Comprehensive Investigation of Polymer Oxidation using Interactive Visualizations and User Modified Libraries in PolyMatchSuite

Význam tématu

Surfaktanty jako polysorbate 20, polysorbate 80 a poloxamery se široce využívají v bioterapeutikách k stabilizaci proteinových léčiv a AAV vektorů. Jejich oxidace na polyoxyethylenových řetězcích a nenasýcených mastných kyselinách vede k tvorbě nízkomolekulárních kyselin, aldehydů, ketonů a dalších produktů, které mohou snižovat účinnost léčiva a ohrožovat jeho bezpečnost. Systematická a citlivá analýza těchto komplexních oxidovaných sérií dosud nebyla dostatečně definována.

Cíle a přehled studie

Cílem studie je implementovat a ověřit otevřený software PolyMatch Suite k neřízené detekci a anotaci oxidovaných polymerů. Jako modelový systém sloužila oxidace polysorbate 80 pomocí vodíkového peroxidu. Studie kombinuje fragmentační screening, detekci homologických řad a obecné knihovny pro zachycení známých i neznámých oxidovaných spojenin.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorek polysorbate 80 o koncentraci 0,02 % (w/v) byl inkubován s 3 % (w/v) H₂O₂ při 40 °C přes noc. Chromatografickou separaci zajišťoval sloupcový systém AdvanceBio Surfactant Profiling (2,1×100 mm) s 15min gradientem. Analýza proběhla na UHPLC 1290 Infinity II ve spojení s Q-TOF 6546 (Agilent Technologies) s Auto MS/MS metodou. Data se akvírovala v MassHunter 11.00 a následně zpracovala pomocí PolyMatch Flow a Visualizer.
Instrumentace:

• UHPLC: Agilent 1290 Infinity II
• MS: Agilent 6546 LC/Q-TOF
• Kolona: AdvanceBio Surfactant Profiling 2,1×100 mm
• Softwarové nástroje: MassHunter 11.00, PolyMatch Flow, PolyMatch Visualizer

Hlavní výsledky a diskuse

Pomocí PolyMatch bylo identifikováno 261 oxidovaných polymerních složek s nejvyšším skóre A, založeným na mass defectu, přesné hmotnosti a fragmentačních vzorcích. Srovnání celkových iontových chromatogramů ukázalo zvýšenou oxidaci ve funkcích mezi 1–2,5 min a kolem 9 min. Mass defect ploty umožnily jasně oddělit skutečné homologické řady od falešných pozitiv. Chromatografická selektivita kolony zároveň odhalila izomerní formy v rámci jedné masové série. MS/MS spektra potvrdila diagnostický ion m/z 323,258 odpovídající keto-olejové kyselině, klíčovému produktu oxidace.

Přínosy a praktické využití metody

Workflow založené na PolyMatch Suite přináší první veřejně dostupné komplexní řešení pro analýzu oxidovaných polymerů. Umožňuje rychlou neřízenou detekci, automatické označování a interaktivní vizualizaci série produktů degradace surfaktantů. Metoda poslouží jako screeningový nástroj laboratořím sledujícím stabilitu bioterapeutických formulací.

Budoucí trendy a možnosti využití

Plánuje se rozšíření knihoven o specifické oxidované formy polysorbátů a dalších polymerů. Dále je perspektivní integrace strojového učení pro predikci oxidativních produktů, rozšíření na další třídy polymerů a prohloubení interaktivních vizualizací pro pokročilé neřízené studie.

Závěr

Studie představuje první otevřený software pro komplexní analýzu oxidovaných polymerů včetně interaktivních vizualizací a automatizované práce s daty UHPLC-Q-TOF. Navržený LC/MS/MS protokol s AdvanceBio Surfactant Profiling kolonu efektivně detekuje a separuje oxidované produkty polysorbátů, čímž usnadňuje monitorování stability biotherapeutik.

Reference

• Weber J.; Buske J.; Mäder K.; Garidel P.; Diederichs T. Oxidation of Polysorbates: An Underestimated Degradation Pathway? Int. J. Pharm.: X 2023, 6, 100202.
• Koelmel J.P.; Stelben P.; Oranzi N.; Kummer M.; Godri D.; Qi J.; Rennie E.E.; Lin E.; Weil D.; Pollitt K.J.G. PolyMatch: Novel Libraries, Algorithms, and Visualizations for Discovering Polymers and Chemical Series. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2024, 35, 413–420.