Forskere låser op for en ny metode til at teste proteinbaserede lægemidler

New Jersey Institute of Technology (NJIT) forskere har afsløret en ny laboratorieteknik, som de siger repræsenterer et "paradigmeskift" i, hvordan farmaceutiske laboratorier tester og producerer nye proteinbaserede lægemidler, såsom terapeutiske monoklonale antistoffer, der udvikles til at behandle en række sygdomme, fra kræft til infektionssygdomme.

Forskere siger, at deres elektrokemi-baserede tilgang, beskrevet i tidsskriftet Analytical Chemistry , kunne give mulighed for, at sikkerheds- og kvalitetstest af kommende bioterapeutika kan udføres på en brøkdel af den tid, der kræves af konventionelle metoder, som typisk kræver langvarig og kostbar produktion af visse biomaterialer, der bruges til prøvetestning.

Studiet er udført i samarbejde med forskere fra Merck, Johnson &Johnson og Ohio University.

"Denne metode, vi har udviklet på NJIT, har potentialet til at have en stor indflydelse inden for kvantitativ proteomik, og den repræsenterer et paradigmeskifte i den farmaceutiske industri med hensyn til overvågning af biofarmaceutiske produkter og procesurenheder til kvalitetskontrol," siger Hao Chen, avisens tilsvarende forfatter og professor ved NJITs Institut for Kemi og Miljøvidenskab.

"Med denne undersøgelse har vi nu demonstreret en tilgang, der kan kvantificere lægemiddelprodukter og behandle urenheder meget hurtigere og mere præcist, end det havde været muligt... Vi forventer, at det vil blive meget nyttigt til at lette terapeutisk protein- og vaccineudvikling til behandling og forebyggelse af forskellige sygdomme i fremtiden."

Traditionelt involverer en sådan testning eller proteinkvantificering tidskrævende fremstilling af syntetiske isotopmærkede peptider, der bruges som interne standarder til at måle totale proteinkoncentrationer i en prøve - hvilket hjælper forskere med aktivt at overvåge effektiviteten og sikkerheden af ​​terapeutiske proteinkomponenter gennem hele lægemiddeludviklingen proces.

For at overvinde denne begrænsning udviklede Chens laboratorium en coulometrisk massespektrometri (CMS) tilgang til absolut kvantificering af proteiner uden brug af standarder. Metoden anvender i stedet væskekromatografi-massespektrometri og en elektrokemisk flowcelle til hurtigt at kvantificere og detektere ændringer i målproteiner eller peptider baseret på elektrokemiske signaturer.

"I stedet for at vente i uger på at opnå standarder eller reagenser i traditionelle tilgange, kunne man udføre CMS-kvantificeringseksperimenter med det samme. Det ville således lette sporing af lægemiddelurenheder opdaget under processen og sikre deres effektive clearance med procesoptimering og -kontrol," sagde Chen.

"Et sådant apparat giver os mulighed for at adskille peptider efter proteinfordøjelse med væskekromatografi, overvåge peptidoxidation i den elektrokemiske flowcelle for at producere en elektrisk strøm og måle oxidationsudbyttet med massespektrometri," forklarede papirets første forfatter og NJIT Ph.D. . studerende Yongling Ai. "Kombinationen af ​​elektriske strømsignaler sammen med oxidationsudbyttet giver tilstrækkelig information til absolut kvantificering af peptider og proteiner."

I deres undersøgelse demonstrerede holdet sin CMS-metode ved at opnå absolut kvantificering af flere proteiner (β-lactoglobulin B, α-lactalbumin og kulsyreanhydrase) i en blanding i én kørsel uden at bruge nogen standarder.

Navnlig viste holdet også metodens evner til at detektere proteindeamidering - en almindelig nedbrydningsbegivenhed i terapeutiske proteiner som følge af fysiske eller kemiske belastninger gennem hele fremstillingsprocessen og opbevaringen.

Holdet kvantificerede med succes adskillige proteinnedbrydningsprodukter, herunder et nøglemellemprodukt for proteinnedbrydning - dannelsen af ​​succinimid - hvilket aldrig er blevet gjort før med absolut kvantificering på grund af mangel på standarder, ifølge undersøgelsens forfattere.

"Manglen på standarder er forårsaget af udfordringerne i deres de novo syntese," sagde Chen. "At være i stand til nøjagtigt at kvantificere deamideringsprodukterne og mellemprodukterne kunne give bedre forståelse af terapeutisk proteinnedbrydning og potentielt skabe en ny måde at undersøge sygdomspatologier og aldringsprocesser på."

Nu planlægger Chens laboratorium at anvende deres nye metode til storskala kvantificering af tusindvis af proteiner i én kørsel. De planlægger også at forbedre følsomheden af ​​deres CMS-analyse for at tillade kvantificering af meget lave niveauer af proteiner i komplekse biologiske prøver, hvilket kan gavne forskningsindsats lige fra klinisk diagnostik og lægemiddelopdagelse til præcisionsmedicin, hvor identifikation og kvantificering af prøver på molekylært niveau er nødvendigt.

"Da proteiner udfører en bred vifte af funktioner i organismer, er vigtigheden af ​​absolut proteinkvantificering svær at overdrive," sagde Chen. "CMS bør fremskynde processer for sygdomsdiagnostik, lægemiddelopdagelse og udvikling, og det åbner nu en ny dør for biologer og biokemikere til at udforske mængder af proteiner i den menneskelige krop, der kan tjene vigtige biologiske funktioner eller roller som sygdomsbiomarkører og lægemiddelmål. " + Udforsk yderligere

Forskere udvikler nemmere og hurtigere måde at kvantificere, udforske terapeutiske proteiner