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生物醫藥行業的技術盛會
7月17-19日，由中國藥學會主辦的“第七屆中國藥學會生物技術藥物質量分析研討會”盛大召開，來自生物醫藥及科研領域的多位專家及現場近300位行業人士相聚夏日炎炎的北京，共同探討生物醫藥行業內的研究進展及前沿技術。
賽默飛色譜質譜生物制藥業務發展經理唐愷帶來《基于高分辨質譜平臺的宿主細胞殘留蛋白(HCPs)檢測》的解決方案，助力生物醫藥行業解決HCPs分析難題。
賽默飛色譜質譜生物制藥業務發展經理唐愷
什么是HCPs？為什么需要關注HCPs？
重組蛋白類藥物是由遺傳修飾的原核或真核宿主細胞培養/發酵產生，由于細胞凋亡/死亡/裂解，其他非必需蛋白質也可能釋放到細胞培養基/發酵液中，因此殘留在終產品中的其他蛋白質即為宿主細胞殘留蛋白（HCPs）。
HCPs的存在會影響藥物的安全性和有效性，以及具有蛋白水解活性的HCPs影響藥物產品的穩定性，因此生物醫藥公司不斷優化其純化工藝，從而控制終產品中HCPs的種類和含量。
現有分析方法有哪些不足？
目前ELISA方法因其高靈敏度、高通量和易操作優勢成為工業界的金標準，但仍存在很多限制。包括：
1.不能對HCPs進行鑒定，低豐度HCPs的檢測易受限于高豐度蛋白的干擾；
2.定量動態范圍(3個數量級)較低，抗體受限，開發周期長；
3.無法改變已有的方法，缺少校正標準限制定量的準確性，因此需多種檢測方法相結合。
高分辨質譜技術的優勢
隨著高分辨質譜技術性能的不斷提升，已具有高靈敏度和寬的定量動態范圍，以及蛋白質組學技術的飛速發展，可實現對未知蛋白質的高通量定性和定量。
Thermo Scientific™ Q Exactive™ Plus
組合型四極桿Orbitrap質譜儀
基于nanoLC-MS/MS高靈敏平臺的方法，如何對HCPs進行準確定性和相對定量呢？
一、樣品前處理
2017年禮來制藥公司Huang, Lihua, et al.在Analytical Chemistry雜志上發表中的方法是，以NIST抗體標準品為例，在蛋白質非變性的條件下進行酶切，抗體主成分被部分酶切，酶切后經90度高溫變性，未被酶切的部分將被沉淀去除，從而提高HCPs的鑒定幾率和方法的動態范圍。
我們在此基礎上進一步優化，縮短前處理時間提高工作效率，同時為考察此套流程對1-100ppm的HCPs的鑒定和相對定量能力，加入內標蛋白UPS2(48種蛋白，6個不同濃度)進行定性和相對定量。
圖1.樣品前處理流程示意圖(來自Huang, Lihua, et al.)
二、儀器、色譜柱、數據分析軟件
目前根據液相色譜的流速可分為納升液相色譜(nanoLC,<1µL/min)、毛細管液相色譜(capillaryLC,1-1µL/min)、微流速液相色譜(microLC,10-100µL/min)、分析流速液相色譜(LC,>100µL/min)，由于樣品單位濃度和離子化效率依次下降，因此其靈敏度逐漸下降，本次實驗采用靈敏度zui高的納升液相系統。
三、實驗結果
1.定性結果：
內標蛋白UPS2中含有48種內標蛋白6個不同濃度，共鑒定其中24種，其實際含量結果如表1，含量范圍為0.05-444.88ppm，實際含量>1ng(10ppm)的16種內標蛋白全部鑒定到，實際含量在0.06-0.38ng(0.6-3.8ppm)范圍內共鑒定到6種，此方案的靈敏度足以滿足生物藥領域客戶的需求。
表1.本次實驗中鑒定到UPS2內標蛋白的種類及其實際含量
2.蛋白相對定量結果：
本次實驗進行HCPs的相對定量，采用蛋白TOP3的特異性肽段峰面積的平均值算法，得出每種蛋白的峰面積，經過三次技術重復，對特異性肽段大于等于1的蛋白峰面積進行統計，平均峰面積分布如圖3A，峰面積大于1e?的蛋白為此樣品的主抗體，可看出本實驗定量范圍達6個數量級。UPS2內標蛋白的峰面積與絕dui含量的分布如圖3B，峰面積與絕dui含量存在一定的線性關系， HCPs的相對含量可根據其峰面積進行初步判斷，進而優化純化工藝。
圖3A.特異性肽段大于等于1的蛋白峰面積分布圖
圖3B.內標蛋白UPS2的峰面積(log2)與其絕dui含量的分布
基于UHPLC-MS/MS平臺的方法：
UHPLC-MS/MS對于低含量HCPs的檢測時，需提高上樣量(至少是納升液相系統的50倍)以提高其靈敏度。
經實例驗證此方法同樣滿足當前大部分需求，某抗體藥物的HCPs經ELISA定量為5ppm，UHPLC-MS/MS能夠準確鑒定到6種HCPs(unique peptides≥2),通過內標UPS2確定其檢測限達1ppm，6種HCPs的相對含量在1-10ppm內。
小結
隨著蛋白質組學的飛速發展，賽默飛Orbitrap高分辨質譜，可采用納升液相，超液相兩種方式，定性和相對定量分析HCPs，LOD均低至1ppm以下，為傳統的ELISA方法補充更為豐富的信息，進一步幫助生物醫藥企業優化純化工藝，監控終產品和過程產物中的HCPs含量。
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