Biopharmaceutical Development and QA/QC

Význam tématu

Biopharmonika klade vysoké nároky na analytickou charakterizaci v průběhu celého vývoje od výběru buněčné linie až po finální kontrolu kvality. Monitorování kritických kvalitativních atributů (CQAs) jako jsou agregace, glykozylace a posttranslační modifikace je klíčové pro zajištění bezpečnosti, účinnosti a stability biologických léčiv.

Cíle a přehled studie / článku

Článek představuje přehled analytických požadavků a řešení pro biopharmaceutický vývoj, včetně selekce a optimalizace metod pro analýzu intaktních proteinů, glykánů, peptidů, složení kultivačních médií, bioanalýzu a detekci nečistot. Zvláštní pozornost je věnována instrumentálním platformám značky Shimadzu a softwarovým nástrojům pro zajištění integrity dat.

Použitá metodika

Metody zahrnují:

• Separaci intaktních proteinů: SEC (velikostní vylučování), IEX (iontová výměnná chromatografie), HIC (hydrofobní interakce).
• Hmotnostní analýzu: vysokorozlišovací Q-TOF LCMS pro přesné stanovení molekulové hmotnosti a poměru různých isoform.
• Glykanovou analýzu: rychlý screening MALDI-TOF MS pro profiling glykánových vzorků; HILIC-HPLC s fluorescenčním detekčním systémem pro hluboké profilování a kvantifikaci.
• Peptidovou mapu: UHPLC kolony s malými částicemi a core-shell technologií pro detailní rozlišení peptidových fragmentů včetně identifikace PTM.
• Kultivační média: C2MAP platforma s LC-MS/MS pro simultánní kvantifikaci 95 metabolitů, vitamínů a nukleotidů v čase.
• Bioanalýzu: nSMOL proteolýza pro Fab-specifickou selekci peptidů a microflow triple kvadrupól LCMS pro NG/mL citlivost.
• Nečistoty: detekce agregátů laserovou difrakcí (Aggregates Sizer), analýza polysorbátu 80 GC a online-SPE LCMS, elementární analýza ICP-MS a extrahovatelné činidla GC-MS.

Použitá instrumentace

• LCMS-9030 (Q-TOF), LCMS-8060 (triple kvadrupól)
• Nexera-i a Nexera Mikros UHPLC systémy, Prominence-i HPLC
• RF-20Axs fluorescenční detektor, MALDI-TOF MS
• C2MAP-2000 pretreatment module, C2MAP TRENDS software
• HPLC kolony Shim-pack Bio, Aeris PEPTIDE XB-C18, TSKgel Amide-80
• ICPMS-2030, GC-MS s HS sampler
• LabSolutions CS pro správu dat a audit trail

Hlavní výsledky a diskuse

Intaktní proteinová analýza prokázala vysokou opakovatelnost SEC a IEX separací, detekci agregátů i variant náboje. Q-TOF měření ukázala stabilní vysokou přesnost m/z bez nutnosti časté kalibrace. Glykanové metody poskytly rychlý screening i robustní isomerní rozlišení v HILIC režimu s RSD retencí pod 0,3 % a plochy pod 0,8 %. Peptidová mapa pomocí core-shell UHPLC odhalila stovky dobře rozlišených peptidů v IgG digestu. C2MAP platforma demonstrovala sledování spotřeby a akumulace klíčových složek médií v čase, identifikovala rozdíly mezi šaržemi FBS. nSMOL mikroflow LCMS přinesla citlivost řádu ng/mL pro trastuzumab a další mAb, zkrátila dobu vývoje metody. Nečistoty byly charakterizovány pomocí laserové difrakce, GC-MS a ICP-MS, včetně analýzy polysorbátu 80 a elementárních nečistot. LabSolutions CS zajistil plnou integritu dat, audit trail a automatizované reporty.

Přínosy a praktické využití metody

• Zrychlení vývoje a validace analytických metod pro preklinické a klinické fáze.
• Komplexní pokrytí všech kritických atributů s vysokou citlivostí a reprodukovatelností.
• Minimalizace rizika imunogenicity a kontaminace díky detailnímu sledování nečistot a agregátů.
• Automatizovaný workflow a digitalizace zvyšují produktivitu, snižují lidské chyby a zajišťují souladu s předpisy.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další optimalizace microflow a nanotechnologií pro vyšší citlivost a rychlost analýz.
• Integrace strojového učení pro predikci a interpretaci složitých datových vzorů.
• Online monitorování bioprocesů v reálném čase pro aktivní kontrolu kvality.
• Propojení více analytických platforem a datových zdrojů pro centralizované řízení bioprocesů.

Závěr

Shimadzu poskytuje široké spektrum instrumentálních a softwarových řešení pro biopharmaceutický vývoj, která kombinují vysokou citlivost, robustnost a integritu dat. Tím přispívají k zrychlení vývoje, zvýšení spolehlivosti a zajištění kvality biologických léčiv.

Reference

• Nishikaze T, Tsumoto H, Sekiya S, Iwamoto S, Miura Y, Tanaka K. Anal Chem. 2017;89(4):2353–2360.
• Yoneda S, Uchiyama S et al. J Pharm Sci. 2019;108(1).
• Iwamoto N et al. Analyst. 2014;139(3):576–580.
• Iwamoto N et al. J Pharm Biomed Anal. 2017;145:33–39.