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北京西美杰科技有限公司
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抗體親和提取(AAE™)：革新宿主細(xì)胞蛋白(HCPs)分析的新篇章
2024-12-12 閱讀(409)
在生物制藥領(lǐng)域，對宿主細(xì)胞蛋白(HCPs)的精準(zhǔn)分析與控制是確保藥物安全與有效性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。各國法規(guī)都有關(guān)于HCPs的論述，要求必須對生物藥品進(jìn)行分析和純化，以將宿主細(xì)胞蛋白HCPs降低到可接受的水平。
不同監(jiān)管機(jī)構(gòu)宿主細(xì)胞蛋白(HCPs)法規(guī)要求:
《中國藥典》(2020版)三部規(guī)定：針對CHO細(xì)胞，HCPs殘留需要<0.05%(相當(dāng)于小于500ppm)；針對E.coli，HCP殘留需要<0.01%。
美國藥典USP<1132>章節(jié)規(guī)定：用一種靈敏度較高的方法檢測藥品中的HCPs，其含量應(yīng)該低于檢測限(通常小于100ppm，即1mg總蛋白中HCPs含量應(yīng)小于100ng，也即<0.01%)。
歐洲藥典EP 2.6.34中規(guī)定：在生物制品中，HCP的含量應(yīng)當(dāng)小于0.1%。
國際人用藥品注冊技術(shù)協(xié)調(diào)會(ICH)指南：ICH Q6B指出，需要根據(jù)ICH準(zhǔn)則采用敏感且經(jīng)過驗(yàn)證的有效方法來監(jiān)控殘留的HCPs，其殘留量通常要求小于100ppm。
ELISA是各國藥典推薦的在生物制品中檢測殘留HCPs的方法，可以測定HCPs的總量。并且ELISA的操作簡便，是經(jīng)典的免疫學(xué)檢測方法。但ELISA檢測HCPs也有方法的局限性，比如不能從ELISA的結(jié)果中知道樣品中有哪些HCPs，或者用于檢測的抗體與哪些HCPs發(fā)生了免疫反應(yīng)。因此，監(jiān)管部門要求在使用ELISA檢測過程中HCPs殘留含量時，不僅要通過方法學(xué)驗(yàn)證證明試劑盒的準(zhǔn)確度，精密度，靈敏度等，而且還需要證明使用的HCPs抗體有廣泛的反應(yīng)性，即HCPs抗體覆蓋率。
圖 1 HCP ELISA試劑盒檢測流程
什么時候做HCPs抗體覆蓋率驗(yàn)證？
美國藥典USP<1132>和歐洲藥典EP2.6.34. HOST-CELL PROTEIN ASSAYS將HCPs檢測方法分為：商業(yè)化試劑盒、產(chǎn)品/工藝專屬性方法和平臺化方法。并指出在產(chǎn)品開發(fā)的不同階段，推薦采用不同的ELISA試劑盒用于HCPs的檢測。
USP<1132>提到在沒有平臺化方法的情況下可以在臨床前、臨床I期、II期使用商品化試劑盒；在臨床III期/工藝驗(yàn)證及產(chǎn)品上市后，由于商業(yè)化的通用HCP檢測試劑盒抗體的覆蓋率往往不足等局限性，需要考慮結(jié)合細(xì)胞類型及工藝特異性等因素，使用平臺化方法或針對上游工藝開發(fā)的產(chǎn)品/工藝專屬性方法。
而在臨床II期后若是需要繼續(xù)使用商品化試劑盒，就需進(jìn)行HCPs抗體覆蓋率驗(yàn)證來評估試劑盒是否可以繼續(xù)用于質(zhì)量監(jiān)控。通常推薦在臨床II期末或者臨床三期前的這個階段去做覆蓋率驗(yàn)證，此時生產(chǎn)工藝已經(jīng)固定并且有相對充足的時間。
圖2 USP<1132>產(chǎn)品開發(fā)的不同階段HCP檢測方法的建議
HCP覆蓋率驗(yàn)證的不同技術(shù)路線
傳統(tǒng)的分析方法采用2D Western blot進(jìn)行覆蓋率驗(yàn)證，是基于等電點(diǎn)和分子量不同的原理，蛋白在凝膠上通過SDS-PAGE方法被分離。其中一張膠被銀染，另一張被轉(zhuǎn)到PVDF膜上，并結(jié)合ELISA試劑盒中的抗體進(jìn)行Western Blotting檢測。但因其固有的方法學(xué)限制和技術(shù)挑戰(zhàn)，往往難以全面、準(zhǔn)確地評估多克隆抗體對HCPs的覆蓋范圍。
2D WB方法限制因素：
負(fù)載能力低
樣品經(jīng)過前處理會破壞蛋白天然表位
HCPs結(jié)合到PVDF膜上導(dǎo)致損失部分檢測到的抗體信息
難以將PAGE凝膠與WB圖片對齊
特異性差，顯著低估真實(shí)抗體覆蓋率
為了克服這一難題，Cygnus Technologies于2014年創(chuàng)新性地推出了抗體親和提取(Antibody Affinity Extraction，AAE™)技術(shù)，目的是提高細(xì)胞培養(yǎng)收獲液中總HCPs混合物的靈敏度和覆蓋率評估，并可以檢測對下游工藝特異性HCPs的反應(yīng)性，這些通常也是最為關(guān)注的HCPs。與2D-PAGE和2D-WB的靈敏度受負(fù)載能力等限制不同，AAE™的靈敏度可高出100倍以上，因?yàn)樗軌蛱崛『蜐饪s大量樣品。
表1 AAE與2D-WB覆蓋率技術(shù)路線對比
AAE | 2D-WB | |
靈敏度 | 可富集mg級HCPs 靈敏度高(>95%) | 因WB方法的局限性，覆蓋率被低估 靈敏度低(50-70%) |
特異性 | 無變性處理特異性高(>99.5%) | 抗原變性處理后特異性結(jié)合低(50-80%) |
覆蓋率 | AAE+2D-PAGE 60-90% AAE-MS 70-95% | 50-70% |
適用性 | 純化前和純化后均可 | 只是適合純化前樣品 |
AAE分析流程首先將多克隆抗體共價固定在色譜柱上。然后對色譜柱進(jìn)行條件調(diào)節(jié)，以防止抗體的顯著浸出并極大地減少任何非特異性結(jié)合。原始未變性的HCPs樣品通過色譜柱與抗體進(jìn)行結(jié)合，隨后用酸洗脫。通過結(jié)合和洗脫，HCPs樣品再次在柱上循環(huán)，直到?jīng)]有其他HCPs被結(jié)合。所有收集的HCPs洗脫液再匯集、交換緩沖液并濃縮回原始樣品體積，為后續(xù)的分析提供高質(zhì)量的樣本。在收集到HCPs樣本后，可以選擇通過2D-PAGE+銀染或MS質(zhì)譜進(jìn)行后續(xù)分析。
圖3 USP<1132>產(chǎn)品開發(fā)的不同階段HCP檢測方法的建議
抗體對下游HCPs的反應(yīng)性和AAE-MS™的HCPs鑒定
AAE™技術(shù)的優(yōu)勢不僅在于其高靈敏度，更在于其強(qiáng)大的預(yù)測能力和廣泛的應(yīng)用前景。通過AAE-MS™獲得的覆蓋率的結(jié)果更高、更真實(shí)，可以更準(zhǔn)確地預(yù)測抗HCPs抗體在ELISA中的表現(xiàn)。并且，AAE™與質(zhì)譜聯(lián)用(AAE-MS™)能夠識別收獲材料中與抗體反應(yīng)的HCPs，并獲得蛋白質(zhì)的分子量和等電點(diǎn)(pI)信息，可以評估純化過程中持續(xù)存在的單個HCPs，并優(yōu)化下游純化工藝。
圖4 F650S HEK2 93抗體覆蓋率驗(yàn)證
值得一提的是，AAE™技術(shù)在檢測并證明對單個下游HCP的反應(yīng)性方面表現(xiàn)出色。更主要的是質(zhì)譜可以對樣品中是否存在潛在高風(fēng)險的HCPs做出鑒定并提供這些蛋白的注釋信息。通過AAE™技術(shù)，能夠更準(zhǔn)確地識別和量化這些高風(fēng)險HCPs。這些通過特定純化過程持續(xù)存在的高風(fēng)險HCPs對于患者安全、藥物功效和穩(wěn)定性至關(guān)重要，無論是藥物研發(fā)人員還是監(jiān)管人員都能通過這一技術(shù)清楚地了解工藝中某個HCP的殘留情況，從而為藥物的研發(fā)和生產(chǎn)提供強(qiáng)有力的支持。
表2 CHO細(xì)胞高風(fēng)險HCPs
高風(fēng)險蛋白（CHO） | PRE | F550 | F550-1 | pl | MW |
78 kDa glucose regulated protein (BiP, HSPA5) | N | Y | Y | 5.07 | 72379.1 |
Cathepsin B(CTSB) | Y | Y | Y | 5.73 | 35646.9 |
Cathepsin D | Y | Y | Y | 6.54 | 44110.9 |
Cathepsin E | N | N | N | 4.61 | 42726.4 |
Clusterin | Y | Y | Y | 5.58 | 51557.5 |
Glutathione S transferase P | N | Y | Y | 7.64 | 23638.2 |
Matrix Metalloproteinase 19 | Y | Y | Y | 7.71 | 58942 |
Monocyte chemoattractant protein 1 (MCP-1) | Y | Y | Y | 9.32 | 15858.4 |
Peptidyl-prolyl cis-trans isomerase | Y | Y | Y | 9.59 | 23634.4 |
…. |
A
AAE-MS™在藥物原液和過程樣品監(jiān)控中的應(yīng)用
AAE-MS™也可以對藥物原液中HCPs富集的同時去除了大部分原料藥。去除原料藥極大地提高了通過2D-PAGE和質(zhì)譜分析識別單個HCPs的能力，因?yàn)樗幤吠ǔＲ?/span>104-106的倍數(shù)掩蓋HCPs。AAE-MS™是一種更客觀和直接的方法檢測和鑒定原料藥中任何潛在的HCPs雜質(zhì)以幫助優(yōu)化下游純化工藝。
圖5 AAE對藥物原液中HCPs的富集
圖6 AAE-MS™對藥物原液中高風(fēng)險HCPs的富集和鑒定
總之，抗體親和提取(AAE™)技術(shù)以其優(yōu)良性能和廣泛的應(yīng)用前景，正在逐步成為生物制藥領(lǐng)域HCPs分析的新標(biāo)準(zhǔn)。它不僅能夠克服傳統(tǒng)方法的局限性，更在靈敏度、預(yù)測能力和應(yīng)用深度上實(shí)現(xiàn)了顯著提升。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信AAE™將在未來為更多藥物的研發(fā)和生產(chǎn)貢獻(xiàn)力量，為患者帶來更加安全、有效的治療方案助力。
支持文獻(xiàn)
[1] USP<1132>Residual Host Cell Protein Measurement in Biopharmaceuticals.
[2] USP<1132.1>Residual Host Cell Protein Measurement in Biopharmaceuticals by Mass Spectrometry.
[3] EP-2.6.34. Host-Cell Protein Assays.
[4] Host Cell Protein Analysis: Immunoassays and Orthogonal Characterization By Antibody Affinity Extraction and Mass Spectrometry Methods
[5] Antibody Affinity Extraction (AAE™) - A superior alternative to 2D Western blot for determination of polyclonal anti-HCP reactivity.
[6] Antibody Affinity Extraction (AAE™) Empowers HCP Identification by Mass Spectrometry.
Cygnus Technologies專注為生物技術(shù)和生物制藥行業(yè)提供產(chǎn)品和分析方法超過25年，旨在加速研發(fā)階段和提高產(chǎn)品質(zhì)量。Cygnus開發(fā)和生產(chǎn)的生物工藝殘留試劑盒，用于檢測超過50種不同表達(dá)系統(tǒng)的特異性雜質(zhì)。Cygnus作為專注于生物技術(shù)應(yīng)用免疫檢測的高靈敏度分析技術(shù)的專家，其產(chǎn)品和服務(wù)已經(jīng)被全球超過95%以上生物制藥公司使用，并獲得FDA、NMPA、EMA等監(jiān)管機(jī)構(gòu)的廣泛認(rèn)可。
北京西美杰科技有限公司作為Cygnus在中國總代理，與國內(nèi)眾多藥企，CRO/CMO企業(yè)建立了長久穩(wěn)定的合作關(guān)系。多年來西美杰的產(chǎn)品及服務(wù)幫助許多企業(yè)加速R&D階段，提高藥物質(zhì)量、純度和安全，加速優(yōu)化研發(fā)工藝，減少產(chǎn)品上市時間，降低QC成本。
