Meet Stunner: The one-shot protein concentration and sizing combo

Význam tématu

V biotechnologickém a farmaceutickém výzkumu je klíčové rychlé a přesné zjištění koncentrace bílkovin i jejich fyzikálních vlastností. Současné metody často vyžadují větší objemy vzorku, manuální ředění a oddělená měření velikosti částic. Přístroj Stunner nabízí jedinečnou kombinaci mikrospektrofotometrie (UV/Vis) a dynamického rozptylu světla (DLS) v jednom experimentu, což výrazně zkracuje časy analýzy a šetří vzorek.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo ukázat schopnosti Stunner systému ve čtyřech klíčových aplikacích: kvantifikace koncentrace bílkovin od nízkých po velmi vysoké hodnoty, stanovení hydrodynamického průměru a polydisperzity, měření difúzního interakčního parametru kD a druhého virialového koeficientu B22 pro hodnocení stability směsí, a konečně stanovení indexu agregace pod stresovými podmínkami.

Použitá metodika a instrumentace

Veškerá měření proběhla na platformě Stunner zahrnující UV/Vis spektrometr s rozsahem 230–750 nm a DLS modul. Použity byly Stunner Plate s mikrokapilkami o objemu 2 µL a pevnými optickými drahami 0,1 a 0,7 mm. Dále se uplatnil vortexmixer pro stresování vzorků a automatické pipetovací systémy pro vysokou propustnost vzorků.

Hlavní výsledky a diskuse

1) Charakterizace monoklonálních protilátek: Dva mAb vzorky vykázaly odlišné rozdělení velikostí. mAb1 byl monomerní s nízkou polydisperzitou (PDI < 0,1), mAb2 obsahoval agregáty (PDI 0,1–0,4). Současně se zaznamenala přesná koncentrace.
2) Kvantifikace vysoce koncentrovaných IgG: Rozsah měření 0,3–180 mg/mL je lineární až do 275 OD, při minimálních objemech a bez nutnosti ředění. Reprodukovatelnost pěti replik byla vynikající.
3) Difúzní interakční parametr kD: Adalimumab bez excipientů a se sacharózou vykazoval kladný kD (repulzivní interakce), zatímco v přítomnosti chloridu sodného nebo argininu došlo k záporným kD (atraktivní interakce), což korelovalo s vyšší agregací.
4) Druhý virialový koeficient B22: Trendy B22 se shodovaly s kD, nejlepší stabilitu vykazovaly vzorky bez excipientů a se sacharózou, nejnižší stabilitu se solí.
5) Agregační index pod stresem: Při vortexování až na 180 min vzorky bez polysorbátu 80 významně agregovaly (velikost až několika stovek nm), zatímco vzorky s 0,1 % PS 80 zůstaly stabilní. DLS výsledky potvrdily absorbanci na 350 nm.

Přínosy a praktické využití metody

Stunner umožňuje časovou úsporu a minimalizaci spotřeby vzorku při souběžném stanovení koncentrace a kvality bílkovin. Metoda je vhodná pro screening kandidátních molekul, optimalizaci formulací a QC v provozních laboratořích. Získané parametry kD a B22 pomáhají předpovídat stabilitu a agregaci v konečných formulacích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další vývoj směřuje k plné integraci do automatizovaných pracovních postupů a LIMS systémů, rozšíření aplikací na jiné makromolekuly (např. RNA, nanodrožky) a využití pokročilých algoritmů strojového učení pro hlubší analýzu dat. Uplatnění nachází i v in-line monitoringu výrobních procesů a v rychlém průmyslovém vývoji nových biologik.

Závěr

Stunner představuje inovativní nástroj, který spojuje mikrospektrofotometrii a DLS, čímž umožňuje komplexní charakterizaci bílkovin v jediném kroku. Díky vysoké přesnosti, nízkému objemu vzorku a možnostem rozšířeného zpracování dat poskytuje rychlé a spolehlivé výsledky vhodné pro R&D i rutinní kontrolu kvality.

Reference

1. Volkin D.B., Middaugh C.R. a kol. Protein-excipient interactions: mechanisms and biophysical characterization applied to protein formulation development. Adv. Drug Deliv. Rev. 63 (2011), s. 1118–1159.
2. Hawe A., Kasper J.C., Friess W., Jiskoot W. Structural properties of monoclonal antibody aggregates induced by freeze-thawing and thermal stress. Eur. J. Pharm. Sci. 38 (2009), s. 79–87.