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技术升级丨高分辨质谱助力大分子蛋白药物结构确证研究

2021年08月24日
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微谱大分子药物分析服务拥有符合国际质量标准的生物药分析服务平台,可以为广大医药客户提供大分子药物结构表征、杂质分析(工艺杂质残留、蛋白残留、蛋白杂质鉴定)、分析方法开发和验证、稳定性研究、辅料/微生物检测、相容性/密封性研究等一体化的生物制品研究服务。

 

▲ 微谱生物大分子实验室

 

大分子药物分析服务

服务项目 服务内容
大分子药物分析服务 一级结构:分子量/序列覆盖率分析/氨基酸序列(N端、C端)/质量肽图分析/氨基酸组成分析/吸收系数分析/多肽质谱法全序列分析
高级结构:圆二色谱分析(CD)/差示扫描量热法(DSC)/二硫键配对、错配分析/游离巯基残留检测/FTIR分析/DLS分析
翻译后修饰:N糖、O糖基化位点分析/游离糖谱质谱鉴定/唾液酸分析/脱酰胺分析/氧化分析/C末端Lysine缺失分析/ C末端酰胺化分析/Q环化、E环化分析
杂质分析 工艺杂质残留:二甲基硅油类消泡剂/PEG/PEI/泊洛沙姆(188、407、338)/抗生素/磷酸三丁酯/ L-蛋氨酸亚砜酰亚胺(MSX)/吐温20、80等残留分析及方法验证 
纯度分析 SDS-PAGE分析/蛋白纯度分析(SEC、IEX、RP、HIC)/毛细管等电聚焦/毛细管凝胶电泳分析及方法验证

蛋白残留

分析

总蛋白残留/DNase酶残留/RNase酶残留/溶菌酶残留/过氧化氢酶残留/葡萄糖氧化酶残留/β-半乳糖苷酶等残留分析及方法验证

 

仪器介绍

 

ACQUITYTM UPLCTM H-Class PLUS System

XevoTM G2-XS QTof Mass Specctrometer

Waters UNIFI®

 

ACQUITYTM UPLCTM H-Class PLUS系统具有四元溶剂混合的灵活性和简易性,并带有一个流通针式进样器,配有紫外(TUV)与荧光(FLR)检测器,实现了UPLC高分离度、高灵敏度和高通量,同时具有ACQUITY UPLC系统的耐用性与可靠性。

 

XevoTM G2-XS QTof 质谱具有MS、MS/MS、MSE、MRM、FastDDA等多种采集模式,同时兼具高分辨率、高灵敏度与高精确质量数。

 

Waters UNIFI® 是高分辨质谱数据采集、处理、浏览、报告生成软件,可实现数据的可追溯性。

(信息来自Waters官网)

 

原理与应用

 

原理

高分辨质谱是以超高效液相色谱作为进样与分离系统,质谱作为检测系统,复杂的生物样品在液相色谱与质谱部分经过分离和离子化,经由质谱检测器得到谱图,从而实现物质的定性与定量分析。在CID(碰撞诱导解离)模式下,物质分子可进一步被碎裂成对应的碎片离子,通过检索碎片信息与数据库的匹配,可以实现物质分子的一级序列的定性分析

 

应用

该仪器主要应用于蛋白质分子的检测,如多肽、单克隆抗体、双特异性抗体、融合蛋白、抗体偶联药物等。可对其完整分子量还原分子量亚基分子量二硫键配对或错配氨基酸序列游离巯基位点与比例N-糖基化位点与类型翻译后修饰位点与比例(脱酰胺、氧化、N/C端修饰等)等进行定性与相对定量分析。

 

案例介绍

 

1. 精确分子量

 

▲ 图1 精确分子量:从上至下分别为TIC、Mass spectra及Deconvoluted mass图谱

 

▲ 图2 多肽全序列MS/MS分析:由上至下分别为TIC、Component plot、Mass  spectra及Fragmentation viewer 图谱

 

2. 序列覆盖率

 

▲图3 代表性氨基酸序列覆盖率图谱

 

氨基酸序列覆盖率确认:首先根据理论氨基酸序列选择一种或者多种酶进行酶切上机,然后通过质谱的一级MS与二级MS/MS数据进行序列覆盖率分析,使其综合序列覆盖率达到95%以上。

 

常用蛋白酶及特异性酶切位点

酶种类 酶切位点 无效酶切位点
Trypsin K, R KP, RP
Lys-C K N/A
Chymotrypsin

Y, F, W, M

N/A
N/A E D
Arg-C R K
Asp-N D, E N/A

▲表1 常用蛋白酶及特异性酶切位点

 

3. 质量肽图

 

质量肽图分析可有效鉴定蛋白质的一级结构信息,包括鉴定CDR区肽段位置、是否发生化学修饰或者氨基酸突变等,能有效质控生物制品的稳定性和完整性。

 

▲图4 供试品Trypsin酶解产物TIC图谱

▲图4 供试品Trypsin酶解产物TIC图谱

 

4. 二硫键配对分析

 

二硫键是一种重要的蛋白质翻译后修饰,对维持蛋白质空间结构起着重要的作用,也对其生物活性影响重大,因此确证蛋白分子正确的二硫键配对方式是特性鉴定中重要的研究内容。

 

▲ 图5 供试品经酶切后(还原和非还原)TIC对比图

 

5. N-糖谱分析

 

糖蛋白的糖链对维持蛋白空间结构的稳定性和生物活性起着重要的作用,同时也能影响许多蛋白药物的安全性。

 

▲ 图6 由上至下为N-糖型的TIC图和FLR图