פרוטוקול מפורט לטיהור וניתוח מאוחר יותר של נוגדן חד שבטיים מתוך נוזל שנקטפו לתרבות התא (HCF) של microbioreactors חקנים אוטומטיים תוארה. השימוש בניתוח כדי לקבוע תכונות איכות קריטיות (CQAs) ולמקסם את נפח מדגם מוגבל כדי לחלץ מידע חיוני מוצג גם.
נוגדנים חד-שבטיים (mAbs) הם אחד המוצרים הנפוצים ביותר ומאופיין היטב המיוצרים כיום. המיוצר בדרך כלל באמצעות שחלות האוגר הסיני (צ’ו) תאים, התרבות והתהליכים התהליך חייב להיות ממוטב כדי למקסם את הנוגדן משפר ולהשיג פרופילי איכות היעד. בדרך כלל, מיטוב זה משתמש ביוריאקטורים אוטומטיים (15 mL) כדי להקרין תנאי תהליך מרובים במקביל. קריטריוני אופטימיזציה כוללים ביצועי תרבות ותכונות באיכות קריטית (CQAs) של מוצר נוגדן חד שבטיים (mAb), אשר עשוי להשפיע על יעילותה ובטיחות. מדדי ביצועי התרבות כוללים צמיחת תאים וצריכת חומרים מזינים, ואילו ה-CQAs כוללים את ה-N-הגליקוציה ופרופילי הצבירה של mAb, משתני טעינה ומשקל מולקולרי. פרוטוקול מפורט זה מתאר כיצד לטהר ולנתח לאחר מכן דגימות HCF המיוצרים על ידי מערכת microbioreactor חקן אוטומטית כדי להשיג מדדי ביצועים יקרי ערך ותפוקות. ראשית, חלבון אוטומטי חלבון מהיר כרומטוגרפיה נוזלית (FPLC) השיטה משמשת כדי לטהר את mAb מדגימות של תרבות התא שנקטפו. ברגע שהוא מרוכז, הפרופילים הגלינורים מנתחים על ידי ספקטרומטר מסה באמצעות פלטפורמה ספציפית (עיין בטבלת החומרים). משקולות מולקולרים ופרופילי צבירה נקבעים באמצעות גודל הדרה כרומטוגרפיה-מספר פיזור אור זווית (SEC-דוליטל), בעוד משתנים החיוב נותחו באמצעות אלקטרופורזה באזור נימי-שבב (mCZE). בנוסף מדדים ביצועי התרבות שנתפסו במהלך תהליך ביוריאקטור שחקן (כלומר, הכדאיות התרבותית, ספירת תאים, מטבוליטים נפוצים כולל גלוטמין, גלוקוז, לקטט, ו אמוניה), מדיה בילה מנותח כדי לזהות הגבלת חומרים מזינים כדי ל לשפר את אסטרטגיות ההזנה ועיצוב התהליך הכולל. לכן, פרוטוקול מפורט לקוונפיקציה מוחלטת של חומצות אמינו על ידי מדיה כרומטוגרפיה נוזלית המוניים (LC-MS) של המדיה המושקע מתואר גם. השיטות המשמשות בפרוטוקול זה מנצלות פלטפורמות של תפוקה גבוהה התואמות למספר גדול של דגימות של אמצעי אחסון קטן.
Therapeutics חלבונים משמשים לטיפול במגוון גדל של מצבים רפואיים כולל סיבוכים השתלת רקמות, הפרעות אוטואימוניות, סרטן1. מאז 2004, ארצות הברית מינהל המזון והתרופות (usfda) תיעד חלק הולך וגובר של יישומי רישיון יולוגי (בלאס) של כל האישורים מוסדר על ידי המרכז להערכת הסמים ומחקר (cder), עם בלאס חשבונאות עבור מעל 25% ב 2014 ו 20152.
בהתחשב בשוק המתרחב הזה, היצרנים הביופרמקולוגיה מאותגרים במהירות באספקת מוצר רב יותר באיכות עקבית. המאמצים להגדיל את תפוקת המוצר יש התמקדו הנדסת תאים CHO ו קו הייצור ההקרנה, למרות השיפורים המשמעותיים ביותר הם בשל ההתקדמות במדיה/הזנה אופטימיזציה אסטרטגיה ושולט הסביבה תרבות התאים1, מיכל שלוש , ד , 5 במהלך תהליך הייצור.
מאז mAbs מיוצרים במערכת ביולוגית, יכול להיות שינויים בחלבון הטבועה. הרכב הנוגדן יכול להשתנות לאחר השינוי, כגון גליקוזילציה או מושפע השפלה או תגובות אנזימטיות. אלה וריאציות מבניים עלול לעורר תגובות החיסונית מסוכן או לשנות את כריכת נוגדנים, אשר בתורו יכול להפחית או לחסל את הפונקציה טיפולית מיועדת5. כך, תכונות איכות קריטית (CQAs) של נוגדנים חד-שבטיים-פרופיל N-גליקן, הפצה משתנה התשלום, ואת אחוז הנוגדן בטופס monomeric-מנוטרים באופן סדיר נשלט כחלק איכות על ידי עיצוב (QbD) גישה במהלך תהליכי ייצור1,6. בסביבת ייצור מוסדרת, חלבונים טיפוליים חייבים לעמוד בתנאי קבלה כדי להיות מורשה כמוצר תרופה מסחרית מאושרת7. השיטות המוצגות במסמך זה היו בדרך כלל חלק מתהליך אפיון האיכות עבור נוגדן7,8, וכל מדען חלבון יהיה מכיר את השימוש שלהם.
בעבודה מוקדמת9, היישום והתפעול של microbioreactors חקנים עבור הקרנת תפוקה גבוהה של מצבי תרבות תאים בזרם ביורובינג כבר תוארה. המוצר הטהור שהתקבל מתנאי המדיה השונים נתון לניתוח N-גליקן באמצעות lc-ms דפוסי הגליסיציה של חלבונים טיפוליים ניתן לזהות ומאופיין באמצעות טכניקות lc-MS10,11, ואת ה נוכחות של מינים גליניים שונים נקשר לפרמטרים ביורוחיים כגון אסטרטגיית הזנה, pH, וטמפרטורה12. ההשפעה של תנאי מדיה שונים על איכות המוצר, המצוין על ידי אחוז igg שהתקבל בטופס monomeric, מוערך גם עם גודל הדרה כרומטוגרפיה-רב זווית פיזור אור (SEC-דוליטל)13,14 , 15. פרופיל משתנה החיוב מייצג מספר שינויים16 שעלולים להשפיע על הפונקציה של מוצר. אלקטרופורזה באזור מיקרונימי (mCZE) היא טכניקה המציעה זמן ניתוח מהיר במידה ניכרת לעומת החלפת קטיון מסורתית (CEX) כרומטוגרפיה ומיקוד נימי (cIEF) שיטות המשמשות לניתוח משתנה החיוב17 ,18. בילה ביוריאקטור חקן מדיה נותחו כדי לעקוב אחר צריכת חומצת אמינו במהלך ייצור החלבון כפי שהוא מתייחס לשינויים בתכונות הזיהוי של הנוגדן19,20,21,22 , . עשריםואחד
ניתוח חלבונים מאפשר לנו לזהות פרמטרים של תהליכים קריטיים (CPPs) בהתבסס על קשרי הגומלין בין כניסות לתהליכים ושינויים ב-CQAs. במהלך פיתוח ביו-התקדמות, זיהוי ומדידת CPPs מדגים באופן מהותי בקרת תהליך ומבטיח כי המוצר לא השתנה, אשר חיוני בסביבות ייצור מוסדר ביותר. במאמר זה, טכניקות אנליטיות למדוד חלק מהמאפיינים הביוכימיים של החלבון הרלוונטי ביותר למוצר CQAs (פרופיל N-גליקן, משתני טעינה, וגודל הומוגניות) מוצגים.
הבכצ מכיל פסולת וחלקיקים גדולים שיכולים לסתום ולהרוס מיכשור יקר, ולכן הבהרה בתרבות נחוצה לפני הצורך בתהליך הזרם. צנטריפוגה היא בדרך כלל הגישה הראשונה לתאים נפרדים וחלקיקים מסיסים אחרים מחלבונים ואחריהם סינון. מסונן זה מסוננים אז נתון חלבון מהיר כרומטוגרפיה נוזלית (FPLC) עבור טיהור. טיהור של הבכצ מיקרוביורינים אוטומטיים כדי להשיג את המוצר הוא צעד חשוב בעיבוד הזרם. כאן, מערכת FPLC של שחקן הספסל עם חלבון עמודה משמשת להשגת נוגדנים חד-שבטיים מ-HCF. הניתוח לתהליכי במעלה הזרם יכול לספק תובנה שימושית להתנהגות התא ועיצוב ביוביואלי, המסייע בהשגת מוצר איכותי ואמין. בנוסף, הניתוח מאפשר לנו לקשר את תכונות האיכות הקריטיות (CQAs) לתהליכי הזרם ולמטה. להלן ארבע מובאות שמשמשות בדרך כלל לאפיון נוגדנים חד-שבטיים. טכניקות אלה הן איתנות, אמין, ניתן לפריסה בקלות עבור תהליך וניתוח מוצר מתוך מגוון של מקורות במעלה אשר מטוהרים חלקית בלבד ועשויים עדיין להכיל שיורית רמות של DNA ו HCP.
בעת ניקוי דגימות עבור ניתוח, יש ליצור איזון חשוב בין יצירת מדגם הנקי מספיק לניתוח תוך שמירה על השונות הקיימת בביוריאקטור. שני המזהמים הנפוצים ביותר להשפיע על המוצר הם דנ א ו HCP, אשר ניתן לבדוק על ידי מדידת היחס ספיגת ב260/280 ננומטר ו באמצעות SDS-עמוד או μCE-SDS. הנושא המוצג כאן אינו רגיש לרמות נמוכות של תוכן ה-DNA. טוהר המוצר הוא > 95% טהור, כפי שנקבע על ידי μCE-SDS.
ניתוח משתנה מחייב עם מערכת אלקטרופורזה במיקרוקפילר מספק שיטה בעלת תפוקה גבוהה כדי לזהות משתני חיוב, עם אסימונים וריאגנטים שקל יחסית ליישם. טבעו של הטכניקה ואת הכימיה של תיוג מגיב הן רגישות לילוי ו amines הראשי אחרים, ובכך דורשים צעד התפלה עבור רוב המדגם מטריצות. מניסיון, רמות נמוכות של DNA להעביר שיתוף עם הצבע החופשי מתגובת תיוג ואינם משפיעים על איכות התוצאות. בעוד ששונות של כימות השיא הבסיסי, העיקרי והחומצי היא בדרך כלל < 1%, רמות גבוהות יותר של דנ א ומזהמים אחרים יכולים להגביר את השונות של האפשרות. חשוב מאוד להיות עקבי עם תיוג חלבון ולהבטיח את השימוש ההנחיה של DMF לאחר הסרת מן הבקבוק ולהיות מעורבב עם הצבע. תקני ליזין ו/או היסטידין מומלצים כפקדי תיוג. במשך הזמן ובהתאם לאיכות המדגם, צ'יפס יכול להיות עבירה או לאבד את הציפוי על הערוצים מיקרופלואידיקה המוביל רעש גדול יותר, נוכחות של פסגות רפאים, וריאציה יותר לדוגמה לדוגמה. כדי לזהות מופע זה, ריקים ותקן התאמה למערכת (כלומר NISTmAb) נותחו בו עם דגימות במרווחי זמן קבועים. כאשר מתעוררות בעיות שבב, ניתן לשטוף את האסימונים בעזרת פתרון האחסון או להחליפו.
השיטות המשמשות לניתוח גליטליות של גליקורופנים טיפוליות מערבת בעיקר כרומטוגרפיה נוזלית (LC) ו/או ספקטרומטר מסה (MS), עם ניתוח microarray מיקרוטין צובר פופולריות כאופציה שלישית25. השיטה המתוארת במאמר זה משתמשת הן LC ו-MS, אשר יש יתרונות וחסרונות. שיטות ספקטרומטר מסה מנצלות את היתרון של אימות המוני של הגליקנים שנותחו, דבר שאינו אפשרי בשיטות מבוססות LC באמצעות פלט של זיהוי פלורסנט או מיקרו-מערכים של לקטין. שיטה זו משתמשת ב-LC ובזיהוי הקרינה הפלואורסצנטית כדי להקצות באמצעות זמן שמירה על השוואה לסולם דקטרן. ניטור פלואורסצנטית מאפשר רגישות מוגברת וכימות בשל הקלות של הגילוי שלה, שבו MS לבד אולי לא יוכלו לכמת מינים שפע נמוך בשל יעילות יינון העניים של oligosaccharides. המידע ההמוני מ-MS משמש כדי לאשר את הזהויות של גליקן, אך תוכנת העיבוד אינה משתמשת במידע המוני כקריטריון ההקצאה העיקרי. מכאן, ללא כרומטוגרפיה הניתנת לפתירה ובקלות הפסגות, שיטה זו יכולה לסבול לגבי משימות גלינו. למרבה המזל, המידע ההמוני יכול לעזור עם הקצאות גליל גם במצבים שבהם הכרומטוגרפיה מהווה משנה, כגון משמרות בזמן שמירה המזרות הקצאות גלירות. אם נעשה שימוש בשיטה זו ללא MS, הכרומטוגרפיה חייבת להיות ברמה הגבוהה ביותר, מכיוון שאין אפשרות להשתמש במידע המוני כדי לתקן את הזמן המתאים למגורים.
השיטה לניתוח חומצת אמינו שתוארה כאן משתמשת ב-LC-MS לצורך כימות מהירות של חומצות אמינו בלתי מחמיחות במדיה של התרבות התא הגולמי. השיטות החלופיות לניתוח חומצת אמינו דורשות לאפשר זיהוי אולטרא-סגול באמצעות חומצות אמינו. שיטת LC-MS מציעה יתרונות חשובים על-ידי שיטת LC-UV: הוא מאפשר זיהוי מבוסס על הזמן שמירה הן מסה יון לעומת LC-UV שיטה, אשר מוגבל על ידי חוסר אפיון המוני. יתר על כן, שיטת LC-MS מציע זמן והיתרונות הנוזדוטיים, כמו שיטת LC-UV דורש תגובה ללעג זמן רב, אשר עשוי להקנות השתנות לדוגמה27. עם זאת, הזרקה של מדיה של תרבות התא הגולמי בשיטה LC-MS יכול לגרום להשפעות מזיקות על אות MS בשל יון מגקפה מפויית. סולם כיול מוזרק לעתים קרובות כבדיקת התאמה למערכת, וסדר המדגם אקראי כדי למנוע הטיה בנתונים.
תהליך תרבות התא עבור ייצור נוגדנים באמצעות microbioreactors חקנים מתואר בעבר9. במחקר זה, פרוטוקולים מפורטים לאפיון נוגדנים חד שבטיים שיטות למקסם את הנתונים שנרכשו מתוך כרכים מדגם מוגבל מוגדרים היטב. כמויות מוגבלות של נוזלי תרבות התאים שנקטפו יכול לעיתים להגביל את מידע המוצר שנרכש והבחירה של ההליכים האנליטיים הנכונים כדי להשיג נתונים באיכות המוצר הוא חיוני. הניתוח חשוב לקשר בין פרמטרי תהליך המעלה לבין השינויים באיכות המוצר. כאן, מנחה מסופק עבור משתמשים לאפיין mAbs כאשר עובדים עם microbioreactors חקנים.
The authors have nothing to disclose.
המחברים מודים לסקוט לאוטה על התמיכה האנליטית שסיפקה. מימון פנימי חלקי ותמיכה בעבודה זו מסופק על-ידי תוכנית הנתיב הקריטי של CDER (CA1-13). פרויקט זה נתמך בחלקו על ידי פעילות לתוכנית התמחות/השתתפות במחקר במשרד למוצרי ביוטכנולוגיה, מינהל המזון והתרופות בארה ב, המנוהל על ידי המכון למדע ולחינוך ע י מכון אוק רידג ‘ באמצעות בין משרד האנרגיה וה-FDA של ארה ב.
CHO DG44 Cell Line | Invitrogen | A1100001 | |
Akta Avant 25 | General Electric Life Sciences | 28930842 | |
Pro Sep vA Ultra Chromatography Resin | Millipore Sigma | 115115830 | Purification Stationary Phase |
Omnifit 10cm Column | Diba Fluid Intelligence | 006EZ-06-10-AA | Housing for Stationary Phase |
Tris Base | Fisher Scientific | BP154-1 | |
Superloop 10 mL | GE Healthcare | 18-1113-81 | |
µDawn Multi Angle Light Scattering Detector | Wyatt | WUDAWN-01 | |
0.22 µm Millex GV Filter Unit PVDF Membrane | Merck Millipore | SLGV033RB | |
10X Phosphate Buffered Saline | Corning | 46-013-CM | |
12 mL Syringe | Covidien | 8881512878 | |
1290 Infinity Binary Pump | Agilent Technologies | G4220A | |
1290 Infinity DAD | Agilent Technologies | G4212A | |
1290 Infinity Sampler | Agilent Technologies | G4226A | |
1290 Infinity Thermostat | Agilent Technologies | G1330B | |
1290 Infinity Thermostatted Column Compartment | Agilent Technologies | G1316C | |
15 mL Falcon tube | Corning Inc. | 352097 | |
150 uL Glass Inserts with Polymer Feet | Agilent Technologies | 5183-2088 | |
50 mL Falcon tube | Corning Inc. | 352070 | |
96-Well Plate | Bio-Rad | 127737 | |
Acetic Acid | Sigma-Aldrich | 695072 | |
Acetonitrile | Fisher Chemical | BPA996-4 | |
ACQUITY I-Class UPLC BSM | Waters Corporation | 18601504612 | |
ACQUITY I-Class UPLC Sample Manager | Waters Corporation | 186015000 | |
ACQUITY UPLC FLR Detector | Waters Corporation | 176015029 | |
Amicon Ultra-4 100 kDa centrifugal filters | Merck Millipore | UFC810096 | |
Amino Acid Standard, 1 nmol/µL | Agilent Technologies | 5061-3330 | |
Amino Acid Supplement | Agilent Technologies | 5062-2478 | |
Ammonium Formate Solution – Glycan Analysis | Waters Corporation | 186007081 | |
Blue Screw Caps with Septa | Agilent Technologies | 5182-0717 | |
CD OptiCHO AGT Medium | Thermo Fisher Scientific | A1122205 | |
Centrifuge Tubes | Eppendorf | 22363352 | |
Charge Variant Chip | Perkin Elmer | 760435 | |
Charge Variant Reagent Kit | Perkin Elmer | CLS760670 | |
Chromatography Water (MS Grade) | Fisher Chemical | W6-4 | |
Dimethylformamide | Thermo Scientific | 20673 | |
Extraction Plate Manifold for Oasis 96-Well Plates | Waters Corporation | 186001831 | |
Formic Acid | Fisher Chemical | A117-50 | |
GlycoWorks RapiFlour-MS N-Glycan Starter Kit – 24 Sample | Waters Corporation | 176003712 | |
GXII Buffer Tubes | E&K Scientific | 697075- NC | |
GXII Detection Window Cleaning Cloth | VWR | 21912-046 | |
GXII HT Touch | Perkin Elmer | CLS138160 | |
GXII Ladder Tubes | Genemate | C-3258-1 | |
GXII Lint-Free Swab | ITW Texwipe | TX758B | |
Hydrochloric Acid | Fisher Scientific | A144-500 | |
Intact mAb Mass Check Standard | Waters Corporation | 186006552 | |
Intrada Amino Acid Column 150 x 2 mm | Imtakt | WAA25 | |
NanoDrop One Microvolume UV-Vis Spectrophotometer | Thermo Fisher Scientific | 840274100 | |
Optilab UT-rEX Differential Refractive Index Detector | Wyatt | WTREX-11 | |
Perchloric acid | Aldrich Chemistry | 311421 | |
Pipet Tips with Microcapillary for Loading Gels | Labcon | 1034-960-008 | |
Polypropylene 96-Well Microplate, F-bottom, Chimney-style, Black | Greiner Bio-One | 655209 | |
RapiFlour-MS Dextran Calibration Ladder | Waters Corporation | 186007982 | |
Screw Top Clear Vial 2mL | Agilent Technologies | 5182-0715 | |
Sodium Chloride | Fisher Scientific | S271-1 | |
Sodium Iodide | Sigma Aldrich | 383112 | |
TSKgel UP-SW3000 4.6mm ID x 30 cm L | Tosoh Biosciences | 003449 | |
UNIFI Scientific Information System | Waters Corporation | 667005138 | |
Vacuum Manifold Shims | Waters Corporation | 186007986 | |
Vacuum Pump | Waters Corporation | 725000604 | |
Xevo G2 Q-ToF | Waters Corporation | 186005597 | |
Zeba Spin Desalting Column, 0.5 mL | Thermo Scientific | 89883 |