Onderzoekers van het New Jersey Institute of Technology (NJIT) hebben een nieuwe laboratoriumtechniek onthuld die volgens hen een "paradigmaverschuiving" vertegenwoordigt in de manier waarop farmaceutische laboratoria nieuwe op eiwitten gebaseerde geneesmiddelen testen en produceren, zoals therapeutische monoklonale antilichamen die worden ontwikkeld om een ​​verscheidenheid aan ziekten te behandelen, van kanker tot infectieziekten.

Onderzoekers zeggen dat hun op elektrochemie gebaseerde benadering, beschreven in het tijdschrift Analytical Chemistry , zou het mogelijk kunnen maken om veiligheids- en kwaliteitstests van opkomende biotherapeutica uit te voeren in een fractie van de tijd die nodig is voor conventionele methoden, die doorgaans de langdurige en dure productie vereisen van bepaalde biomaterialen die worden gebruikt voor het testen van monsters.

Het onderzoek is uitgevoerd in samenwerking met onderzoekers van Merck, Johnson &Johnson en de Universiteit van Ohio.

"Deze methode die we bij NJIT hebben ontwikkeld, heeft het potentieel om een ​​grote impact te hebben in kwantitatieve proteomics, en het vertegenwoordigt een paradigmaverschuiving in de farmaceutische industrie in termen van het monitoren van biofarmaceutische product- en procesonzuiverheden voor kwaliteitscontrole", zegt Hao Chen, de paper's corresponderende auteur en professor aan de afdeling Scheikunde en Milieuwetenschappen van het NJIT.

"Met deze studie hebben we nu een aanpak aangetoond die onzuiverheden van geneesmiddelen veel sneller en nauwkeuriger kan kwantificeren en verwerken dan mogelijk was geweest... We verwachten dat het zeer nuttig zal worden om de ontwikkeling van therapeutische eiwitten en vaccins te vergemakkelijken voor de behandeling en preventie van verschillende ziekten in de toekomst."

Traditioneel houdt dergelijke testen, of eiwitkwantificering, de tijdrovende bereiding in van synthetische isotoop-gelabelde peptiden die worden gebruikt als interne standaarden om de totale eiwitconcentraties in een monster te meten, waardoor onderzoekers de werkzaamheid en veiligheid van therapeutische eiwitcomponenten actief kunnen monitoren tijdens de ontwikkeling van het geneesmiddel proces.

Om deze beperking te overwinnen, ontwikkelde Chen's lab een coulometrische massaspectrometrie (CMS) benadering voor absolute kwantificering van eiwitten zonder het gebruik van standaarden. De methode past in plaats daarvan vloeistofchromatografie-massaspectrometrie en een elektrochemische stroomcel toe om snel veranderingen in doeleiwitten of -peptiden te kwantificeren en te detecteren op basis van elektrochemische handtekeningen.

"In plaats van weken te wachten om standaarden of reagentia te verkrijgen in traditionele benaderingen, zou men meteen CMS-kwantificatie-experimenten kunnen uitvoeren. Het zou dus het volgen van onzuiverheden van geneesmiddelen die tijdens het proces zijn ontdekt vergemakkelijken en hun effectieve verwijdering verzekeren met procesoptimalisatie en -controle," zei Chen.

"Een dergelijk apparaat stelt ons in staat om peptiden te scheiden na eiwitdigestie met vloeistofchromatografie, peptide-oxidatie in de elektrochemische stroomcel te volgen om een ​​elektrische stroom te produceren, en de oxidatie-opbrengst te meten met massaspectrometrie", legde de eerste auteur van het artikel en NJIT Ph.D. . student Yongling Ai. "De combinatie van elektrische stroomsignalen samen met de oxidatieopbrengst biedt voldoende informatie voor absolute kwantificering van peptiden en eiwitten."

In hun onderzoek demonstreerde het team zijn CMS-methode door in één run absolute kwantificering van meerdere eiwitten (β-lactoglobuline B, α-lactalbumine en koolzuuranhydrase) in een mengsel te bereiken, zonder gebruik te maken van normen.

Het team toonde met name ook de mogelijkheden van de methode voor het detecteren van eiwitdeamidering - een veel voorkomende degradatiegebeurtenis in therapeutische eiwitten als gevolg van fysieke of chemische stress tijdens het productieproces en de opslag.

Het team heeft met succes verschillende eiwitafbraakproducten gekwantificeerd, waaronder een belangrijk tussenproduct van eiwitafbraak - de vorming van succinimide - wat volgens de auteurs van het onderzoek nog nooit eerder is gedaan met absolute kwantificering vanwege een gebrek aan normen.

"Het gebrek aan standaarden wordt veroorzaakt door de uitdagingen in hun de novo synthese," zei Chen. "In staat zijn om de deamideringsproducten en tussenproducten nauwkeurig te kwantificeren, zou een beter begrip kunnen opleveren van therapeutische eiwitafbraak en mogelijk een nieuwe manier kunnen creëren om ziektepathologieën en verouderingsprocessen te onderzoeken."

Nu is Chen's lab van plan om hun nieuwe methode toe te passen voor grootschalige kwantificering van duizenden eiwitten in één run. Ze zijn ook van plan de gevoeligheid van hun CMS-analyse te verbeteren om het mogelijk te maken zeer lage niveaus van eiwitten in complexe biologische monsters te kwantificeren, wat ten goede zou kunnen komen aan onderzoeksinspanningen, variërend van klinische diagnostiek en het ontdekken van geneesmiddelen tot precisiegeneeskunde waarvoor identificatie en kwantificering van monsters op moleculair niveau is noodzakelijk.

"Omdat eiwitten een breed scala aan functies binnen organismen vervullen, is het belang van absolute eiwitkwantificering moeilijk te overschatten," zei Chen. "CMS zou processen voor ziektediagnose, ontdekking en ontwikkeling van geneesmiddelen moeten versnellen, en het opent nu een nieuwe deur voor biologen en biochemici om hoeveelheden eiwitten in het menselijk lichaam te onderzoeken die belangrijke biologische functies of rollen kunnen vervullen als biomarkers voor ziekten en doelwitten voor geneesmiddelen. " + Verder verkennen

Onderzoekers ontwikkelen een eenvoudigere en snellere manier om therapeutische eiwitten te kwantificeren, te onderzoeken