Mnova BioHOS

Význam tématu

Biologické léky, zejména monoklonální protilátky (mAb), se uplatňují v léčbě dosud neléčitelných onemocnění. Kvalita a bezpečnost těchto komplexních proteinů vyžaduje spolehlivou kontrolu vyšší řádové struktury (HOS), kterou lze efektivně sledovat 2D NMR metodami.

Cíle a přehled studie

Studie prezentuje vývoj a implementaci softwaru Mnova BioHOS, určeného pro zpracování a analýzu 2D 1H-13C HSQC spekter mAb. Hlavními cíli jsou validace postupů a zavedení tří klíčových analytických přístupů: ECHOS, CCSD a PCA.

Použitá instrumentace

• Vysoce pole 1H-13C HSQC NMR spektrometry (např. 900 MHz Bruker Biospin)
• Příprava vzorků s kontrolou teplotní stability, koncentrace a excipientů
• Software Mnova BioHOS od Mestrelab pro zpracování NUS dat, potlačení šumu a interaktivní analýzu

Metodika

Postup zahrnuje validaci přípravy vzorků, optimalizaci akvizičních parametrů a následné zpracování 2D dat. Analýza se opírá o tři pilíře:

• ECHOS (Easy Comparability of Higher Order Structure): srovnání intenzit bodů referenčního a testovacího spektra a regresní analýza korelačního koeficientu R
• CCSD (Combined Chemical Shift Difference): automatické párování píků a výpočet posunů i změn amplitud mezi referenčním a testovacím spektrem
• PCA (Principal Component Analysis): statistická redukce dimenzionality spekter na skórovací a zátěžové grafy pro detekci odchylek vůči referenci

Hlavní výsledky a diskuse

Úspěšná aplikace ECHOS pro porovnání spekter při 37 °C a 25 °C ukázala pokles hodnoty R ze 0.935 na 0.785 a lokalizaci odchylek v podobě tepelných map. Pomocí CCSD bylo identifikováno průměrné posunutí a změna amplitud pomezních píků, včetně automatického zvýraznění nejvíce odchylujících se signálů. PCA potvrdila shlukování referenčních spekter a oddělení spekter při zvýšených teplotách, přičemž loadings grafy umožnily přesně určit klíčové oblasti spektra odpovědné za rozlišení.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda 2D NMR fingerprintingu nabízí spolehlivou kontrolu kvality HOS mAb, podporuje rychlou detekci strukturálních změn a stresových efektů a usnadňuje standardizaci QA procesů v biotechnologii.

Budoucí trendy a možnosti využití

Plánuje se ověření softwaru v rutinních provozech uživatelských laboratoří, rozšíření funkcí o porovnání s modely referenčních spekter a aplikace na další komplexní biopolymery.

Závěr

Softwarový balíček Mnova BioHOS poskytuje komplexní nástroje pro akvizici, zpracování a analýzu 2D NMR fingerprintingu mAb. Ukázal vysokou robustnost a interaktivitu, která podporuje efektivní QA vyšší řádové struktury bioléků.

Reference

• Hodgson D. J. et al., J. Pharm. Biomed. Anal. 163 (2019) 144
• Kiss R. et al., J. Pharm. Biomed. Anal. 14 (2018) 367
• Arbogast L. W. et al., Anal. Chem. 89 (2017) 11839
• Brinson R. G. et al., MAbs 11 (2018) 94
• Amezcua C. A.; Szabo C. M., J. Pharm. Sci. 102 (2013) 1724