Automated platform buffer screening for multiple proteins on Big Kahuna

Význam tématu

Screening formulací pufrů je klíčový krok při vývoji biologických léčiv, protože optimální složení pufru zásadně ovlivňuje konformační, chemickou i koloidní stabilitu bílkovinných molekul. Ruční příprava a testování různých kombinací soli, pH, iontové síly a excipientů je časově i pracovně náročné, což může zpomalit celý proces vývoje.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo prokázat schopnost automatizované platformy Big Kahuna provést rozsáhlý platformní screening pufrů pro čtyři monoklonální protilátky (mAb A–D) ve dvanácti různých formulacích pufrů. Metoda měla umožnit vysokou propustnost s minimální ruční prací a zachovat konzistentní výsledky napříč vzorky.

Použitá instrumentace

• Platforma Big Kahuna s tlakovanou ultrafiltrací/diafiltrací (UF/DF)
• Filtrační desky Unfilter 96 (100–450 µl) a Unfilter 24 (0,45–8 ml)
• Akustický senzor objemu pro měření odstraněného pufru
• Software LEA (Library Studio a Automation Studio) pro navrhování a řízení experimentu
• Spectrofotometr Lunatic s aplikací A280 pro stanovení koncentrace proteinů

Použitá metodika

• Příprava čtyř mAb (10 mg/ml) v 10mM histidinu na pH 6,0 a 6,2 s pěti excipienty (NaCl, sacharóza, mannitol, arginin, glycín) a bez excipientu
• Automatické pipetování do Unfilter 96 (450 µl/well), buffer exchange nastaven na 96 % celkové výměny při 67 % objemu na cyklus
• Velikost cyklů a doba tlakování se upravovala v reálném čase podle dat z akustického senzoru
• Analýza množství výměny a koncentrací pomocí LEA Analysis Add-in v Excelu
• Stanovení konečných koncentrací a výtěžků proteinů na Lunatic (triplikáty) podle specifických E1 %

Hlavní výsledky a diskuse

• Platformní screening 48 formulací (4 mAb × 12 podmínek) dokončen za ~5 hodin (307 minut)
• Průměrná doba cyklu buffer exchange 9,3 min, rozsah 8,5–10,1 min
• Skutečná výměna pufru v jednotlivých pulách: 96,7 %–>99,9 %, průměr 98,4 %
• Konzistence objemů: počáteční 430 ± 11 µl, konečný 426 ± 15 µl
• Konečné koncentrace proteinů ~10 mg/ml, průměrně mírně vyšší než počáteční
• Percentuální hmotnostní výtěžnost >97 % ve všech formulacích, minimální ztráty proteinů

Přínosy a praktické využití metody

Automatizovaná platforma výrazně zkracuje čas a ruční práci při optimalizaci formulací pro biologika, přináší vysokou propustnost a konzistenci výsledků. Automatická úprava doby tlakování zajišťuje efektivní výměnu bez rizika nadměrné koncentrace. Metoda je vhodná pro vývoj nových proteinových léčiv a rutinní QA/QC.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace Lunatic se systémy Big Kahuna pro automatické stanovení koncentrace bez manuálních kroků
• Automatická příprava a titrace pufrů přímo na palubě platformy
• Rozšíření na větší škálu proteinů, excipientů a širší pH rozsahy
• Implementace strojového učení pro predikci optimálních formulací

Závěr

Big Kahuna prokázala schopnost provést vysoce propustný a reprodukovatelný platformní screening formulací pufrů pro více monoklonálních protilátek s minimálními ztrátami proteinů a nízkou manuální zátěží. Platforma nabízí efektivní řešení pro rychlý vývoj a optimalizaci biologických léčiv.