Guide to Biopharmaceutical Solutions —From Cell Line Optimization to Pharmacokinetics—

Význam tématu

Biotechnologický a farmaceutický průmysl se potýká s potřebou efektivních analytických metod pro vývoj a kontrolu bioléčiv. Pokrývá vše od optimalizace buněčné linky přes kultivační podmínky, čištění a charakterizaci biomolekul až po analýzu stability a farmakokinetiky. Rychlé, citlivé a specifické techniky umožňují zkrátit vývojové cykly a zajistit kvalitu, účinnost i bezpečnost finálního produktu.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem publikace je představení komplexního přehledu analytických řešení použitelných pro biotechnologické workflow, zejména v oblasti bioléčiv. Stručně shrnuje klíčové kategorie metod: optimalizace buněčných linií, kultivace, čištění, charakterizace proteinů, kontrola kvality a farmakokinetické analýzy. Každá část je doplněna příklady aplikací, instrumentací a hlavními výsledky.

Použitá metodika a instrumentace

Analýza zahrnuje široké spektrum technik:

• UV/VIS spektrofotometrie pro kvantifikaci nukleových kyselin a proteinů v mikroobjemech
• Fluorescenční spektrofotometrie s automatickým čištěním pro nízké objemy vzorků
• Mikročipová elektroforéza pro automatizovanou analýzu DNA/RNA
• Automatizované systémy pro sběr buněčných kolonií
• HPLC a UHPLC separace spojené s triple quadrupole a Q-TOF MS pro proteomiku a metabolomiku
• GC/MS a GC-MS/MS pro komplexní analýzu těkavých a nepolárních metabolitů
• ICP-OES a ICP-MS pro řízení elementárních nečistot podle ICH Q3D
• FTIR spektroskopie pro analýzu sekundárních struktur proteinů
• MALDI-TOF MS pro glykanový profiling, sekvenaci a intact-mass analýzu
• Systémy pro detekci a kvantifikaci proteinových agregátů a částic
• Diferenciální skenovací kalorimetr pro hodnocení termální stability proteinů

Hlavní výsledky a diskuse

Práce demonstrovala:

• Vysoce citlivé kvantifikace DNA a proteinů v mikroobjemech s vynikající linearitou
• Automatizaci mikroelektroforézy a workflow pro DNA/RNA analýzu
• Efektivní sběr buněčných kolonií bez manuální manipulace
• Strukturální diferenciaci sialylovaných glykanů pomocí specifické derivatizace a MALDI
• Multiplexní LC/MS/MS analýzu nutričních a metabolických látek v kultivačním supernatantu
• Komplexní GC/MS/MS profilování těkavých mastných a organických kyselin i sacharidů
• Řízení elementárních nečistot v lécích splňující ICH Q3D limity
• Automatizované pretreatment a LC/MS workflow pro vysokou propustnost vzorků
• Sekvenování N-terminálních fragmentů proteinů kombinací Edmanovy degradace a MALDI
• Vysoce reprodukovatelná peptide mapping a intact-mass analýza Q-TOF
• Reálné sledování proteinových agregátů za různých teplotních a mechanických podmínek
• Bioanalytické kvantifikace monoklonálních protilátek v plazmě metodou nSMOL a triple quadrupole MS

Přínosy a praktické využití metody

• Zrychlení vývoje bioléčiv díky minimalizaci spotřeby vzorku a robustní automatizaci
• Zvýšení reprodukovatelnosti a sjednocení datových procesů napříč laboratoří
• Komplexní monitoring kvality v reálném čase
• Podpora rozhodování v R&D, QC/QP i při farmakokinetických studiích
• Možnost aplikace na širokou škálu biopolymérů, proteinů i malých molekul

Budoucí trendy a možnosti využití

• Miniaturizace a zvýšení propustnosti pro multi-omics analýzy
• Integrace AI pro zpracování a interpretaci komplexních dat
• Vývoj nových povrchů a bezkontaktních odběrů vzorků
• On-line integrace pretreatment modulů a MS detekce
• Personalizované farmakokinetické a biomarkerové sledování

Závěr

Předložené metody a instrumentace tvoří integrovanou platformu pokrývající celý vývojový cyklus bioléčiv od buněčné linky až po klinické farmakokinetické studie. Implementace těchto řešení přináší vyšší datovou kvalitu, šetří čas i náklady a zefektivňuje kontrolu kvality.

Použitá instrumentace

• UV/VIS a fluorescenční spektrofotometry
• FTIR spektrometrie
• ICP-OES a ICP-MS
• HPLC/UHPLC a kapilární systémy
• Triple quadrupole a Q-TOF MS
• MALDI-TOF MS
• GC/MS a GC-MS/MS
• Automatizované pretreatment moduly
• Mikročipová elektroforéza
• Systémy pro měření agregátů a částic
• Diferenciální skenovací kalorimetr
• Automatizované systémy pro buněčný screening

Reference

• Nishikaze T. et al., Anal. Chem. 89, 2353–2360 (2017)
• Matsumoto M. et al., Sci. Rep. 2, 223 (2012)
• Shimadzu Application Notes A634, C145A, B113, L483, Q117
• ICH Q3D Guideline for Elemental Impurities (EMA, 2019)