미세 유체 변조 분광법

Microfluidic modulation spectroscopy

미세유체변조분광학(MMS)은 단백질의 2차 구조를 특징짓기 위해 사용되는 적외선 분광학 기술이다.적외선(IR) 분광법은 이 [1]용도로 잘 알려져 있습니다.그러나 FTIR과 같은 기존 플랫폼에서의 자동화, 반복성 및 동적 검출 범위 부족은 미세 유체 변조 분광법의 개발로 해결된 주요 한계였다.

생물물리학적 특성 분석 기법

원형 이색성 분광법(CD)은 이차 구조의 특성화를 위한 기술이다.CD는 CD 영역에서 제공하는 강력한 신호 α-나선 구조 때문에 α-나선 단백질 분석에 유용하다.푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR) 2차 구조 디콘볼루션은 특이값 분해, 부분 최소 제곱, 클래스 유추의 소프트 독립 모델링 및 뉴럴 네트워크를 [2]포함한 다변량 분석 기술에도 사용된다.

CD도 기존의 FTIR와 마찬가지로 큰 결점이 있습니다.측정은 저농도(일반적으로 0.5 mg/mL)에서 실시하되 0.1 mg/mL까지 낮추면 데이터가 손상될 수 있다.조제 버퍼에 일부 이형제가 있는 경우에도 측정을 방해할 수 있습니다.CD 및 기존 FTIR은 면역글로불린 IgG1, IgG2와 [3]같은 바이오 의약품 단백질의 특성화에도 민감성이 결여되어 있다.미세유체변조분광법은 FTIR와 CD의 이러한 과제를 극복하고 바이오 의약품 특성화에 [4]사용하는 자동화된 기술이다.

적용들

고차 구조 평가

단백질 고차 구조의 특성화는 생체제품 개발 수명주기 [5]동안 일상적으로 이루어진다.생물학적 기능은 구조와 관련이 있기 때문에 생물학적 기능이 예상되는 구조로 제조된다는 것을 확인하는 것이 중요하다(예: 예상되는 β-시트, α-나선형으로 모노클로널 항체가 생성된다).또한 구조가 제품 개발 중에 발생하는 의약품 물질 또는 의약품 제조 변화에 의해 큰 영향을 받지 않음을 입증하는 것이 중요하다.미세유체변조분광학(microfluidic modulation spectroscopy)의 민감도와 정확도는 희석이나 중수소화 없이 제제의 고차구조 변화를 검출한다.이 기술은 단백질 분자의 어떤 구조적 모티브가 변화하고 있는지에 대한 정보를 제공하며, 안정적인 단백질 분자와 제제를 개발할 때 더 많은 지침을 제공합니다.

바이오시밀러티

바이오시밀러 의약품 개발은 고차 구조 비교를 위한 중요한 응용 프로그램입니다.분석적 유사성 연구에서 혁신 제품의 고차 구조를 바이오시밀러와 비교하여 구조에서의 유사성을 확립한다.비교 가능성 및 생체 유사성 연구에서는 종종 미세 유체 변조 분광법을 사용하여 제품의 구조적 차이를 평가한다.이 기술은 다른 단백질들 사이의 매우 작은 배좌상의 차이를 드러내고, 그러한 차이가 어디서 발생하는지에 대한 정보를 제공한다.이러한 기능은 미세유체변조분광학을 바이오시밀러의 분석과 개발에 있어 강력한 도구로 만든다.

집약

단백질 응집은 단백질이 다른 조건과 제제 하에서 결합하기 시작하는 과정이다.치료용 단백질이 안전하고 효과적이려면, 그들의 잘못된 접힘과 응집 행동을 잘 이해해야[6] 한다.업스트림 및 다운스트림 처리 모두 단백질 불안정성의 일반적인 지표인 응집을 일으킬 수 있으며, 이로 인해 치료용 제품이 출시하기에 부적합할 수 있습니다.

미세 유체 변조 분광법은 이전에는 감지할 수 없었던 단백질 구조 속성의 변화, 약물 효과와[7] 품질에 중요한 변화를 측정할 수 있다.분자간 베타 시트 구조를 측정할 수 있기 때문에 골재 형성을 직접 모니터링할 수 있는 유일한 기술 중 하나입니다.

제제 개발

안정성을 제어하고 안전하고 효과적인 의약품 제품을 보장하기 위해서는 응집 메커니즘에 대한 자세한 이해가 필수적이다.제정의 주된 동기는 높은 throughput 분석과 고도의 정보 수집에 의해 추진되는 이러한 메커니즘을 이해하는 것입니다.

제제 과학자들은 생체 치료제의 안정성을 정의하는 콜로이드, 화학 및 입체구조 안정성 매개변수를 정량화하기 위해 핵심 분석 기술 세트를 사용합니다.그러나, 이것은 널리 인식된 갭을 가진 도구 세트이며, 특히 임상적으로 대표되는 제제에서 높은 재현성으로 구조 차이를 측정할 수 없다.앞에서 언급한 이유로 미세유체변조분광법은 96개의 웰플레이트 작동과 콜로이드 및 화학적 안정성을 명확히 하기 위한 기술적 능력을 통해 샘플 용량을 제공하며, 크기 제외 크로마토그래피(SEC), 질량분석, 모세관 전기영동 등의 기존 기술이 결여되어 있다.

품질보증(GMP/CFR 준거 연구소)

효과적인 품질 테스트는 의약품, 의약품, 원료 또는 이형제의 구조에 대한 중요한 변화를 제어함으로써 제품 품질을 보호하는 역할을 합니다.품질보증(QA)은 제품의 품질에 영향을 줄 수 있는 제조 프로세스의 모든 측면에 대한 가이드라인을 확립하는 체계적인 접근법입니다.

생물학적 약물은 미세 이질성, 글리칸 구조 차이, 탈아미드화, 산화 및 글리케이션과 같은 사소한 화학적 차이를 보이는 복잡한 분자이다.광범위한 분석망을 구축하면 수용할 수 없는 위험의 경계를 정의하는 견고한 구조-기능 관계를 확립하는 데 도움이 됩니다.가능한 모든 CQA(Critical Quality Attribute)를 특정함으로써 효과적인 QA를 뒷받침합니다.미세 유체 변조 분광법은 제조 공정의 모든 단계에서 바이오 의약품의 2차 구조 속성의 측정을 용이하게 한다.이를 통해 기존 기술로는 불가능한 단계에서 품질 매개변수를 설정할 수 있습니다.

정량화

단백질의 구조와 용액에서 단백질의 행동은 농도의 영향을 받는다.정확한 농도 정량화는 다른 단백질과 제제 간의 결과를 더 잘 분석하고 비교합니다.기존 기법의 제약(예: 기존 분광 분석 도구의 제한된 동적 범위(예: 제한된 분해능 및 검출기 선형성)로 인해 정량화에 대한 일반적인 분석 접근방식은 없다.샘플 흡광도는 매우 제한된 동적 범위를 목표로 하기 때문에, 이것은 과학자들이 정확한 단백질 정량화를 위해 샘플 농도 또는 세포 경로 길이를 조절하기 위한 추가 단계를 만들어야 합니다.

미세유체 변조 분광법은 광범위한 농도 범위에서 직접적이고 라벨이 없는 단백질 정량화를 제공하며, 간섭에 덜 민감하게 기존 분광기기에 비해 선택적이다.미세유체변조분광법은 감도를 증가시키고 기존의 분광학에서 공통되는 오차를 유의하게 감소시킨다.

구성 요소들

미세유체변조분광법은 기존 FTIR보다 1000배 밝은 광빔을 만들기 위해 조정 가능한 중적외선 양자 캐스케이드 레이저를 특징으로 한다.이를 통해 다른 기법으로 가능한 것보다 훨씬 더 농축된 샘플을 측정할 수 있으며 질소 냉각 요건이 없는 단순한 검출기를 사용할 수 있다.레이저를 연속파 모드로 실행하여 극소량의 부유광으로 매우 높은 분해능(< 0.001cm-1 라인폭)의 저소음 빔을 생성합니다.이 광로 길이가 짧은 마이크로 유체 전송 셀을 통해 열전 냉각 수은 카드뮴 텔루(MCT) 검출기로 집속됩니다.이 광학 구성은 구조 특성화의 경우 0.1~200mg/mL, 단백질 정량화의 경우 0.01mg/mL의 농도 범위에서 고감도 측정이 가능하여 다른 단백질 특성화 기법보다 훨씬 넓은 동적 범위를 제공한다.

마이크로유체변조분광학에서는 시료(단백질인버퍼) 용액과 정합 버퍼 기준 스트림을 연속 흐름 하에서 전송 셀에 도입하고 레이저 빔 경로를 통해 급속 변조(1~10Hz)하여 아미드 I 대역의 거의 드리프트 없는 백그라운드 보정 차분 스캔을 생성한다.전체 광학 시스템은 2000–1300cm-1 파수 범위에 걸쳐 흡수되는 대기 수증기의 간섭을 최소화하기 위해 건조한 공기로 밀봉 및 퍼지되므로 단백질 특성 분석을 위해 IR 분광법을 사용할 수 없습니다.첨단 신호 처리 기술은 기기의 세 번째 핵심 요소이며 원시 스펙트럼을 2차 구조의 특정 모티브에 대한 부분 기여 데이터로 변환하여 단백질의 구조적 지문을 제공한다.

레퍼런스

  1. ^ W. Wang과 C.J. Roberts, Aggregation of Therapative Proteines(Wiley, 2010), A. Elliott와 E.J. Ambrose, Nature 165, 921–922(1950), H. Susi와 D.M. Byler, 방법 효소몰.130, 290–311(1986), W. K. Surewicz 및 H. Mantsch, Biochim.생물 물리학.액타952, 115-130(1988), A.동, P.Huang, W.S. Caughey, Phiology 29(13) 3303–3308(1990), S.J. Prestrelski, A.L. Williams Jr. 및 M.N. Liebman, 단백질 구조 함수 및 생체정보학 14(4) 440–450(1992), W.KIZ. 확실하다.채프먼, 생화학 32(2) 389-394(1993), J.L.R.아론도 등, 프로그생물 물리학.몰.바이올 59 (1) 23-56 (1993)
  2. ^ S. Vonhoff, J. Condlife, H. Schifter J Pharm 바이오메디컬 어널, 51 (1) (2010), 페이지 39-45
  3. ^ J. Wen, 등 J. Pharm.Sc. 109 (1) 247 – 253 (2020)
  4. ^ E. Ma, L. Wang, B.켄드릭, 분광학 33(7) 46–52 (2018)
  5. ^ 브렌트 S켄드릭, 존 P.가브리엘슨, Caroline Warly Solsberg, Eugene Ma, Libo Wang J, 109 (1), 2020, 933-936
  6. ^ 로버츠, CJ, 바이오크놀 트렌드2014; 32: 372–380
  7. ^ Ma E, Wang L & Kendrick B.스펙트럼 분석 2018; 33: 46 ~ 52