Screening Developability and Pre-Formulation of Biotherapeutics with High-Throughput Dynamic Light Scattering (HT–DLS)

Význam tématu

Hodnocení developability a preformulace bioterapeutik je klíčové pro minimalizaci nákladných selhání v pozdějších fázích vývoje. Dynamické rozptylování světla (DLS) poskytuje rychlou a necenzivní metodu sledování velikosti částic, distribuce agregátů a změn konformace proteinů i nanostruktur. Vysoce výkonné HT-DLS umožňuje screening stovek podmínek a kandidátů, zkracuje dobu analýzy a podporuje přístupy jako Quality by Design (QbD) a Design of Experiments (DoE).

Cíle a přehled studie

White paper představuje automatizované HT-DLS založené na DynaPro Plate Readeru (DPR) výrobce Wyatt Technology Corp. Cílem je demonstrovat možnosti vysokopropustné analýzy stability, agregace, viskozity a konformace bioterapeutik a ukázat praktické aplikace v preformulačních a developability studiích.

Použitá instrumentace

• DynaPro Plate Reader (DPR) pro automatizované HT-DLS a statické rozptylování světla (SLS) ve standardních mikrodestičkách.
• Software DYNAMICS SP s 21 CFR Part 11 kompatibilitou pro analýzu autokorelačních funkcí a vyhodnocení Rh, Mw, kD a A2.
• Integrovaná kamera pro vizuální kontrolu precipitátů a nečistot v jamkách.

Použitá metodika

HT-DLS měří Brownův pohyb částic ve vzorcích o objemu pouhých jednotek mikrolitrů. Autokorelační analýzou a použitím Stokes-Einsteinovy rovnice se získá hydrodynamický poloměr (Rh). SLS doplňuje informace o vážené molární hmotnosti (Mw) a druhém virialovém koeficientu (A2). Pro konformační studia se provádějí teplotní rampy či udržovací testy, pro stanovení viskozity se využívají latexové sondy známé velikosti. K hodnocení koloidní stability slouží parametr kD odvozený ze závislosti difúzního koeficientu na koncentraci.

Hlavní výsledky a diskuse

Automatizované HT-DLS umožňuje:

• analýzu 96 vzorků za ~45 minut a 384 jamkové skenování za 1,5–2 hodiny bez obsluhy,
• rozlišení monomerních, oligomerních i agregovaných stavů v rozsahu 0,5–1000 nm,
• diferenciaci mezi neškodnou konformační změnou a skutečnou agregací pomocí simultánního sledování Rh a SLS signálu,
• rychlé vizualizace výsledků pomocí teplotních map agregace,
• určení tří přechodových teplot při termální analýze mAb: první náznaky interakcí, bod překladu (Tm) a nástup agregace.

Srovnání vzorků před a po lyofilizaci prokázalo dramatický vznik submikronových agregátů, přestože jejich hmotnostní podíl činil pouhých 0,4 %. Parametr kD pro různé pH ukázal, že lysozym a protilátka vykazují samosdružování v celém testovaném rozsahu, zatímco BSA je stabilní nad pH 7. Viskozita formulací odvozená z pohybu latexových sond korelovala s konvenčními viskozimetry.

Přínosy a praktické využití metody

HT-DLS přináší:

• skrácení doby preformulačních studií a screening stovek podmínek za nízkých nákladů na vzorky,
• vysokou reprodukovatelnost díky automatizované pipetáži a minimalizaci manipulace,
• podporu QbD a DoE přístupů pro optimalizaci formulací,
• možnost včasně vyloučit nevhodné kandidáty a minimalizovat riziko imunogenicity či výrobních problémů.

Budoucí trendy a možnosti využití

V budoucnu lze očekávat integraci HT-DLS s dalšími analytickými technologiemi v rámci plně automatizovaných robotických laboratoří. Vývoj strojového učení pro predikci agregace na základě dat kD, A2 a termálních profilů umožní rychlejší návrh stabilních formulací. Rozšíření rozsahu velikostí a citlivosti může otevřít cestu k analýze větších komplexních virových částic či multi-enzymových komplexů.

Závěr

Automatizované HT-DLS představuje efektivní platformu pro screening developability a preformulaci bioterapeutik. Díky kombinaci DLS, SLS a integrované vizuální kontroly poskytuje komplexní data o velikosti, agregaci, stabilitě a viskozitě s minimem vzorku. Tato technologie napomáhá urychlit vývoj bioterapeutik a podpořit regulační požadavky spojené s QbD a GMP standardy.

Reference

1. Rader R. FDA Biopharmaceutical Product Approvals and Trends in 2012. BioProcess International, 2013.
2. Some D. Biopharmaceutical Candidate Screening with Automated Dynamic Light Scattering. Chromatography Online, 2015.
3. Cockrell GM, Wolfe MS, Wolfe JL, Schöneich C. Photoinduced aggregation of a model antibody-drug conjugate. Mol. Pharm. 2015;12:1784–1797.
4. Yu Z, Reid JC, Yang Y-P. Utilizing dynamic light scattering as a process analytical technology for protein folding and aggregation monitoring in vaccine manufacturing. J. Pharm. Sci. 2013;102:4284–4290.
5. Menzen T, Friess W. Temperature-ramped studies on the aggregation, unfolding, and interaction of a therapeutic monoclonal antibody. J. Pharm. Sci. 2014;103:445–455.