Summary

Капиллярный электрофорез Разделение моноклональных антител изоформ с нейтральным капилляра

Published: January 16, 2017
doi:

Summary

Here, we present a comprehensive capillary zone electrophoresis protocol for the assessment of intrinsic physicochemical heterogeneity of monoclonal antibodies as a quality attribute.

Abstract

Biotherapeutic proteins, such as monoclonal antibodies (mAbs), are feasible alternatives for the treatment of chronic-degenerative diseases. The biological activity of these proteins depends on their physicochemical properties. The use of high-performance techniques like chromatography and capillary electrophoresis has been described for the analysis of physicochemical heterogeneity of mAbs. Nowadays, capillary zone electrophoresis (CZE) technique constitutes one of the most resolutive and sensitive assays for the analysis of biomolecules. Besides, the electro-driven separation in CZE is governed by extensive properties of matter and offers the advantage of analyzing proteins close to their native state. However, the successful implementation of this technique for routine analysis depends on the skills of the analyst at the critical steps during sample and system preparation. The purpose of this tutorial is to detail the steps to succeed in the CZE analysis of mAbs. Further, this protocol can be used for the development and improvement of skills of the personnel involved in protein analytical chemistry laboratories.

Introduction

Моноклональные антитела (мАт) являются биотерапевтический белки с ростом интереса из – за их способности действовать против нескольких хронических и дегенеративных заболеваний 1. Как и другие биомолекулы, мАт склонны пройти несколько физико – химических модификаций на всех этапах их жизненного цикла (т.е. от биосинтеза до конечного продукта). Такие модификации включают, но не ограничиваются ими: деамидированием, гликозилирование, окисление, циклизации, изомеризации, агрегации и протеолитическим расщеплением 2. Следовательно, аналитические методы, способные решить внутренние изоформы необходимы для мониторинга MAT, гетерогенность и стабильности с целью установления требований к качеству.

Капиллярного электрофореза (CE) представляет собой технологию, высокопроизводительное разделение, осуществляемое outinside узкой плавленого кварца трубки (диапазон мкм), наполненную фонового электролита (BGE). При приложении электрического поля (до 30000 В), заряженной молекулыs мигрируют к электроду с противоположным зарядом (то есть, электро-приводом разделения). Использование высоких напряжений в CE позволяет быстро анализа и повышения эффективности, которые превосходят электрофореза классического геля. Капиллярного зонного электрофореза (CZE) представляет собой метод CE на основе обычно используются в биофармацевтической промышленности для оценки качества продукта 3-9. В отличие от других режимов CE (например, электрофорез капиллярный гель, капиллярная изоэлектрической фокусирующей) или методов хроматографии на основе, CZE может проводиться без использования денатурирующих или твердофазных интерфейсов, что позволяет анализ присущей неоднородности мАт , близких к их нативном состоянии 10 , CZE разделение MAB изоформ происходит внутри плавленого кварца капилляра , покрытого гидрофильным полимером (нейтральным капилляра) и основан на их различной электрофоретической подвижности, которое управляется с помощью заряда, массы, размера и формы (или гидродинамического объема) 11. монАТ фрагменты обнаружены приони мобилизовали и проходят через окна обнаружения, которая измеряется с помощью детектора ультрафиолетового (УФ) оптической плотности при 214 нм 4.

Успешная реализация этой аналитической методики будет зависеть от надлежащего внимания к деталям до и во время эксперимента. Действуя в противном случае приведет к увеличению затрат и времени, чтобы провести анализ, в конечном счете, приводит к постоянной неудачи и разочарования.

Здесь мы представляем руководство шаг за шагом провести успешный анализ МАВ неоднородности по CZE через подробное объяснение приготовления растворов и образцов, подготовки системы CE, методов инструментов, созданных, сбора данных, и обработка. Для целей данного руководства, полностью рекомбинантный человеческий анти-фактора некроза опухоли альфа (анти-TNF-alpha) моноклональное антитело используется в качестве модели белка; Тем не менее, этот протокол можно легко настроить для анализа других белков с учетом кратких модификаций.dditionally несколько рекомендаций по смягчению предложены возможные проблемы. Читателю предлагается строго соблюдать предложенный протокол, поскольку вероятность достижения успеха будет возрастать.

Protocol

1. Приготовление растворов Приготовьте раствор BGE. Приготовьте 100 мл раствора, состоящего из 0,05% (м / об) гидроксипропилметилцеллюлозы (ГПМЦ), 200 мМ ε-амино- N-капроновой кислоты (ЭАК) и 30 мМ ацетат лития. Примечание: В качестве НРМС вязкоупругого полимера, залить порош…

Representative Results

На рисунке 2 представлен типичный электрический ток профиль 200 мМ EACA, 30 мМ ацетата лития, рН 4,8 BGE с анти-TNF – alpha мАт образца , разбавленного раствора трис – буфера (50 мМ, рН 8,0). Как можно заметить, ток стабилен в течение всего анализа и может колебаться между значени…

Discussion

В этом уроке, мы подчеркиваем важность надлежащей практики при проведении CZE анализа моноклональных антител, с тем чтобы повысить вероятность добиться успеха. Однако, когда CZE используется на регулярной основе, вопросы неизбежно возникают 12.

Для достижения наилуч?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors thank Wiley for the granted permission to use the concepts of the following publication for this tutorial. 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: Analysis of recombinant monoclonal antibodies by capillary zone electrophoresis. Electrophoresis. 2013. 34. 1133-1140. Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. This work was supported by CONACyT, Mexico, grant 230551.

Materials

Glacial acetic acid Tecsiquim AT0035-7
ACS grade hydrochloric acid J.T. Baker 9535-05
Histamine dihydrochloride Fluka 53300
(Hydroxypropyl) methyl cellulose  Fluka 09963
Lithium acetate Sigma-Aldrich 517992
6-Aminocaproic acid Sigma-Aldrich A2504
eCAP Tris Buffer, 50.0 mM,  pH 8 Beckman Coulter 477427
PA 800 Plus Pharmaceutical Analysis System Beckman Coulter A66528
eCAP Neutral capillary  Beckman Coulter 477441
Vial, Micro, 200 µl Beckman Coulter 144709
Universal Vial Caps Beckman Coulter A62250
Universal Vials Beckman Coulter A62251
Cable, Optics, UV/Vis Beckman Coulter 144093
UV/Vis Detector Module Beckman Coulter 144733
Cartridge Assembly Kit, Blank Beckman Coulter 144738

Referências

  1. Bruno, V., Battaglia, G., Nicoletti, F. The advent of monoclonal antibodies in the treatment of chronic autoimmune diseases. Neurol. Sci. 31, 283-288 (2011).
  2. Liu, H., Gaza-Bulseco, G., Faldu, D., Chumsae, C., Sun, J. Heterogeneity of monoclonal antibodies. J. Pharm. Sci. 97 (7), 2426-2447 (2008).
  3. Creamer, J. S., Oborny, N. J., Lunte, S. M. Recent advances in the analysis of therapeutic proteins by capillary and microchip electrophoresis. Anal. Methods. 6 (15), 5427-5449 (2014).
  4. Fekete, S., Guillarme, D., Sandra, P., Sandra, K. Chromatographic, Electrophoretic, and Mass Spectrometric Methods for the Analytical Characterization of Protein Biopharmaceuticals. Anal. Chem. 88 (1), 480-507 (2016).
  5. He, Y., et al. Analysis of identity, charge variants, and disulfide isomers of monoclonal antibodies with capillary zone electrophoresis in an uncoated capillary column. Anal. Chem. 82 (8), 3222-3230 (2010).
  6. He, Y., Isele, C., Hu, W., Ruesch, M. Rapid analysis of charge variants of monoclonal antibodies with capillary zone electrophoresis in dynamically coated fused-silica capillary. J. Sep. Sci. 34 (5), 548-555 (2011).
  7. Zhao, S. S., Chen, D. D. Y. Applications of capillary electrophoresis in characterizing recombinant protein therapeutics. Electrophoresis. 35 (1), 96-108 (2014).
  8. Štěpánová, S., Kašička, V. Determination of impurities and counterions of pharmaceuticals by capillary electromigration methods. J. Sep. Sci. 37 (15), 2039-2055 (2014).
  9. Štěpánová, S., Kašička, V. Recent applications of capillary electromigration methods to separation and analysis of proteins. Anal. Chim. Acta. 933, 23-42 (2016).
  10. Espinosa-de la Garza, C. E., et al. Analysis of recombinant monoclonal antibodies by capillary zone electrophoresis. Electrophoresis. 34 (8), 1133-1140 (2013).
  11. Staub, A., Guillarme, D., Schappler, J., Veuthey, J. L., Rudaz, S. Intact protein analysis in the biopharmaceutical field. J. Pharm. Biomed. Anal. 55 (4), 810-822 (2011).
  12. Altria, K. D., Altria, K. D. Troubleshooting. Methods in Molecular Biology, Vol 52. Capillary Electrophoresis Guidebook: Principles, Operation and Applications. , (1996).
  13. Ma, S., Nashabeh, W. Analysis of protein therapeutics by capillary electrophoresis. Chromatographia. 53 (5), 75-89 (2001).
  14. Jaccoulet, E., Smadja, C., Prognon, P., Taverna, M. Capillary electrophoresis for rapid identification of monoclonal antibodies for routine application in hospital. Electrophoresis. 36 (17), 2050-2056 (2015).
check_url/pt/55082?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Espinosa-de la Garza, C. E., Salazar-Flores, R. D., Pérez, N. O., Flores-Ortiz, L. F., Medina-Rivero, E. Capillary Electrophoresis Separation of Monoclonal Antibody Isoforms Using a Neutral Capillary. J. Vis. Exp. (119), e55082, doi:10.3791/55082 (2017).

View Video