BiologicalHOS: an opportunity for NMR

Význam tématu

Hodnocení vyšší struktury (HOS) biofarmaceutických makromolekul, jako jsou monoklonální protilátky (mAb), je klíčové pro zajištění jejich stability, účinnosti a bezpečnosti. Spektroskopie jaderné magnetické resonance (NMR) ve 2D variantě poskytuje citlivý a robustní přístup k analýze prostorového uspořádání těchto molekul. Automatizované zpracování a vyhodnocení 2D NMR dat zvyšuje reprodukovatelnost výsledků a zkracuje dobu potřebnou pro kvalitativní a kvantitativní posouzení vzorků.

Cíle a přehled studie / článku

Text popisuje integraci specializovaného pluginu BiologicsHOS do softwaru Mnova (verze 14.1), který usnadňuje analýzu 2D NMR dat pro HOS hodnocení. Hlavním cílem je ukázat pracovní postup zpracování, vizualizace a kvantifikace rozdílů mezi referenčními a testovanými spekt­ry pomocí tří přístupů: ECHOS, CCSD a PCA.

Použitá metodika a instrumentace

Popis zpracování 2D NMR dat zahrnuje:

• Import dat s automatickým nastavením z NMR spektrometru
• Předzpracování (apodizace, zero-filling, fázování, korekce báze, komprese a odšumění)
• Definice oblastí zájmu (ROI) pro vyloučení šumu
• Stohování spekter a superpozice pro porovnání

Pro HOS hodnocení se využívají tři analýzy:

• USIC ECHOS: bodové porovnání intenzit dvou stohovaných spekt­r s výpočtem korelačního koeficientu R
• CCSD (Combined Chemical Shift Differences): vyhodnocení změn chemických posunů a amplitud vybraných peaků vůči referenci
• PCA (Principal Component Analysis): redukce rozměrnosti dat, vizualizace shlukování referenčních a testovaných spekter v komponentních prostorech

Použitá instrumentace:

• Spektrometry NMR kompatibilní s Mestrelab Mnova 14.1
• Software Mnova s pluginem BiologicsHOS (Bruker / Mestrelab)

Hlavní výsledky a diskuse

ECHO­S analýza prokázala vysokou korelaci mezi referenčními spektry a vzorky se shodnou HOS (R blízko 1,0). Bitmapová mapa reziduí odhalila regiony s rozdíly ve spektrálních intenzitách.
CCSD umožnila kvantifikovat posuny chemických posunů i změny amplitud konkrétních peaků. Interaktivní proklikání mezi CCSD bodem a spektrem usnadnilo odlišení skutečných změn od artefaktů.
PCA vykázala, že referenční spektra tvoří kompaktní shluk v zobrazeních PC1 vs. PC2, zatímco vzorky s modifikovanou strukturou vykazovaly odlišné pozice. Loadings grafy identifikovaly spektrální biny odpovědné za variabilitu.

Přínosy a praktické využití metody

Automatizace analýzy 2D NMR dat v Mnova s pluginem BiologicsHOS umožňuje:

• Zvýšit reprodukovatelnost a objektivitu HOS hodnocení
• Rychle identifikovat strukturální změny v proteinových léčivech
• Podpořit validaci výrobních a stabilizačních procesů v QA/QC laboratořích

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření metod do více typů biologik, zlepšení algoritmů odhlučnění a nasazení strojového učení pro automatickou klasifikaci spekter. Integrace s vysoce automatizovanými platformami a cloudovými službami může dále urychlit datové toky v biofarmaceutickém výzkumu.

Závěr

Plugin BiologicsHOS v Mnova představuje robustní a uživatelsky přívětivý nástroj pro komplexní hodnocení HOS proteinových léků pomocí 2D NMR. Kombinace ECHOS, CCSD a PCA analýz poskytuje široký přehled o strukturních změnách, čímž usnadňuje vývoj a kontrolu kvality biologik.

Reference

1. Mestrelab Research. Mnova 14.1, BiologicsHOS plug-in, 2019.
2. Bruker BioSpin. BiologicsHOS – plug-in pro HOS analýzu mAb.