应用笔记 - 磁共振

支持包括疫苗在内的重组蛋白开发的先进NMR方法

NMR在疫苗和重组蛋白领域有着悠久的历史,其中包括许多诺贝尔奖项。

NMR在疫苗和重组蛋白领域有着悠久的历史(1,2),其中包括许多诺贝尔奖项(3)。Kurt Wütherich(瑞士)因“核磁共振波谱法测定溶液中生物大分子的三维结构”而获得诺贝尔化学奖(2002年)。凭借其在高阶结构测定中的能力,以及其定量性质,NMR在几十年来一直是一种强大、稳定且应用普遍的技术。

作为NMR在蛋白质药物领域中应用价值的证据,最近的研究集中在用1D质子和2D(质子和碳或氮)法研究蛋白质的高阶结构。在过去几年间,Amgen发表了几篇关于利用质子(1H)NMR分析制备单克隆抗体的论文(6,7)。在他们的工作中,Amgen的科学家们开发出了一种有效的方法,即:通过数学方法去除缓冲区产生的信号并放大微小的波谱差异,从而在配方缓冲区中生成完整的mAb指纹波谱。所得波谱显示出具有可比性的抗体的结构和流体动力学特征(例如,对照样与经过工艺改变的试样进行比较)。该方法可用于以相对快速和有效的方式比较和表征抗体。

目前已经使用2D NMR方法(如质子 – 碳)进行了大量抗体研究方面的工作,这些研究主要在各监管机构进行,如国家标准与技术研究所(NIST–洛克维尔,MD www.nist.gov)、加拿大卫生部(https://www.canada.ca/en/health-canada.html)。John Marino等人在NIST的工作中,通过自然丰度下的碳 – 质子2D NMR观察单克隆抗体结构(8),并利用对2D NMR数据的多变量分析来促进对抗体高阶结构相似性的评估(9),就是其中的一个主要实例。在利用NMR进行抗体质量评估方面,还有一个网络研讨会可提供有价值的信息。同样,生物仿制药评估是NMR在确定抗体(蛋白质)相似性以及比较蛋白质药物高阶结构中的一个颇有吸引力的目标,正如NIST、加拿大卫生部和其它机构所突出的对一种鱼肝菌类似物所进行的2D NMR评估(10)。

加拿大卫生部的工作意义重大,因为它既使用1D轮廓来建立指纹并比较相似性,又在发现差异的情况下,使用2D方法检查样本。在这里也可找到通过对加拿大卫生部科学家Yves Aubin访谈获取、并在下文中引用(11)的其它信息。值得注意的是,2D NMR也是定量的,而且近年来,NMR方面的一个重要进展是USP和EDQM方法的开发,可区分正常肝素和掺假肝素,一种12-15 kDa糖胺聚糖聚合物(12)。与其它技术和操作相似,随着NMR在临床领域取得最新进展,在后期工艺开发和制造中使用NMR方法的人必须遵守良好实验室规范(GLP)或良好制造规范(GMP)的原则(13)。

总之,NMR已成功应用将近20年,用以确定生物药物的质量,包括抗体、疫苗、多糖和肽。此外,随着计算处理能力的不断提高、高场NMR系统以及新附件(包括断字技术)的发展,NMR将继续在这一领域发展壮大。

参考文献

  1. Wüthrich K.;Nat StructBiol 1998;5 (suppl): 492–495
  2. “核磁共振波谱及其在生物医学研究中的应用”;Elsevier Press (!996) S. K. Sarkar (editor)
  3. https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Nobel_laureates_in_Physics
  4. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-59573-7.00013-0 (第13章)
  5. Berti, F.(第12章)in Bernd Lepenies (ed.);“碳水化合物疫苗:方法和方案”;Methods in Molecular Biology, vol. 1331, DOI 10.1007/978-1-4939-2874-3_12
  6. L. Poppe等;Anal. Chem., 85, 9623−9629 (2013)
  7. L. Poppe等;Anal. Chem., 87, 5539-5524 (2015)
  8. Robert G. Brinson, John P. Marino等;(2019);mAbs, 11:1, 94-105, DOI: 10.1080/19420862.2018.1544454
  9. Arbogast等;Anal. Chem., 89 (21), 11839–11845 (2017)
  10. Nature Biotechnology Letters 34 (2), 139-141 (2016)
  11. Yves Aubin 访谈:https://www.youtube.com/watch?v=ZmxJBpJdz3Y
  12. https://www.bruker.com/products/mr/videos/ronzoni-institute.html
  13. https://www.bruker.com/products/mr/mr-in-pharma/instrument-qualification.html