Biopharmaceutical Development and QA/QC

Význam tématu

Analytická charakterizace biofarmaceutik představuje klíčový prvek zajištění bezpečnosti, účinnosti a kvality léčiv na bázi makromolekul. V průběhu vývoje od screeningu buňkových linií přes optimalizaci výrobního procesu až po finální kontrolu kvality (QA/QC) je nutné sledovat kritické kvality (CQAs) jako je čistota monomeru, post‐translační modifikace, glykosylace či přítomnost nežádoucích částic. Inovativní a integrované analytické přístupy urychlují vývoj bioléčiv a usnadňují dodržování regulačních požadavků.

Cíle a přehled studie / článku

Článek shrnuje moderní metody pro charakterizaci intact proteinů, glyků, peptidů, složení kultivačních médií, bioanalýzu a detekci nečistot. Představuje nástroje a workflow od UV/fluorescenční spektroskopie, chromatografie (SEC, IEX, HILIC, RP-UHPLC), MALDI‐TOF MS, Q-TOF a triple-quadrupolových LC-MS/MS systémů až po speciální řešení pro kontrolu integrity dat.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika zahrnuje:

• Separační techniky intact proteinů – SEC pro monomery vs. agregáty, IEX pro profil nabíjecích variant, HIC pro hydrofobní interakce.
• Accurate mass analýzu pomocí Q-TOF LCMS-9030 pro detekci PTM a glykoform.
• Rychlý screening glykánů pomocí MALDI-TOF MS a detailní profiling pomocí HILIC-UHPLC s fluorescenční detekcí.
• Peptidovou mapu pomocí enzymatické digesce a UHPLC-MS integrované v Nexera-i, včetně Part11 kompatibility.
• Kvantifikaci médií a metabolitů (95 sloučenin) pomocí triple-quadrupolu LCMS-8060 a platformy C2MAP.
• Bioanalytiku pro preklinické a klinické studie – rychlá selektivní proteolýza nSMOL a MRM měření.
• Analýzu agregátů pomocí laserové difrakce (Aggregates Sizer) a vyhodnocení stability.
• Detekci a kvantifikaci pomocných látek či nežádoucích látek (polysorbáty, elementární nečistoty, extractables/leachables) s GC-MS/HS a ICP-MS.
• Centralizovanou správu dat a audit­trail pomocí LabSolutions CS pro zajištění integrity a compliance s GMP.

Použitá instrumentace

• UV spektrofotometry a fluorescence detektory RF-20Axs
• UHPLC systémy Nexera-i, Nexera Mikros a Prominence-i
• Kolony Shim-pack Bio Diol-300, Aeris PEPTIDE XB-C18, Amide-80 pro HILIC, C18 core-shell
• Q-TOF LCMS-9030, triple-quadrupol LCMS-8060/8050, MALDI-TOF MS
• Proteolytická nanoprototypová nanotechnologie nSMOL Antibody BA Kit
• Agregační analyzátor Aggregates Sizer TC
• GC-MS/HS pro polysorbátové či styrenové nečistoty, ICPMS-2030 pro ICH Q3D
• Softwarové platformy LabSolutions CS, C2MAP TRENDS

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizace SEC sloupců s menšími částicemi významně zkrátila dobu analýzy intact proteinů při zachování rozlišení. Charge‐variant IEX a accurate mass LC-MS potvrdily strukturu a PTM. Rychlý glycan screening MALDI-MS a detailní rozlišení isomerů HILIC-FL umožnily komplexní kontrolu glykosylace. Peptidová mapa UHPLC-MS prokázala vysokou reprodukovatelnost a přesnost detekce modifikací. C2MAP pokryla současně 95 metabolitů, což poskytlo detailní vhled do kultivačních podmínek a pomohlo optimalizovat složení médií. nSMOL technologie zkrátila vývoj bioanalytických metod na jednotky dní a dosáhla LLOQ v jednotkách ng/mL. Analýza agregátů umožnila kvantifikaci velikostní distribuce a vliv excipientů. Implementace LabSolutions CS zajistila plnou stopu auditních záznamů a bezpečné centralizované ukládání dat.

Přínosy a praktické využití metody

Integrované analytické workflow podporuje selektivní výběr buněčných linií, monitorování výrobních parametrů, kontrolu glykanových profilů i primární struktury, rychlou bioanalýzu v preklinice, detekci agregátů a nežádoucích látek a zajišťuje compliance s regulačními požadavky. Výsledkem jsou vyšší produktivita, kratší doba vývoje a spolehlivější rozhodnutí v průmyslové praxi.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další směřování zahrnuje automatizovanou on‐line průběžnou analýzu fermentačních procesů, využití microflow a nano­flow LC-MS, rozšíření glyko­proteomických a peptidomických studií, aplikaci umělé inteligence pro interpretaci komplexních dat a rozvoj digitálních nodevroných řešení pro úplnou sledovatelnost vzorků a analytických dat.

Závěr

Komplexní portfólio metod a přístrojů Shimadzu pokrývá všechny fáze vývoje bioléčiv od screeningu buňky po QA/QC. Kombinace chromatografie, hmotové spektrometrie, nanotechnologie nSMOL a digitálních platforem umožňuje robustní analýzu kritických kvality, urychluje vývoj, snižuje rizika a podporuje plnění přísných regulačních požadavků.

Reference

1. Iwamoto N. et al. Analyst. 2014;139(3):576–580.
2. Iwamoto N. et al. Anal Methods. 2015;7:9177–9183.
3. Iwamoto N. et al. Drug Metab Pharmacokinet. 2016;31(1):46–50.
4. Iwamoto N. et al. J Chromatogr B. 2016;1023–1024:9–16.
5. Iwamoto N. et al. Biol Pharm Bull. 2016;39(7):1187–1194.
6. Iwamoto N. et al. Bioanalysis. 2016;8(10):1009–1020.
7. Iwamoto N. et al. J Pharm Biomed Anal. 2017;145:33–39.
8. Yoneda S., Uchiyama S. et al. J Pharm Sci. 2019;108(1).