Summary

Kapillær elektroforese Separasjon av monoklonalt antistoff isoformer Ved hjelp av en nøytral kapillær

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

Monoklonale antistoffer (mAbs) er bioterapeutiske proteiner med økende interesse på grunn av deres evne til å handle mot flere kroniske og degenerative sykdommer 1. Som andre biomolekyler, mAbs er tilbøyelige til å gjennomgå flere fysiske endringer i alle faser av sin livssyklus (dvs. fra biosyntese til det endelige produktet). Slike modifikasjoner innbefatter, men er ikke begrenset til: deamidering, glykosylering, oksidasjon, cyklisering, isomerisering, aggregering og proteolytisk spaltning to. Derfor blir analytiske teknikker som er i stand til å løse iboende isoformer nødvendig for å overvåke mAb'ene heterogenitet og stabilitet for å kunne etablere kvalitetsspesifikasjoner.

Kapillær elektroforese (CE) er en høy ytelse separasjonsteknologi gjennomført outinside av en smal smeltet Silica tube (mikrometer utvalg) fylt med bakgrunn elektrolytt (BGE). Ved påføring av et elektrisk felt (opp til 30 000 V), ladet molekyls migrerer mot elektroden med motsatt ladning (dvs. elektro-drevet separasjon). Bruken av høye spenninger i CE tillater raske analyser og økt effektivitet, som er bedre enn klassisk gel elektroforese. Kapillær sone elektroforese (CZE) er et CE-basert teknikk rutinemessig brukt i biofarmasøytiske industrien for produktet kvalitetsvurdering 3-9. I motsetning til andre former for CE (f.eks kapillær gelelektroforese, kapillar isoelektrisk fokusering) eller kromatografi-baserte metoder, kan CZE bli utført uten bruk av denatureringsmidler eller fastfase-grensesnitt, slik at analysen av den iboende heterogenitet av mAb nær deres opprinnelige tilstand 10 . CZE separasjon av mAb isoformer forekommer inne i et smeltet silika kapillær dekket med en hydrofil polymer (nøytral kapillar), og er basert på deres ulike elektroforetisk mobilitet, som er styrt av ladning, masse, størrelse og form (eller hydrodynamisk volum) 11. mAb delene blir oppdaget nårde er mobilisert og passerer gjennom deteksjonsvinduet, som avføles ved hjelp av en ultrafiolett (UV) absorbans-detektor ved 214 nm 4.

En vellykket gjennomføring av denne analytisk teknikk vil avhenge av riktig hensyn til detaljer før og under forsøket. Fungerende ellers vil øke kostnadene og tid til å gjennomføre analysen, til slutt fører til konstant svikt og frustrasjon.

Her presenterer vi en steg-for-steg guide til å gjennomføre en vellykket analyse av mAb heterogenitet ved CZE gjennom detaljert forklaring av utarbeidelse av løsninger og prøver, utarbeidelse av CE-systemet, instrument metoder satt opp, datainnsamling, og behandlingen. For formålet med denne opplæringen, en rekombinant humant anti-tumor nekrose faktor alfa (anti-TNFa) mAb blir anvendt som protein modell; Men kan denne protokollen enkelt tilpasses for analyse av andre proteiner vurderer korte modifikasjoner. ENdditionally, flere anbefalinger for å redusere potensielle problemer er foreslått. Leseren oppfordres til å strengt følge den foreslåtte protokollen, som sannsynligheten for å lykkes vil øke.

Protocol

1. Utarbeidelse av Solutions Forbered BGE løsning. Fremstille 100 ml av en oppløsning bestående av 0,05% (m / v) hydroksy- propyl metylcellulose (HPMC), 200 mM ε-amino-n-kapronsyre (EACA) og 30 mM litiumacetat. MERK: Som HPMC er et viskoelastisk polymer, helle pulveret inn i et begerglass, tilsett 80 ml vann og til slutt legge til rørestav. Fortsett å legge de resterende reagenser som normalt. Bruk vernebriller ved håndtering litiumacetatmetoden som det kan føre til ir…

Representative Results

Figur 2 viser det typiske elektrisk strøm profil av en 200 mM EACA, 30 mM litium-acetat, pH 4,8 BGE med anti-TNFa-mAb prøve fortynnet med Tris-buffer (50 mM, pH 8,0). Som det kan observeres, er den nåværende stabil gjennom hele analysen, og kan svinge mellom verdier på 30 til 35 uA. Figur 3 viser CZE elektroferogrammet av en blindprøve hvor det detekterte topp tilsvarer den histamin intern standard. Det er forventet for histamin å ha en migrering …

Discussion

I denne opplæringen, merker vi viktigheten av riktig praksis når gjennomføre CZE analyser av mAbs for å øke sannsynligheten for å lykkes. Men når CZE brukes på rutinemessig basis, problemer oppstår uunngåelig 12.

For best resultat, er det viktig å følge notatene som ble inkludert i hele protokollen, som de vil hjelpe analytikeren å overvinne og feilsøke vanskelige trinn. En viktig faktor for å oppnå en optimal oppløsning ved et gitt sett av betingelser er den korr…

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