Estimating protein partitioning in multicomponent aqueous two-phase extraction based on CG-MALS measurements
Aplikace | | Wyatt Technology | WatersInstrumentace
Analytika proteinů v prostředí vícekomponentních vodných dvoufázových systémů (ATPS) je klíčová pro efektivní izolaci a purifikaci bioterapeutik. Precizní odhad distribuce a precipitace cílového proteinu (IgG) umožňuje minimalizovat rozsáhlé experimentální skríningy a urychlit procesní vývoj v biotechnologickém průmyslu.
Cílem práce bylo zavést novou metodu predikce partitioningu imunoglobulinu G (IgG) v systému PEG–fosfát založenou na měření osmotických virialních koeficientů B22 (protein–protein interakce) a B23 (protein–solute interakce) pomocí kompozicionálně gradientního víceúhlého laserového rozptylu (CG-MALS). Dále se hodnotil vliv NaCl a (NH₄)₂SO₄ jako displacementních činidel na chování IgG.
Metodika:
Přístup založený na osmotických virialních koeficientech B22 a B23 měřených CG-MALS poskytuje spolehlivou a efektivní strategii predikce partitioningu a precipitace IgG v PEG–fosfátových ATPS. Kombinace experimentálních měření a výpočtů snižuje náročnost procesního designu a umožňuje cílený výběr displacementních solí při zachování integrity proteinu.
HPLC
ZaměřeníProteomika
VýrobceWaters
Souhrn
Význam tématu
Analytika proteinů v prostředí vícekomponentních vodných dvoufázových systémů (ATPS) je klíčová pro efektivní izolaci a purifikaci bioterapeutik. Precizní odhad distribuce a precipitace cílového proteinu (IgG) umožňuje minimalizovat rozsáhlé experimentální skríningy a urychlit procesní vývoj v biotechnologickém průmyslu.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem práce bylo zavést novou metodu predikce partitioningu imunoglobulinu G (IgG) v systému PEG–fosfát založenou na měření osmotických virialních koeficientů B22 (protein–protein interakce) a B23 (protein–solute interakce) pomocí kompozicionálně gradientního víceúhlého laserového rozptylu (CG-MALS). Dále se hodnotil vliv NaCl a (NH₄)₂SO₄ jako displacementních činidel na chování IgG.
Použitá metodika a instrumentace
Metodika:
- Měření B22 pomocí statického světelného rozptylu (SLS) na DAWN MALS.
- Určení indexu lomu dn/dc pro protein a soluty differenčním refraktometrem Optilab.
- Výpočet B33 pro malé soli z literárních hodnot osmotických koeficientů.
- Stanovení B23 pomocí CG-MALS s variací koncentrací IgG (c2) a displacementních solí (c3) a fitováním příslušné rovnice.
- Calypso® kompozicionálně gradientní systém (Wyatt Technology)
- Optilab® differenční refraktometr
- DAWN multi-angle light scattering (MALS)
- Software CALYPSO™ pro řízení experimentu a analýzu dat
Hlavní výsledky a diskuse
- B22 pro IgG ve 0,05 M fosfátovém pufru (pH 7, 25 °C) se zvyšující se koncentrací NaCl a (NH₄)₂SO₄ klesá (hodnoty záporné), což signalizuje rostoucí atraktivní protein–protein interakce a vyšší tendency k precipitaci.
- B23 ukázaly silné repelentní interakce IgG s NaCl a (NH₄)₂SO₄, což předpovídá schopnost těchto solí dislokovat IgG z fosfátové fáze do fáze PEG.
- Validace v ATPS (7 % PEG 2000 + 14 % fosfát, pH 7, 25 °C):
- Bez soli K_IgG ≈ 0,09 (převážně dolní fáze).
- S 5 % NaCl K_IgG ≈ 1,18; s 10 % NaCl K_IgG ≈ 38,5.
- S 2 % (NH₄)₂SO₄ K_IgG ≈ 1,08.
Přínosy a praktické využití metody
- Výrazné snížení počtu empirických skríningových experimentů v ATPS vývoji.
- Rychlá kvalifikativní predikce precipitace a distribuce proteinu.
- Možnost cíleného výběru displacementních solí minimalizující ztráty proteinu.
- Přímá přizpůsobitelnost existujících nástrojů pro průmyslové škálování.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Rozšíření přístupu na různé třídy proteinů a polymery pro tvorbu ATPS.
- Integrace s modelováním molekulárních interakcí a strojovým učením pro automatizované navrhování systémů.
- Vysokopropustné platformy CG-MALS pro paralelní měření desítek kombinací fází a displacementů.
- Implementace v kontinuálních procesech downstream processingu.
Závěr
Přístup založený na osmotických virialních koeficientech B22 a B23 měřených CG-MALS poskytuje spolehlivou a efektivní strategii predikce partitioningu a precipitace IgG v PEG–fosfátových ATPS. Kombinace experimentálních měření a výpočtů snižuje náročnost procesního designu a umožňuje cílený výběr displacementních solí při zachování integrity proteinu.
Reference
- Albertsson, P.-Å. Particle fractionation in liquid two-phase systems: Biochimica et Biophysica Acta 27, 378–395 (1958).
- Asenjo, J. A. & Andrews, B. A. Aqueous two-phase systems for protein separation: Journal of Chromatography A 1218, 8826–8835 (2011).
- Bonneté, F., Finet, S. & Tardieu, A. Second virial coefficient: Variations with lysozyme crystallization conditions: Journal of Crystal Growth 196, 403–414 (1999).
- Johansson, G. Aqueous two-phase systems in protein purification: Journal of Biotechnology 3, 11–18 (1985).
- Johnson, C. S. & Gabriel, D. A. Laser light scattering. Dover (1994).
- King, R. S., Blanch, H. W. & Prausnitz, J. M. Molecular thermodynamics of aqueous two-phase systems for bioseparations: AIChE Journal 34, 1585–1594 (1988).
- Kress, C. & Brandenbusch, C. Osmotic virial coefficients as access to the protein partitioning in aqueous two-phase systems: Journal of Pharmaceutical Sciences 104, 3703–3709 (2015).
- Peters, T. J. Partition of cell particles and macromolecules: Third Edition, John Wiley & Sons (1986).
- Some, D., Hitchner, E. & Ferullo, J. Characterizing protein–protein interactions via static light scattering: Nonspecific interactions (2009).
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Characterizing Protein–Protein Interactions via Static Light Scattering: Nonspecific Interactions
2009|Waters|Technické články
Volume 27, Number 2 Technical Article by Daniel Some, Elizabeth Hitchner, and Julia Ferullo Characterizing Protein–Protein Interactions via Static Light Scattering: Nonspecific Interactions T he quantitative characterization of nonspecific protein– protein interactions is essential in understanding basic biomolecular function as…
Klíčová slova
svc, svcvirial, virialmals, malscoefficients, coefficientscvc, cvccontinued, continuedintermolecular, intermolecularstatic, staticscattering, scatteringprotein, proteininteractions, interactionscharacterizing, characterizingcharacterization, characterizationlight, lightvia
PEG-Protein Interactions for Stable Formulations Studied by CG-MALS Daniel Some and Sophia Kenrick, Wyatt Technology Corp., Santa Barbara, CA 93117 1. Background Many therapeutic proteins such as antibodies exhibit non-specific self-association at concentrations > 10 mg/mL typical of final drug-product…
Klíčová slova
peg, peglysozyme, lysozymedcb, dcbself, selfassociation, associationinteraction, interactionconcentration, concentrationmals, malsdimer, dimercomplexes, complexesmonomer, monomerhetero, heterodca, dcaincreasing, increasingstoichiometry
Characterization of self-associating antibody solutions at high concentrations with CG-MALS
|Waters|Aplikace
A P P L I C AT I O N N O T E AN3009: Characterization of self-associating antibody solutions at high concentrations with CG-MALS Sophia Kenrick, Ph.D. and Daniel Some, Ph.D., Waters | Wyatt Technology Summary The characterization of…
Klíčová slova
mab, mabcalypso, calypsoisa, isamals, malsinteractions, interactionsantibody, antibodydimer, dimerassociation, associationintermolecular, intermolecularmol·ml, mol·mlself, selfdimerization, dimerizationvirial, virialattractive, attractiveviscosity
AN3002: Understanding antibody and viral glycoprotein interactions using CG-MALS Kathryn M. Hastie, Ph.D., and Erica Ollmann Saphire, Ph.D., The Scripps Research Institute Summary Viral glycoproteins are often the only antigen found on the viral surface and, as such, are key…
Klíčová slova
vgp, vgpmals, malscalypso, calypsoigg, iggmolar, molardimers, dimersassociation, associationaffinity, affinitybind, bindminidawn, minidawnscattering, scatteringdimer, dimerequilibrium, equilibriumviral, viralconjugate