室开发了一种库仑质谱(CMS)方法，可以在不使用标准的情况下对蛋白质进行绝对定量。该方法采用液相色谱-质谱联用和电化学流池，根据电化学特征快速定量和检测目标蛋白或多肽的变化。

“人们可以立即进行CMS定量实验，而不是用传统方法等待数周才能获得标准或试剂。因此，这将有助于跟踪过程中发现的药物杂质，并通过过程优化和控制确保其有效清除。”

该论文的第一作者、纽约理工大学博士生艾永玲解释说:“这样的设备允许我们用液相色谱法分离蛋白质消化后的多肽，在电化学流池中监测多肽氧化以产生电流，并用质谱法测量氧化率。”“电流信号与氧化率的结合为多肽和蛋白质的绝对定量提供了足够的信息。”

在他们的研究中，该团队演示了其CMS方法，在一次运行中实现了多种蛋白质(β-乳球蛋白B， α-乳清蛋白和碳酸酐酶)的绝对定量的混合物，而不使用任何标准。

值得注意的是，该团队还展示了该方法检测蛋白质脱酰胺的能力——在整个生产过程和存储过程中，由于物理或化学压力，治疗性蛋白质中常见的降解事件。

该研究的作者说，该团队成功地量化了几种蛋白质降解产物，包括蛋白质降解的一个关键中间体——琥珀酰亚胺的形成，这是由于缺乏标准，以前从未进行过绝对定量。

“缺乏标准是由他们从头合成的挑战造成的，”陈说。“能够准确量化脱酰胺产物和中间产物，可以更好地理解治疗性蛋白质降解，并有可能创造一种研究疾病病理和衰老过程的新方法。”

现在，陈的实验室计划将他们的新方法应用于一次测试数千种蛋白质的大规模定量。他们还计划提高CMS分析的灵敏度，以便对复杂生物样本中极低水平的蛋白质进行量化，这将有利于从临床诊断和药物发现到精确医学的研究工作，因为在分子水平上对样本的识别和定量是必要的。

Chen说:“由于蛋白质在生物体内执行着大量的功能，绝对蛋白质定量的重要性怎么强调都不为过。”“CMS应该加快疾病诊断、药物发现和开发的过程，它现在为生物学家和生物化学家打开了一扇新的大门，以探索人体中可能具有重要生物功能或作为疾病生物标志物和药物靶点的蛋白质数量。”

该研究得到了美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的资助(1R15GM137311-01)，也为最近获得美国国家科学基金会(National Science foundation)资助(ch -2203284)的一个新项目提案奠定了基础。该论文的其他贡献者包括强生公司的Harsha P. Gunawardena、默克公司的科学家宣文Shawn Li、俄亥俄大学的Howard Dewald教授和新泽西理工大学的Yong-Ick Kim教授。

Journal Reference:

1. Yongling Ai, Harsha P. Gunawardena, Xuanwen Li, Yong-Ick Kim, Howard D. Dewald, Hao Chen. Standard-Free Absolute Quantitation of Antibody Deamidation Degradation and Host Cell Proteins by Coulometric Mass Spectrometry. Analytical Chemistry, 2022; 94 (36): 12490 DOI: 10.1021/acs.analchem.2c02709ember 27, 2022).