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Analyse biotherapeutischer Arzneimittel

Biologika und Biosimilars, auch Biotherapeutika genannt, werden aus lebenden Organismen wie Bakterien, Hefe und Säugetierzellen hergestellt, im Gegensatz zu niedermolekularen Arzneimitteln, die chemisch synthetisiert werden. Das bedeutet, dass sie neben sehr großen Molekülen (Peptide, kleine Proteine, Antikörper, Polysaccharide usw.) auch posttranslationale Modifikationen und gewisse Strukturvariabilitäten aufweisen.

Die Bestätigung der Identität des therapeutischen Arzneimittels durch strukturelle Charakterisierung, von der primären Aminosäuresequenz bis zur Struktur höherer Ordnung, ist zusammen mit der Verunreinigungskontrolle ein entscheidender Faktor, um die Wirksamkeit und die Sicherheit der Patienten zu gewährleisten.

Disulfidbindungsanalyse (DSB) und Wasserstoff-Deuterium-Austausch (HDX) sind als Technologien entstanden, die eingesetzt werden können, um Erkenntnisse über die Proteinstruktur zu gewinnen. Diese Erkenntnisse sind entscheidend für die Bestimmung der strukturellen Ähnlichkeit von Biosimilars oder für die Überwachung der Proteinstabilität während der Arzneimittelentwicklung. Die tertiäre Struktur therapeutischer Proteine ist der Schlüssel zu ihrer Aktivität und Stabilität. 

Forschungs- und Entwicklungslabore benötigen eine Technologie, die in der Lage ist, die DSB-Analyse in Biopharmazeutika zu automatisieren, die auf einem einzigen Verdau des nicht reduzierten Proteins basiert und ohne Vorkenntnisse über Enzymspezifität oder native DSBs erfolgt. Aufgrund der Komplexität dieser Proteine und der Tatsache, dass sie mehrere Disulfidbindungen enthalten, ist die Analyse eine Herausforderung, die oft mehrere LC-MS-Läufe mit den tryptischen Verdauungen aus reduziertem und nicht-reduziertem Protein und einen manuellen Vergleich dieser beiden Analysen erfordert.

NMR ist besonders empfindlich gegenüber Veränderungen der Struktur höherer Ordnung bei atomarer Auflösung, wodurch es sich ideal für die Ähnlichkeitsbewertung von Biologika und Biosimilars eignet. NMR ermöglicht auch eine intakte Proteinanalyse, die eine Bewertung der Struktur von Arzneimitteln ohne Modifikation unter physiologisch relevanten Bedingungen ermöglicht.

Mit der Fourier-Transformations-Infrarot-(FT-IR)-Spektroskopie können wasserlösliche und Membranproteine wie Kernrezeptoren analysiert werden, die derzeit ein sehr wichtiges Ziel in der Arzneimittelforschung und -entwicklung sind und mit Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson, Diabetes und Fettleibigkeit in Verbindung gebracht werden. Schnelle Datenerfassung und hoher Probendurchsatz sind einige der Vorteile dieser Technik. Die Infrarot-Proteinanalyse ist ebenfalls relativ kostengünstig und stellt eine leistungsstarke Technik zur Formulierungsoptimierung, Stabilitätsstudien während der Arzneimittelentwicklung und zur Qualitätssicherung von Proteinarzneimitteln dar.