LabChip毛細管電泳系統(tǒng)在單克隆抗體研發(fā)和工藝中的應(yīng)用
來聊一聊LabChip®毛細管電泳系統(tǒng)在單克隆抗體研發(fā)和工藝中的應(yīng)用，以及其靈敏、快速和高通量優(yōu)勢。
單克隆抗體工藝研究中，大家非常熟悉這些縮寫：QbD，CPP，CQA，DOE，PAT等。其最終目的，即自始而終以高質(zhì)量標準為出發(fā)點，基于科學和風險評估，保持全方位持續(xù)優(yōu)化過程，高效靈活地生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，形成一個開放和穩(wěn)健的良性循環(huán)。在這個循環(huán)中，全方位持續(xù)優(yōu)化發(fā)揮著引擎作用。如何做到快速分析、高效的反饋、知其然也知其所以然則是這個引擎運轉(zhuǎn)的動力來源。
抗體蛋白工藝開發(fā)中，需要了解工藝參數(shù)與產(chǎn)品質(zhì)量屬性之間的關(guān)系，以便定義工藝設(shè)計空間,合理優(yōu)化試驗方案，提高開發(fā)效率。然而在細胞培養(yǎng)或純化DOE實驗中變量越多，待測樣品量就會越來越大,甚至可能大大超過現(xiàn)代分析實驗室的檢測能力。此外，對藥物研發(fā)企業(yè)而言，如何快速、經(jīng)濟且應(yīng)檢盡檢，全面地理解各種變量對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。這兩者已經(jīng)成為了當前企業(yè)不能回避的新型挑戰(zhàn)。因此選擇一種高靈敏度、多功能、自動化、高通量和操作便捷的分析檢測系統(tǒng)就顯得十分必要。
目前抗體蛋白質(zhì)量分析，包括純度、含量、聚集體、電荷異質(zhì)性、糖譜分析等，主要檢測方法有SDS-PAGE、HPLC和CE毛細管電泳。然而SDS-PAGE蛋白分析屬于勞動密集型，不能實現(xiàn)自動化。HPLC和CE時間較長，每個樣品需要大約15-60分鐘，從時效性和通量上會限制DOE實驗。
那么有沒有一種檢測系統(tǒng)，能夠很好的補充或者替代傳統(tǒng)方法呢？答案是：有！
圖1.LabChip® GXII Touch微流控毛細管電泳系統(tǒng)及分析檢測試劑耗材LabChip®蛋白分析系統(tǒng)就是一個高度自動化的平臺，適用于蛋白質(zhì)和核酸的快速分析，是生物制品分析表征的一個非常好的工具。采用微流控技術(shù)，一張芯片整合了SDS-PAGE的所有流程：上樣、分離、染色、脫色和檢測，直接從96 孔板或384孔板采樣，通過軟件即可快速實現(xiàn)抗體CQA分析，使用方便且可無人值守，每個樣品可在一分鐘以內(nèi)完成分析，一塊96孔板的樣品可在1個半小時左右內(nèi)完成檢測。化繁為簡，為傳統(tǒng)SDS-PAGE和其他蛋白屬性分析提供了一種自動化替代方案，同時保證單克隆抗體研發(fā)流程所必需的檢測通量和數(shù)據(jù)質(zhì)量。
圖2.LabChip®微流控毛細管電泳系統(tǒng)工作流程相較于常規(guī)CE毛細管電泳，LabChip®也被稱為微流體CE（μCE），由于其自動化上樣、快速檢測、出色的靈敏度和分辨率，正在成為一種越來越流行和常規(guī)使用的方法，用于監(jiān)測和記錄單克隆抗體滴度、純度、片段化、聚集、電荷異質(zhì)性及糖譜。在性能方面，有數(shù)據(jù)顯示使用LabChip GXII Touch與傳統(tǒng)CE方法做過頭對頭的比較，從還原和非還原角度對NISTmAb聚集體和純度分析。結(jié)果顯示可以替代傳統(tǒng)毛細管電泳檢測，用于單克隆樣品的分析檢測。
圖3.非還原條件下NISTmAb(Lot:14HB-D-002) 樣品檢測結(jié)果對比（SP-系統(tǒng)峰；LM-分子量標準品）
圖4.還原條件下NISTmAb(Lot:14HB-D-002) 樣品檢測對比（SP-系統(tǒng)峰；LM-分子量標準品）和結(jié)果分析
除了在對單克隆抗體聚集體和純度分析表征之外，很多企業(yè)也嘗試建立基于LabChip®分析檢測平臺，并成功在多個產(chǎn)品上進行不同關(guān)鍵質(zhì)量屬性的測試和檢測應(yīng)用，因此該系統(tǒng)被越來越多的企業(yè)采用，作為高效、準確和快速的蛋白CQA分析工具。
多年前Amgen就使用LabChip®微流控技術(shù)篩選單克隆抗體產(chǎn)品質(zhì)量屬性，分析了來自CHO細胞培養(yǎng)上清液的粗樣品和純化樣品，包括純度、片段分析、糖型等，證實了LabChip®檢測結(jié)果與傳統(tǒng)CE-SDS相似的分辨率和靈敏度。最重要的一點在于：每個樣品僅需41秒即可完成檢測，整整快了70倍。
Novartis實驗團隊在Labchip®GXII系統(tǒng)上對抗體樣品進行了檢測，研究了該系統(tǒng)使用的LIF檢測器在靈敏度和分辨率方面的優(yōu)勢[3]。并且還使用Labchip®GXII系統(tǒng)對抗體樣品的點荷異質(zhì)性進行分析，證實MicrochipCZE與傳統(tǒng)CZE方法對比，而且還有快速、高通量的優(yōu)勢。
圖5.微流體毛細管電泳系統(tǒng)LabChip®GXII分辨率測試（遷移時間分別為a-25.0s和b-25.6s峰的樣品和c-樣品混合）及與CZE對5種商業(yè)化抗體藥物進行點荷異質(zhì)性對比分析
此外，包括GSK在內(nèi)的眾多生物制藥企業(yè)也建立基于LabChip®GXII的分析方法，實現(xiàn)了快速、高通量的抗體樣本穩(wěn)定性分析，同時用于DOE實驗中大量樣品的滴度、純度檢測，在方法驗證后也用于單抗樣品包括穩(wěn)定性、放行在內(nèi)的檢測，覆蓋產(chǎn)品整個生命周期。
圖6.基于LabChip®GXII儀器的抗體穩(wěn)定性分析DOE實驗分析
ADC藥物公司 ImmunoGen在一篇文獻里面也報道了使用LabChip®GXIITouch建立了經(jīng)濟適用、快速高效的CHO細胞蛋白表達糖基化分析平臺，使用DOE設(shè)計來研究補料與糖基化微調(diào)空間，將候選細胞株成功在細胞培養(yǎng)板、搖瓶和微型生物反應(yīng)器及2L一次性反應(yīng)器上進行了工藝放大。該平臺適用于多種分子和表達宿主的糖譜分析，可以在整個產(chǎn)品周期中快速高效的進行條件變更，降低開發(fā)成本[6]。Irvine和Sartorius等培養(yǎng)基供應(yīng)商也采用了LabChip®GXII來快速、高效研究不同CHO細胞培養(yǎng)條件，以進行表達抗體的糖譜分析。
圖7.A.候選細胞株糖譜分析；B.不同培養(yǎng)規(guī)模下2D9細胞株的糖譜分析
以上介紹了LabChip®蛋白分析系統(tǒng)在單克隆抗體領(lǐng)域應(yīng)用的部分案例，基本覆蓋滴度、純度、片段化、聚集、電荷異質(zhì)性以及糖譜屬性。LabChip®蛋白分析系統(tǒng)在替代傳統(tǒng)平板電泳的同時，還能簡化大量手工步驟，并且提供生物治療藥物研發(fā)工作流程，特別是DOE實驗中所必不可少的高通量能力和高質(zhì)量數(shù)據(jù)，每個樣品的分析時間耗時低至42秒，效率增加70倍，可以說是為蛋白分析“插上了飛翔的翅膀”。與系統(tǒng)配套的LabChip GxP安全軟件可提供電子簽名、電子記錄以及權(quán)限管理，有審計追蹤功能，符合21 CFR Part 11規(guī)范。
此外，該系統(tǒng)還可以配套PerkinElmer JANUS G3樣本處理工作站，用于蛋白樣本前處理以及取樣、移液和混樣等多種用途。
LabChip®GXII Touch特點
