Automated dynamic and static light scattering in microwell plates for fast, productive development of biologics

Význam tématu

Dynamic Light Scattering (DLS) a Static Light Scattering (SLS) patří mezi nejdůležitější analytické techniky pro výzkum a vývoj proteinů, nanopaticlí, koloidů a makromolekul od subnanometrických až po mikrometrové rozměry. Vysokoproduktivní screening biologik vyžaduje rychlé, citlivé a robustní metody, které pokryjí širokou škálu fyzikálně-chemických parametrů. Automatizace měření v mikrodestičkách přináší kvalitativní posun ve schopnosti provádět stovky až tisíce analýz bez nutnosti ručního zásahu, což šetří čas, materiál i lidské zdroje.

Cíle a přehled studie / článku

White paper představuje třetí generaci přístroje DynaPro Plate Reader III od společnosti Wyatt Technology, která kombinuje in-plate DLS a SLS v mikrodestičkách pro rychlou a komplexní charakterizaci bioterminálních vzorků. Hlavními cíli jsou představení nových funkcí, jako je měření molekulové hmotnosti (Mw) a druhého virialového koeficientu (A2/B22) přímo v destičce, integrovaná kamera pro detekci makroskopických artefaktů a kompatibilita s automatizovanými robotickými systémy.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika kombinuje SLS a DLS měření ve standardních 96-, 384- a 1536jámkových destičkách. Princip SLS spočívá v měření intenzity rozptýleného světla poměrem k koncentraci, což umožňuje stanovit váženě průměrnou molekulovou hmotnost a A2. DLS analyzuje fluktuace v intenzitě rozptýleného světla způsobené Brownovým pohybem částic pro určení difuzního koeficientu a následně hydrodynamického poloměru pomocí Stokes-Einsteinovy rovnice. In-plate kamera zaznamenává snímky každé jamky pro včasnou detekci sraženin, bublin a dalších artefaktů.

Použitá instrumentace

• DynaPro Plate Reader III (Wyatt Technology)
• Laserové osvětlení 830 nm
• Lineární APD detektor s rozšířenou lineární citlivostí
• Integrovaná kamera pro snímání dna jamky
• Řídicí software DYNAMICS® s modulem SpectralView™ a API DYNAMICS® pro integraci s robotikou

Hlavní výsledky a diskuse

Implementací SLS v destičce lze snadno měřit molekulovou hmotnost proteinu bez konformačních předpokladů. Automatizované stanovení difuzního koeficientu DLS v kombinaci s vizualizací dat prostřednictvím heat-mapy v SpectralView umožňuje rychlou selekci optimálních podmínek pro agregaci, stabilitu a rozpustnost. Příklady aplikací prokázaly schopnost mapovat druhý virialový koeficient A2 a difuzní interakční parametr kD pro screening formulací včetně teplotních ramp, stress testů a fázových diagramů. Nová tepelná ochrana zamezuje kondenzaci pod transparentními fóliemi a umožňuje spolehlivá dlouhodobá měření.

Přínosy a praktické využití metody

• Zrychlení vývoje biologik až o řád díky paralelizaci měření stovek vzorků
• Snížení spotřeby vzorku na jednotky mikrolitrů
• Komplexní profilování velikosti, hmotnosti, polydisperzity, agregátů, stability a viskozity v jediném běhu
• Možnost přímé integrace s roboty pro liquid handling a další analytické techniky (chromatografie, spektroskopie)
• Robustní statistické zpracování díky snadné řady replikací a kontrol

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další rozšíření automatizace pro 1536jámkové vysokoproduktivní screeningy
• Implementace víceúrovňových fázových a multivariačních studií v rámci Quality by Design přístupu
• Propojení s AI nástroji pro predikci stability a optimalizaci formulací
• Využití v rychlém vývoji vakcín, virodetekci a genomice s vysokými objemy vzorků
• Integrace s dalšími senzory pro online monitoring biologických procesů

Závěr

DynaPro Plate Reader III představuje kvantový skok v rámci DLS/SLS analýz biologik díky in-plate měřením molekulové hmotnosti, interakčních parametrů i teplotních přechodů. Přístroj výrazně zvyšuje produktivitu a kvalitu dat při minimální spotřebě vzorku a plné možnosti integrace do vysoce automatizovaných workflow. Výsledkem je rychlejší a přesnější rozhodování ve vývoji bioterapeutik a nanomateriálů.

Reference

• WP5003 White Paper: Automated dynamic and static light scattering in microwell plates for fast, productive development of biologics, Wyatt Technology Corporation.