蛋白药物

毛细管电泳技术在蛋白药物研发和质量控制中的发展 随着蛋白药物的开发热潮在全球兴起，毛细管电泳技术（Capillary Electrophoresis, CE）作为一种新兴的研发和质控的分析技术也越来越受到各大生物制药公司的青睐和法规机构的重视。全球大部分生物制药公司均已使用毛细管电泳系统用于蛋白药物的研发及质量控制分析。从培养基优化、克隆筛选、配方稳定性研究和纯化过程监测，到蛋白表征、相关杂质检测、蛋白结构鉴定和蛋白质药物产品的质量控制，蛋白药物的各个环节都需要使用到毛细管电泳。例如蛋白的纯度测定，已经从SDS-PAGE转变为十二烷基硫酸钠-毛细管凝胶电泳（CE-SDS）方法；蛋白质的等电点测定，毛细管等电聚焦(CIEF)比传统胶条方法更为准确；糖蛋白药物的糖基异质性表征，毛细管电泳是高分辨率分析方法之一。在各国药典中，毛细管电泳技术用于蛋白药物的检测方法也不断丰富与发展。药典中最早出现其对蛋白药物检测方法是促红细胞生成素(EPO)的糖异构体测定。糖蛋白的异构体差异小，普通的分析方法很难将EPO中的多种异构体分离定量。欧洲药典和美国药典将毛细管电泳方法确定为EPO异构体分析的标准，解决EPO产品中各种糖基化异构体的分离和定量问题。此外，生长激素的相关杂质检测标准也采用了毛细管电泳的方法。对于单克隆抗体药物的分析，在2006年，由惠氏、安进、基因技术、礼来、辉瑞、强生及加拿大卫生署等十几个实验室对“CE-SDS方法对单抗药物纯度分析”进行了联合验证。他们对方法的稳定性、可靠性、准确性等多方面进行了研究和考察。研究结果表明CE-SDS方法比传统的SDS-PAGE更适合单抗药物的表征与质量控制，其结果的稳定可靠性要远远超过SDS-PAGE，建议各生物制药公司使用CE-SDS代替原有的SDS-PAGE作为研发与质量分析的平台。随后，上述生物制药公司及机构又针对“CIEF方法进行单抗药的等电点测定及电荷异质性分析”、“CZE方法快速分析单抗药的电荷异质性”，“毛细管电泳技术进行单抗药中的糖基分析”进行了多实验室联合验证，结果展现了CE技术用于单抗药质量控制的优势及可行性。美国药典于2013年发布了利妥昔和曲拓珠等单克隆抗体药物的纯度检测、等电点/电荷异质性分析和糖基分析采用毛细管电泳方法。在中国，中国食品药品检定研究院于2012年联合国内外生物制药机构对“CE-SDS方法对单抗药物纯度分析”进行了验证，确认了CE-SDS方法在分辨率、定量准确性及自动化程度等方面的优势，并指出CE可以对单抗非糖基化重链进行准确定量。基于以上工作以及毛细管电泳技术在单抗药分析中的强大优势，中国药典2015版的第三部中增加了CE技术，明确了CE是单克隆抗体药物大小变异体、电荷变异体、鉴别与一致性和糖基化修饰分析中的重要方法。随着CE技术在生物制药领域的快速发展，以及新的蛋白质药物的不断上市，将会有更多的CE方法出现在各国药典中。毛细管电泳技术在单克隆抗体药物分析中的应用（1）单克隆抗体药物的纯度及大小异质性分析SDS-PAGE方法对单抗药物进行纯度分析，在分辨率、定量准确性和自动化程度上，已经不能满足生物制药研发和质量控制的要求。CE-SDS方法基于蛋白分子量的差异分离，用于还原和非还原单抗药物的纯度分析，免去了复杂的人工操作、定量更加准确，具有更高的分辨率，在还原模式中可对非糖基化重链进行分离和准确定量。图1. CE-SDS对还原单克隆抗体药物的纯度分析[1]选用不同的毛细管长度，可以实现高分辨率模式和快速模式的纯度分析。高分辨模式的CE-SDS方法提供最高的分辨率，快速模式的CE-SDS方法提供更短的冲洗和分离时间，提高了分析的通量。CE-SDS结合激光诱导荧光检测器（CE-SDS-LIF），通过5-Tarma或FQ染料对蛋白进行标记，可以获得更高的灵敏度，可以检测到含量在0.01%的杂质碎片。此外，LIF检测器的使用，可以最小化基线波动，使积分和定量更加准确。（2）单克隆抗体药物等电点的测定和电荷异质性的分析单抗药物在结构上会发生糖基化、脱酰胺化、异构化、氧化等翻译后修饰，造成蛋白表面电荷的改变，引起单抗的电荷异质性。每个变异体具有不同的等电点。基于等电点分离的毛细管等电聚焦技术(cIEF)，可以对单抗药物的变异体进行高分辨率的分离和定量，可分离0.03个pI差异的变异体。方法使用等电点Marker制作校准曲线，对变异体的等电点进行准确的测定。是单抗药物等电点测定和电荷异质性分析的重要方法。图2. CIEF方法对单克隆抗体药物的等电点和电荷异质性分析[5]针对不同pI范围的蛋白样品，可以通过选用适当的两性电解质来实现高分辨率的分析。如对于大部分单抗，其pI值位于7-10之间，可使用pH 3-10范围的两性电解质；对于pI 在5-7范围内的蛋白样品，可使用pH 5-8的窄范围两性电解质；而对于pI 小于5的酸性蛋白，则可以使用反向聚焦和迁移模式，实现更好的分析。 （3）CZE方法对单克隆抗体药物电荷异质性的快速分析毛细管区带电泳（CZE）基于分析物电荷/体积的比进行分离，是毛细管电泳技术中最简单、快速的模式。由于单抗药物的各个变异体分子体积近乎相同，因此在CZE分离模式中，电荷变异体的分离取决于表面电荷的差异，与CIEF模式的变异体分离相一致。因此，CZE成为快速电荷异质性分析的平台方法被生物制药行业所使用。此外，由于CZE方法简单快速的特点，它也被用于单抗药的鉴别分析中。图3. 同一种CZE方法对23种单抗药物的电荷异质性分析[3]（4）单克隆抗体药物的糖基异质性分析单克隆抗体等糖蛋白药物中，糖基的种类和排列顺序会导致糖基异质性。单抗药物的糖基化修饰对其安全性和药效有着很大的影响。因此对糖基异质性的质量控制十分重要。毛细管电泳方法对糖基异质性分析的流程包括糖蛋白中糖基的释放、糖基的标记和毛细管电泳分离。磁珠辅助的糖基释放和标记，使得前处理可在1小时内完成，加快了前处理的时间。采用APTS作为荧光标记物，不仅可以通过增加电荷提高分离效率， 还通过LIF检测实现了高灵敏的糖基分析。毛细管电泳技术对糖基分析的优势在于分辨率高，速度快。不但可以区分出一个糖基的差别，相同分子量的糖基异构体也可以得到分离，整个分离过程可在5-20分钟内完成。图4. CE-LIF方法对单抗药糖基分析的电泳图毛细管电泳技术在重组蛋白类药物分析中的应用重组人促红细胞生成素（rhEPO）是高度糖基化的蛋白药物。糖基化的异质性导致了多种变异体的存在。采用CZE方法可对EPO的变异体进行分离和定量，该方法已经成为欧洲药典中EPO变异体分析的标准方法。此外，CIEF方法也可以实现对EPO中各个变异体的高分辨分离，不但可以获得与CZE方法相同的变异体数目和定量信息，还可以提供每个变异体的精确的等电点数值。在对不同来源的EPO产品与参考品的比较中，可使用等电点对变异体进行鉴定。图5. CZE方法对EPO变异体的分析重组人生长激素（rhGH）的纯度及异质性分析中，CZE方法分离度高、定量准确，也已为欧洲药典所采用。图6 CZE方法对rhGH的电荷异质性分析总结在蛋白药蓬勃发展的今天，毛细管电泳技术以其分辨率高、模式多等优势，在蛋白药研发和质控的过程中起到了不可或缺的作用，被越来越多的企业和监管机构所认可，用于蛋白药的纯度、等电点及电荷异质性、糖基等分析中。随着蛋白药物、细胞/基因治疗以及新型疫苗等生物制品的不断发展，毛细管电泳技术将会具有更大的应用空间，在蛋白、核酸及病毒颗粒等分析中，发挥它的优势，提高生物制品的质量控制标准。

蛋白药物具有分子量相对较大，结构复杂多样性和可变性等特点，其产品质量容易受到生产过程中各种理化条件影响，如发酵或细胞培养条件改变，分离纯化工艺不同，产品质量都会有差别，因此对蛋白药物结构的表征和质量的控制必须贯穿于蛋白药物研发的整个过程中，以确保对蛋白药物产品质量属性进行全程、实时的监控。但在蛋白药物产品结构表征和质量监控中，样品前处理（如氨基酸序列分析，糖基化分析）和数据挖掘都是非常耗时的工作，如何提高蛋白质药物生产过程中质量监控效率至关重要。本次研讨会由 Bruker 和 Ludger 联合主办，为大家介绍 Bruker 特色的质谱表征方案和Ludger功能性糖链塑形（GlyShape）的质量设计理念，并通过 IgG1, EPO 和 FSH 等生物药物结构表征应用实例和临床案例分析，来诠释如何利用低成本和高效率的方法加强蛋白药物的质量监控，提高蛋白药物有安全性和有效性。竭诚欢迎您的莅临。会议日期：2017年9月15日 13：00 - 16：15会议地点：上海张江高科技园区蔡伦路720弄1号楼一楼多功能厅会议咨询：于小姐 13370119923 yiting.yu@bruker.com会议报名：邮件报名，请于2017年 9月13日前将参会信息 姓名+电话+工作单位+职位+参会人数发送至： yiting.yu@bruker.com 一．报告简介 报告 1：《布鲁克创新质谱技术助您提高蛋白药物质谱表征效率》 -- 让细节和速度能同时兼顾不再成为蛋白药物质谱表征的难题 质谱仪在蛋白质药物结构表征中的应用越来广泛，但质谱分析中耗时的样品前处理和数据挖掘大大制约了质谱仪在蛋白质药物生产中的应用，Bruker特色的质谱表征方案则致力于让质谱表征方法细节和速度同时兼顾，大幅提高蛋白药物质谱表征效率。报告 2：《功能性糖链塑形（GlyShape）的临床应用及案例分析》--加速提高生物药研发的安全性和有效性，帮助生物药公司节省研发和生产成本 Ludger专业的糖组学和糖基化分析技术，将通过IgG1, EPO 和FSH 等生物药物的临床案例分析来诠释如何用更低的成本和更快的速度提高生物药物的安全性和有效性。糖基化对蛋白的生物活性至关重要，因此，需要对多批次抗体的糖基化形式都进行表征，检测其糖基化形式的变化范围，之后证明该单抗药物的糖型结构在参照糖型的变化范围内。 基于QBD的质量控制理念与临床实践相结合，Ludger首先提出了功能性糖链塑形（GlyShape）的质量设计理念。二．讲师简介Daryl Fernandes 博士， 英国 Ludger 生物科技公司创始人和总裁。1980年获得了牛津大学糖生物学研究所生物寡糖结构分析专业的博士学位。在医学和生物技术领域利用和开发糖基化分析技术已经拥有超过三十年的经验。于1999年建立了自己的生物科技公司—Ludger。刘先明，布鲁克质谱生物制药应用与市场专员。毕业于苏州大学生物物理专业，拥有多年蛋白药物质谱表征分析经验，目前主要负责基于 ESI-Q-TOF 和 MALDI-TOF/TOF 技术平台在生物制药领域中的应用技术支持和技术推广。 三． 公司介绍Ludger 生物技术公司 Ludger 是一家专门从事糖组学和糖基化分析技术的生物科技公司，以支持生物制药的实现和药物的转变。公司成立于 1999 年，由 CEO 达里尔费尔南德斯博士创立，实验室和办公室座落在英国牛津附近的卡拉姆科技中心。Ludger 已通过 ISO9001 认证，目前拥有28位研究人员，分别从事以下科学和商业活动：合同定制研究，糖基化分析服务、研究和开发，糖技术耗材和试剂的生产等，其中也包含纯化的多糖标准品。布鲁克（北京）科技有限公司 布鲁克公司作为全球领先的分析仪器公司之一。自成立五十多年以来，我们始终坚持一个理念：针对当今的分析需求，开发最先进的技术和最全面的解决方案。今天，遍布几大洲九十多个地点的五千多名员工正在为这个信念努力工作。刀工作。作为质谱技术的领导者，布鲁克公司质谱部门为您提供各种类型的先进质谱系统，产品包括：基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱质谱仪（MALDI-TOF和MALDI TOF/TOF)、电喷雾-离子阱质谱仪（ESI-Ion Trap）、电喷雾-飞行时间质谱仪（ESI-TOF）、电喷雾-四极杆-飞行时间串级质谱仪（ESI-Q-q-TOF）、超高分辨飞行时间质谱仪（UHR-TOF）、傅里叶变换回旋共振质谱仪(Q-q-FTMS)、气相-三重四极杆质谱仪（GC-MS/MS） 、液相-三重四极杆质谱仪（LC-MS/MS）。与此同时，我们还开发了农残筛查、毒物检测等一系列解决方案和软件产品，以最大化的满足科研、工业生产及检测等领域快速增长的需要。我们服务的客户群分布广泛，包括制药，生物科技，蛋白质组学和分子诊断等领域里的公司、学术研究单位和政府机构。公司总部设在美国，生产基地在德国，服务与销售中心遍布全球，以提供给用户最快捷和全面的服务。 Ludger 生物技术公司布鲁克（北京）科技有限公司2017年9月7日

安捷伦公司参与并支持&ldquo 多肽及蛋白药物研发与技术创新发展研讨会&rdquo 蛋白质药物作为一种新型生物技术候选药物，分为多肽和基因工程药物、单克隆抗体和基因工程抗体、重组疫苗。与以往的小分子药物相比,具有高活性、特异性强、低毒性、生物功能明确、有利于临床应用的特点，因此成为医药产品中的重要组成部分。2011年10月29-30日，&ldquo 多肽及蛋白质药物研发与技术创新发展研讨会&rdquo 在北京新悦宏大酒店成功召开。 会议的主旨为：大力发展以蛋白质药物为主体的生物医药产业，提高多肽及蛋白质药物研发创新和技术发展水平，交流探讨多肽及蛋白质药物研究领域学术热点、难点问题，加强技术合作，展现多肽及蛋白质药物研究领域的最新研究成果和新药发现，促进国内蛋白质药物产业的可持续发展等。 作为世界领先的生物医药行业分析解决方案供应商，安捷伦致力于帮助生物医药领域用户开发专业、安全、高质、高效的药物治疗产品，并且帮助用户以更快的速度，更低的成本将产品推向市场，经过近年来的先进技术及行业经验的不断积累，安捷伦目前可为广大生物医药领域用户提供广泛的完整应用方案，包括： 生理化学性质表征 完整新生物成分（NBE）分析 糖基化与磷酸化蛋白分析 氨基酸分析 肽谱分析 产物相关的杂质分析 工艺流程相关的污染物检测 蛋白和抗体的质量保证/质量控制 稳定性和剂型测试 蛋白治疗药物的生产工艺优化等 10月29日上午的大会报告中，安捷伦液质联用系统应用工程师陶定银博士进行了题为&ldquo 利用安捷伦HPLC、 Chip-cube HPLC 及Q-TOF等仪器针对抗体药物的表征策略&rdquo 的精彩报告。单克隆抗体药物与抗原存在很强的相互作用且具有高特异性，目前在科研以及各种疾病治疗中备受关注。抗体药物在应用之前，需要进行一系列的表征，比如抗体药物的氨基酸序列、完整蛋白质、甲硫氨酸氧化、二硫键、以及糖基化等翻译后修饰。本次报告介绍了采用安捷伦的HPLC、 Chip-cube HPLC 及Q-TOF等仪器实现抗体药物的一系列表征。安捷伦开发的糖分析芯片，可以快速高效的分析抗体药物的糖基化修饰，结果与LC-FLD方法相当，同时具备传统方法不能实现的优点，如数十倍分析速度与分析通量的提高，高度集成化系统带来的自动化、简便的分析流程，以及最佳的结果重复性。此外，安捷伦Bioconfirm蛋白药物分析软件以及糖分析数据库等强大的软件及数据处理工具能够进一步帮助用户有效进行蛋白药物相关研究。 更多安捷伦生物制药解决方案，请参考： http://www.chem.agilent.com/zh-cn/solutions/biopharma/pages/default.aspx 更多安捷伦生物制药分析解决方案在线讲座视频及应用材料，敬请联系我们：yunxia_shi3@non.agilent.com 订阅Access Agilent电子刊物，请登录: www.agilent.com/chem/accessagilent:cn 关于安捷伦科技 安捷伦科技公司（纽约证交所：A）是全球领先的测量公司，同时也是通信、电子、生命科学和化学分析领域的技术领导者。公司的 18500 名员工为 100 多个国家的客户提供服务。在 2010 财政年度，安捷伦的业务净收入为 54 亿美元。要了解安捷伦科技的信息，请访问：www.agilent.com.cn。