一种在线的Native MS方法用于腺相关病毒衣壳含量比率的快速、灵敏和定量评估

腺相关病毒（AAV）是体内治疗性基因递送的领先载体平台，在治疗和预防人类疾病方面具有巨大潜力，但是由于其内在结构的复杂性，对能够有效监测产品质量以确保安全性和有效性以及支持制造和工艺优化的分析方法提出了很高的要求。AAV制造过程中最主要的杂质是空的和部分填充的AAV衣壳亚群，因此，衣壳含量，或空衣壳和部分衣壳与全长治疗基因组包装的衣壳的比例，已被监管机构确定为需要满足临床规范的关键质量属性。在这篇文章中，作者开发了一个集成的在线Native MS测定平台，该平台旨在最大限度地减少样品处理，并最大限度地提高通量和稳定性，从而快速、灵敏地定量AAV衣壳含量比。

图1 (a)用于AAV分析的nativeLC-MS平台示意图。AAV种群采用较小内径（1.0 mm i.d.）的SEC柱在低流量（10 μL/min）等速洗脱条件下使用150 mM乙酸铵进行在线除盐和缓冲液置换。(b)在不同的电荷还原条件下（中间和底部）获得的AAV8材料的代表性除盐总离子色谱（TIC，顶部）和非变性质谱。

图1展示了这个在线Native MS检测平台的具体组成。这个平台使用一根内径为1mm的sec柱在低流速下对样品进行在线除盐，使用多喷嘴发射器进行纳喷电离，可以对样品中的AAV衣壳材料进行高灵敏度的检测。为了让质谱峰有更好的分离且峰形更加清晰，作者在这里使用了脱溶剂化气体辅助电荷还原的方法，即通过在异丙醇中添加0.01%的三乙胺，掺杂到氮气中，可以降低衣壳的表面电荷。图1b中展示了使用辅助电荷还原后的质谱图，可以看到峰形更加清晰与精细，具有更好的质荷比分离，这表明使用Native MS同时检测空衣壳和全衣壳的可行性。

图2 在线native除盐SEC-MS分析具有不同数量的空、部分和全衣壳的AAV1、AAV5和AAV8材料。

为了评估筛选不同AAV血清型衣壳的一般适用性，在电荷还原条件下，对含有不同量的空衣壳、部分衣壳和完整衣壳的AAV1、AAV5和AAV8进行在线NativeMS分析。与 AAV5 相比，AAV1 材料含有更多的部分衣壳含量，而 AAV8 材料几乎不含部分衣壳。此外，AAV5的空衣壳含量更高，而 AAV1 和 AAV8 材料则相反。这些趋势都能够清楚地在Native MS中反映出来，表明该方法可以简单且快速地应用于不同AAV血清型衣壳组成的快速定性评估。此外，Native MS此前并未证明具有区分包含截短基因组的中间衣壳的能力。测定部分衣壳的含量具有重要意义，因为该群体代表了直接影响治疗安全性和有效性的相关杂质。

图3 (a)评估在5−1000ng范围内MS响应作为注射总AAV衣壳量的函数。(b)中间AEX抛光步骤前后收集的AAV8材料的非变性质谱图。

由于在工艺过程中，样品通常比较有限，且未经过纯化步骤的样品衣壳滴度也比较低，因此如何在有限的样品中快速监测工艺中AAV材料的衣壳组成，这对于在早期工艺开发过程中实现快速开发决策是非常必要的。作者在这里考察了该方法的检测灵敏度，他们在1–200 μg/mL的浓度范围内制备AAV8空对照批次，并进样5 μL每个样品进行在线非变性MS分析，如图3a所示，可以看到进样量与XIC图积分的峰面积之间有较好的线性关系。图3b展示了在制备工艺下游的阴离子交换提纯步骤之前和之后的衣壳含量对比，进行提纯后全衣壳的相对含量明显增加，这种相对丰度的变化与该步骤的预期结果一致，突出了该平台在评估生产中关键阶段AAV材料相对成分变化的实用性。

图4 通过MS响应的峰值分析评估空/全衣壳含量比。

图4评估了使用在线Native MS平台对不同空衣壳、全衣壳含量的样品进行定量的性能，通过对一系列不同混合比例的标准品进行分析，并与行业标准的AUC定量法做了比较，这两种方法之间表现出很强的相关性，表明该方法可以可靠地定量空衣壳/全衣壳含量比。

图5 通过native 除盐SEC-MS评估不同标准材料(a) AAV1和(b) AAV8在37°C条件下，第0天、第7天和第45天时空（灰色）、部分（橙色）和全（绿色）衣壳的含量。

先前的研究表明，AAV的热稳定性可能会与衣壳血清型以及封装基因组的长度有关，然而，目前关于衣壳在长时间的轻度热应力下的稳定性数据仍然十分有限。为了研究长期暴露于温和孵育温度的影响，作者使用这个在线Naitive MS平台来评估了AAV1和AAV8材料在37°C孵育45天后衣壳含量的变化。AAV8 的衣壳含量在45天的时间内能够保持不变（图 5b），表明即使该种应激条件下也具有高度稳定性。但是，AAV1的衣壳含量在0天与孵育的第7天和第45天均显示出显著差异（图5a）。总体而言，这些结果强调了在线Native MS平台对于快速定性评估暴露于一定外界压力条件下衣壳分布变化的实用性。衣壳的血清型和封装基因组的大小都可能导致本文使用的AAV1和AAV8材料的热稳定性的明显差异。

总的来说，这篇文章展示了一个集成的Native MS测定平台，该平台能够对 AAV 空衣壳/全衣壳含量比率进行快速、灵敏和定量的在线分析。每个样品的分析时间仅为 10 分钟，对不同的 AAV 血清型具有广泛的适用性，并具有经过验证的工艺筛选能力，该方法非常适合在生物制药中对 AAV的产品质量进行常规监测。

原文发表在Journal of the American Society for Mass Spectrometry 上，题目是An Online Native Mass Spectrometry Approach for Fast, Sensitive,and Quantitative Assessment of Adeno-Associated Virus Capsid Content Ratios1，通讯作者是美国再生元制药公司的Shunhai Wang博士。