Gyrolab高通量宿主細(xì)胞蛋白分析系統(tǒng)在支持下游工藝開發(fā)的應(yīng)用
瀏覽次數(shù):1493 發(fā)布日期:2022-9-9
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近日,法國賽諾菲生物工藝分析部門科學(xué)家Suzana Petrovic,Yann Fromentin,Hervé Dubois等在BioProcess International期刊上發(fā)表了題為“Host-Cell Protein Analysis to Support Downstream Process Development”的文章[1],介紹了該部門將Gyrolab免疫分析工作站與自動(dòng)液體處理系統(tǒng)相結(jié)合,建立了全自動(dòng)化的高通量宿主蛋白分析平臺(tái)的應(yīng)用。本文節(jié)選自該文章。
宿主細(xì)胞蛋白(Host Cell Protein, HCP)是生物制品生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的關(guān)鍵工藝相關(guān)雜質(zhì)之一,雖然含量很低,但可能會(huì)導(dǎo)致患者出現(xiàn)不良免疫反應(yīng)或?qū)е庐a(chǎn)品蛋白的降解等,例如在Lebrikizumab的臨床試驗(yàn)中曾報(bào)道了患者對(duì)Phospholipase B-like 2(PLBL2)雜質(zhì)蛋白的免疫反應(yīng),從而不得不在后期改變工藝[2];MCP-1 HCP也曾在幾個(gè)項(xiàng)目中被檢測(cè)到 [3],由于嚴(yán)重的不良反應(yīng),導(dǎo)致一項(xiàng)臨床試驗(yàn)暫停。另外,有研究發(fā)現(xiàn)Cathepsin D和L可以誘發(fā)終產(chǎn)品蛋白的降解[4,5]。因此,在下游工藝(DSP)開發(fā)中,需要通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DoE)優(yōu)化每個(gè)純化工藝步驟以盡可能清除HCP殘留,并建立合適的HCP檢測(cè)方法來監(jiān)控生物制品的質(zhì)量。
ELISA是HCP檢測(cè)的黃金標(biāo)準(zhǔn)方法,但是基于微孔板的傳統(tǒng)ELISA具有以下局限:① 多個(gè)孵育和洗滌步驟,需要大量的動(dòng)手操作和分析時(shí)間,樣品檢測(cè)通量非常有限;② 動(dòng)態(tài)范圍很窄(±100 ng/mL),在DSP研究期間需要進(jìn)行大量的重復(fù)檢測(cè)。這使得ELISA不能作為一種有效的分析支持來滿足DSP開發(fā)團(tuán)隊(duì)日益增長的通量要求,因此該技術(shù)的自動(dòng)化是極為必要的。
Gyrolab工作站是基于微流控技術(shù)的免疫分析平臺(tái),將微孔板內(nèi)的免疫反應(yīng)體系微縮到納升級(jí)的CD微結(jié)構(gòu)中。每片CD被分成96個(gè)微結(jié)構(gòu),每個(gè)微結(jié)構(gòu)中有包被鏈霉親和素的親和微珠,通過生物素標(biāo)記的捕獲試劑和熒光標(biāo)記的檢測(cè)試劑來進(jìn)行“夾心法”檢測(cè)。Gyrolab的優(yōu)勢(shì)包括樣品和試劑體積要求低,更低的基質(zhì)效應(yīng),更寬的動(dòng)態(tài)范圍(±10,000 ng/mL)以及快速獲得結(jié)果等,因此被廣泛用于監(jiān)管環(huán)境下臨床前和臨床研究中的PK/PD/TK等[6,7,8]。由于其高通量的巨大潛力,賽諾菲研究團(tuán)隊(duì)將其應(yīng)用于DSP生物分析中,將Bravo自動(dòng)液體處理平臺(tái)(安捷倫科技)與Gyrolab免疫分析工作站結(jié)合起來建立了全自動(dòng)化高通量分析平臺(tái),以有效應(yīng)對(duì)生物制品DSP開發(fā)中HCP檢測(cè)的挑戰(zhàn)。下文將說明這一平臺(tái)與ELISA標(biāo)準(zhǔn)方法的可比性,并通過比較賽諾菲三個(gè)生物制品研發(fā)基地的結(jié)果以展示該平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用中的性能。
材料和方法
案例1-10:所有案例中的樣品均為賽諾菲內(nèi)部產(chǎn)品,是由CHO細(xì)胞表達(dá)生產(chǎn)的單克隆抗體和片段。
ELISA檢測(cè):Cygnus Technologies 公司Cygnus F550 CHO-HCP ELISA試劑盒,BioTek ELx50洗板機(jī),Molecular Devices M5e分光光度計(jì)(450nm),由Softmax Pro 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。該ELISA方法作為本研究的參考方法。
Gyrolab檢測(cè):Gyrolab xP免疫分析工作站,Bioaffy 1000 High Capacity CD,Gyrolab CHO-HCP #1 試劑盒,Gyrolab CHO-HCP 3G試劑盒,由Gyrolab Evaluator軟件控制和處理數(shù)據(jù)。
樣品稀釋:由安捷倫科技Bravo自動(dòng)液體處理系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行,V-Work軟件(12.3.0版)用于控制和編程。
檢測(cè)方法開發(fā)與驗(yàn)證
Gyrolab CHO-HCP試劑盒是“交鑰匙”即用型試劑盒,使用標(biāo)記的山羊抗CHO-HCP多克隆抗體作為捕獲和檢測(cè)試劑,以夾心法形式進(jìn)行檢測(cè)。該抗體試劑與ELISA方法中所使用的試劑為同一供應(yīng)商的相同試劑。在Bioaffy HC CD上進(jìn)行的檢測(cè)結(jié)果表明,該方法定量限LoQ為3.2 ng/mL,且在多次評(píng)估實(shí)驗(yàn)中一直保持一致。因此該方法對(duì)低HCP含量的樣品檢測(cè)具有足夠的靈敏度和穩(wěn)健性,并與ELISA參考結(jié)果(LoQ 約3 ng/mL)有很好的相關(guān)性(Figure 1)。
接下來,對(duì)Gyrolab CHO-HCP檢測(cè)方法進(jìn)行驗(yàn)證,以確保該方法適用于預(yù)期用途。驗(yàn)證方案采用與ELISA相同的方法和可接受標(biāo)準(zhǔn);谝呀⒌漠a(chǎn)品/工藝知識(shí)和樣品的可用性,在模型適用性(suitability)、專屬性(specificity)、準(zhǔn)確性(accuracy)、稀釋線性度(linearity)、定量限(LoQ)、檢測(cè)限(LoD)、重復(fù)性(intra-assay precision)和中間精密度(inter-assay precision)等方面對(duì)Gyrolab檢測(cè)方法進(jìn)行了驗(yàn)證。如表1所示,驗(yàn)證方案中規(guī)定的所有驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)均被滿足。
Gyrolab檢測(cè)結(jié)果與ELISA比較
在六個(gè)項(xiàng)目(case 2 -7)中對(duì)Gyrolab高通量HCP檢測(cè)方法和ELISA方法進(jìn)行了平行比較,這六個(gè)項(xiàng)目代表了賽諾菲集團(tuán)內(nèi)開發(fā)的藥物分子的多樣性,包括抗體、片段和多特異性抗體。結(jié)果顯示,Gyrolab兩種CHO-HCP試劑盒和經(jīng)典ELISA方法的結(jié)果在總HCP蛋白定量和清除率上均有很好的相關(guān)性(Figure2),說明Gyrolab技術(shù)能夠在藥物早期DSP開發(fā)過程中提供高通量支持,以減少人工操作時(shí)間、成本和重復(fù)測(cè)試需要,大幅提升分析周轉(zhuǎn)效率。
Cross-site評(píng)估
對(duì)Gyrolab檢測(cè)方法在三個(gè)不同基地之間的穩(wěn)健性進(jìn)行了評(píng)估,三個(gè)基地使用同樣的樣品和程序進(jìn)行分析,樣品中HCP含量為ng/mL級(jí)?绲攸c(diǎn)研究的結(jié)果如Figure 4所示,Gyrolab方法在賽諾菲全球不同基地之間多個(gè)項(xiàng)目中的檢測(cè)數(shù)據(jù)具有高度可比性,并且方法非常靈敏,能夠檢測(cè)到后續(xù)工藝步驟之間微小的變化,因此可將Gyrolab技術(shù)作為統(tǒng)一的分析平臺(tái)以支持賽諾菲全球所有生物制劑開發(fā)基地的工藝開發(fā)。
自動(dòng)化高通量HCP分析平臺(tái)
上面的對(duì)比研究證明了Gyrolab技術(shù)的優(yōu)勢(shì),其具有出色的動(dòng)態(tài)范圍、線性度、重復(fù)性和精密度,并與ELISA黃金標(biāo)準(zhǔn)方法呈現(xiàn)出良好的可比性。此外, Gyrolab平臺(tái)一次可以運(yùn)行5片CD,獲得480個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),這樣的高通量允許一個(gè)樣品在幾個(gè)稀釋度下運(yùn)行,以測(cè)試線性度、回收率和基質(zhì)效應(yīng)等。
高通量的分析模式對(duì)樣品制備工作的要求很高,譬如一個(gè)DSP DoE有60個(gè)待測(cè)樣品,需要360個(gè)不同的稀釋(每個(gè)樣品在三個(gè)稀釋度下進(jìn)行摻入實(shí)驗(yàn))。為了解決樣品制備瓶頸,采用安捷倫科技公司的Bravo自動(dòng)化液體處理平臺(tái)來處理大量的樣品,如Figure 6所示。
Gyrolab免疫分析工作站與Bravo自動(dòng)液體處理平臺(tái)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了完全自動(dòng)化的高通量分析,該流程能夠在短短一天半的時(shí)間內(nèi)完成所有檢測(cè)并獲得結(jié)果:第一天,設(shè)置好設(shè)備,使用Bravo自動(dòng)準(zhǔn)備和稀釋樣品,接下來Gyrolab運(yùn)行過夜;第二天早上,Gyrolab 即可獲得數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。
這種自動(dòng)化的高通量分析方法能夠?yàn)镈SP開發(fā)實(shí)驗(yàn)室提供有效的支持:① 快速的分析周轉(zhuǎn)效率(1天內(nèi)即可獲得結(jié)果);②出色的檢測(cè)通量(每次運(yùn)行多達(dá)90個(gè)樣品,包括兩個(gè)稀釋度和摻入);③數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠,結(jié)果可重復(fù)性高。總體上,這種方法提高了生物分析部門的效率,大大減少了手工操作時(shí)間,根除了因稀釋錯(cuò)誤或人為操作誤差導(dǎo)致的重測(cè)要求,并大幅提高了分析結(jié)果的產(chǎn)量、質(zhì)量和可重復(fù)性。
參考文獻(xiàn)
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