蛋白质聚集体成像计

Postnova场流分离系统应用举例——蛋白质聚集体分离的理想解决方案 蛋白质聚集体已经成为药学发展和质检上一个重要的问题。其活性，生物利用度和可能的消极免疫响应等性能直接与不同程度的聚集态的存在有关。因此不仅FDA, 更多的官方和私人研究机构都对聚集态结构产生越来越大的兴趣。他们研究的目标是确定精确的聚集情况，即药物中的蛋白质中某个时间有多少聚集态结构形成以及如何避免这种情况。 场流分离技术是分离技术的一种，它可以与液相色谱（LC）相比。就像液相主要用来分离小分子一样，场流分离主要用来分离大分子或粒子（可称为：粒子色谱）。场流分离技术是一个独特的分离技术，所有场流分离技术都使用相同的基本分离的原则，但采用不同的分离场。根据不同分离场，场流分离技术可分为流动场流分离，沉淀场流分离，热场流分离等。 当样品注射到场流分离通道时，分离应力作用于聚合物或粒子强迫它们向通道底层移动，通道底层就被称为聚集壁。样品不能透过聚集壁，所以它们再次扩散到通道中心。扩散应力被分离应力抵消，在很短的时间（一般是30～120秒）内两种力之间就建立起一个稳定的动态平衡。大小不同的颗粒有着不同的扩散系数，所以它们在通道内由于速度梯度而被分离。注射后的粒子/聚合物由于“垂直场力”的存在，受迫向垂直于流动相流动的方向移动。小粒子由于具有较大的扩散系数将会比大粒子在通道内扩散的更深远。结果就是，小粒子在通道内被“层流”更快的定位，并因此而被洗脱出来；而大粒子则定位较慢，后洗脱出来。 上图是使用AF4非对称场流分离单克隆抗体的结果。在20分钟内，不同程度的聚集态被分开，整个分离过程由于没有固定相存在，因此蛋白质的空间结构不会被破坏。样品不需要前处理，更可以通过联用多种在线检测器（LS, UV, RI, SEM, DLS），方便迅速得到需要的数据。 场流分离技术具有以下优点： • 快速、温和的分离，可以兼容任何溶剂和缓冲液 • 超高的分辨率（±1nm） • 没有任何固定相的分离通道 • 宽分离范围：粒径1nm~100mm /分子量1000Da~1012Da • 无需前处理及过滤，直接进样复杂基质样品 • 可收集所需要的样品，方便升级至制备级 • 能够连接各种检测器，如在线串联紫外、光散射、荧光、质谱等检测器 • 可同时测定分子的分子量及粒子的粒径。 这些优点使场流分离技术在蛋白质及其聚集体分离方面可以发挥巨大的作用。 更多产品详情，敬请登陆：www.tegent.com.cn 德祥热线：4008 822 822 info@tegent.com.cn

导读生物药发生聚集后药效会明显减弱，还可能导致人体出现休克，岛津基于流动成像技术开发的粒子分析系统，对生物药中亚可见类聚集体以及不溶性微粒物或外源性组分检测提供了全新分析手段。 受新冠疫情影响，世界各国经济遭受重创，在面临资本寒冬的大环境中生物医药产业一枝独秀，逆势增长，俨然成为世界经济发展以及全球健康保障的指明灯。生物药可对病原体进行特异性攻击，副作用小，药效显著，但易受到环境温度、压力、存储条件、外界异物引入等因素影响而发生聚集。研究表明，生物药发生聚集后药效会明显减弱或消失，严重时还会因免疫反应而导致人体出现休克症状。 对于生物聚集体的分析，小于100nm的不可见聚集体通常使用空间排阻色谱法（SEC）检测，对于10um以上可见区聚集体美国药典和日本药典规定使用光阻法进行检定，但在100nm至10um之间并无合适的定量评价方法。2020版中国药典第四部关于不溶性微粒物检查，第一法光阻法，第二法显微计数法。光阻法只能给出计数浓度，不能查看粒子形貌及聚集状态，显微计数法虽然能查看粒子形貌及个数，但检定效率低且代表性差。 图1 生物聚集体大小及粒径范围分布 岛津iSpect DIA-10基于流动成像技术开发的粒子分析系统综合了粒度、显微观察、粒子计数三类仪器的特点，可以精确捕捉粒子形貌、粒径大小分布、能对不同大小粒子进行有效区分并给出对应粒径范围粒子的计数浓度结果，最低仅需50uL样品消耗且有非常高的灵敏度。对于生物药中亚可见类聚集体的检定以及相关的不溶性微粒物或外源性组分检查可提供一个全新分析手段。图2 岛津iSpect DIA-10动态颗粒图像分析系统 应用实例 生物药中不溶性亚可见微粒物的检查 样品处理：人体免疫球蛋白（1mg/mL）两份，一份80℃加热3min，一份机械搅拌10min样品分析：使用iSpect DIA-10分别观察其蛋白聚集形成状态 图3 80℃加热3min后粒子状态 图4 机械搅拌10min后粒子状态 图5 粒子检定结果 生物蛋白聚集体的粒径范围一般在0.2～10um之间，传统的蛋白聚集体评价方法中存在“无法一次性完成亚可见区的测定、”无法边施压（加热或机械刺激）边测定“、”无法回收已测样品“和“无法进行定量”等问题。岛津开发的生物医药聚集体评价系统Aggregates Sizer可以完美解决上述问题。图6 生物聚集体评价系统Aggregates Sizer ? 定量评价生物聚合体浓度（ug/mL）? 高灵敏度生物聚合体分析，一次仅需0.4mL? 具有温度控制及机械搅拌功能? 间隔1秒的超快速聚集过程监控? 可进行超过15小时的连续不间断测定 应用实例 不同温度及机械压力刺激下，生物蛋白聚集情况分析 样品：静脉注射免疫球蛋白（IVIG）热压力处理：在70℃下对1mL IVIC溶液进行5、7、9分钟培养后，取0.4ml进行测定机械刺激处理：5mL IVIC溶液室温中按190次/分钟速度搅拌，进行8个小时的连续测定 通过Aggregates Sizer生物医药聚集体评价系统对聚集体粒径、生成的聚集体浓度随时间的变化进行评价，结果如图7、图8所示。由图可知，施加热压力时，只在0.2um附近增加聚合体，而1um以上的粒径处并未生成聚集体。施加机械刺激时，随着时间的增加，可以发现在0.2～10um区域聚集体增加。FDA认证中将亚可见区分为0.2～2um和2～10um两个区域进行分别评价，而使用Aggregates Sizer只需一次测定即可得到整个区域的聚合体生成量信息。Aggregates Sizer采用的qLD法可以有效评价蛋白质在研发制造过程中受热压或机械刺激对生物药品的影响评价。图7 70℃加热 图8 190次/分钟速度搅拌 总结 生物药具有副作用小药效显著的特点，但在生产、运输、使用过程中容易产生聚集而影响药效，在生物聚集体大量存在的100nm～10um粒径范围内并无有效的评价方法，无相关的在线模拟实验（温度、机械压力影响）手段、无法进行定量分析、无法回收已测样品等，针对这一系列问题，岛津开发的Aggregates Sizer生物医药聚集体评价系统以及基于流动成像技术开发的iSpect DIA-10粒子分析系统可以很好的解决上述问题，可为生物药开发及品质监控提供全新的解决方案。

近日，中科院大连化学物理研究所研究员徐兆超团队发展了聚集体调控探针，解决了以往蛋白标签荧光探针在超分辨成像应用中缺乏对多种细胞器通用性标记的问题。相关研究成果已发表于《聚集体》。　　纳米尺度下细胞器与亚细胞器动态行为的监测与解析对于生命进程的解密至关重要。徐兆超团队前期针对溶酶体内酸性微环境设计合成了溶酶体自闪染料，并借助单分子定位显微镜（SMLM）实时监测了溶酶体运动并发现4种溶酶体间相互作用模式，针对脂滴内部高度疏水环境设计了缓冲脂滴探针，实现了脂滴的稳定超分辨成像并发现脂滴融合的新模式。该团队构建的SNAP蛋白标签探针还克服了传统线粒体探针易受电位波动而脱靶的问题，实现了对线粒体的稳定标记和动态超分辨成像。　　然而，蛋白标签荧光探针依然面临细胞渗透性差的问题，特别是探针在细胞内局域分布使得单一探针难以具有对多种细胞器广谱性标记的性能。对此，该团队发展了具有“单体—二聚体—聚集体”多体系动态调控的SNAP蛋白标签探针BGAN-Aze，该探针在细胞外形成荧光淬灭的纳米聚集体而具有快速穿透细胞膜和在细胞内广泛分布的能力，在细胞内以单体的形式与目标蛋白共价连接，并伴随荧光的恢复，最终实现细胞内多种细胞器选择性荧光识别与细胞器亚结构的动态超分辨成像。　　此外，研究发现BGAN-Aze为不带电荷的中性分子，可保持高度的细胞渗透性与生物相容性，能够实现纳米尺度下对细胞膜、线粒体、细胞核等多种细胞器亚结构的长时间追踪。　　该探针基于遗传编码技术，实现了细胞内多种细胞器选择性荧光识别的广谱应用性，并且实现了细胞器亚结构的动态超分辨成像，进而揭示了多种未见报道的细胞器结构动态变化，为进一步研究不同细胞器的功能提供工具。