抗體工藝持續優化，待測樣品數量巨大？LabChip有辦法

來聊一聊LabChip®毛細管電泳系統在單克隆抗體研發和工藝中的應用，以及其靈敏、快速和高通量優勢。
 

單克隆抗體工藝研究中，大家非常熟悉這些縮寫：QbD，CPP，CQA，DOE，PAT等。其終目的，即自始而終以高質量標準為出發點，基于科學和風險評估，保持持續優化過程，高效靈活地生產出高質量的產品，形成一個開放和穩健的良性循環。在這個循環中，持續優化發揮著引擎作用。如何做到快速分析、高效的反饋、知其然也知其所以然則是這個引擎運轉的動力來源。
 

抗體蛋白工藝開發中，需要了解工藝參數與產品質量屬性之間的關系，以便定義工藝設計空間,合理優化試驗方案，提高開發效率。然而在細胞培養或純化DOE實驗中變量越多，待測樣品量就會越來越大,甚至可能大大超過現代分析實驗室的檢測能力。此外，對藥物研發企業而言，如何快速、經濟且應檢盡檢，地理解各種變量對產品質量的影響。這兩者已經成為了當前企業不能回避的新型挑戰。因此選擇一種高靈敏度、多功能、自動化、高通量和操作便捷的分析檢測系統就顯得十分必要。
 

目前抗體蛋白質量分析，包括純度、含量、聚集體、電荷異質性、糖譜分析等，主要檢測方法有SDS-PAGE、HPLC和CE毛細管電泳。然而SDS-PAGE蛋白分析屬于勞動密集型，不能實現自動化。HPLC和CE時間較長，每個樣品需要大約15-60分鐘，從時效性和通量上會限制DOE實驗。
 

那么有沒有一種檢測系統，能夠很好的補充或者替代傳統方法呢？答案是：有！
 

圖1.LabChip® GXII Touch微流控毛細管電泳系統及分析檢測試劑耗材
 

LabChip®蛋白分析系統就是一個高度自動化的平臺，適用于蛋白質和核酸的快速分析，是生物制品分析表征的一個非常好的工具。采用微流控技術，一張芯片整合了SDS-PAGE的所有流程：上樣、分離、染色、脫色和檢測，直接從96 孔板或384孔板采樣，通過軟件即可快速實現抗體CQA分析，使用方便且可無人值守，每個樣品可在一分鐘以內完成分析，一塊96孔板的樣品可在1個半小時左右內完成檢測。化繁為簡，為傳統SDS-PAGE和其他蛋白屬性分析提供了一種自動化替代方案，同時單克隆抗體研發流程所必需的檢測通量和數據質量。
 

圖2.LabChip®微流控毛細管電泳系統工作流程
 

相較于常規CE毛細管電泳，LabChip®也被稱為微流體CE（μCE），由于其自動化上樣、快速檢測、的靈敏度和分辨率，正在成為一種越來越流行和常規使用的方法，用于監測和記錄單克隆抗體滴度、純度、片段化、聚集、電荷異質性及糖譜。在性能方面，有數據顯示使用LabChip GXII Touch與傳統CE方法做過頭對頭的比較，從還原和非還原角度對NISTmAb聚集體和純度分析。結果顯示可以替代傳統毛細管電泳檢測，用于單克隆樣品的分析檢測。
 

圖3.非還原條件下NISTmAb(Lot:14HB-D-002) 樣品檢測結果對比（SP-系統峰；LM-分子量標準品）

圖4.還原條件下NISTmAb(Lot:14HB-D-002) 樣品檢測對比（SP-系統峰；LM-分子量標準品）和結果分析
 

除了在對單克隆抗體聚集體和純度分析表征之外，很多企業也嘗試建立基于LabChip®分析檢測平臺，并成功在多個產品上進行不同關鍵質量屬性的測試和檢測應用，因此該系統被越來越多的企業采用，作為高效、和快速的蛋白CQA分析工具。
 

多年前Amgen就使用LabChip®微流控技術篩選單克隆抗體產品質量屬性，分析了來自CHO細胞培養上清液的粗樣品和純化樣品，包括純度、片段分析、糖型等，證實了LabChip®檢測結果與傳統CE-SDS相似的分辨率和靈敏度。重要的一點在于：每個樣品僅需41秒即可完成檢測，整整快了70倍。
 

Novartis實驗團隊在Labchip®GXII系統上對抗體樣品進行了檢測，研究了該系統使用的LIF檢測器在靈敏度和分辨率方面的優勢[3]。并且還使用Labchip®GXII系統對抗體樣品的點荷異質性進行分析，證實MicrochipCZE與傳統CZE方法對比，而且還有快速、高通量的優勢。
 

圖5.微流體毛細管電泳系統LabChip®GXII分辨率測試（遷移時間分別為a-25.0s和b-25.6s峰的樣品和c-樣品混合）及與CZE對5種商業化抗體藥物進行點荷異質性對比分析
 

此外，包括GSK在內的眾多生物制藥企業也建立基于LabChip®GXII的分析方法，實現了快速、高通量的抗體樣本穩定性分析，同時用于DOE實驗中樣品的滴度、純度檢測，在方法驗證后也用于單抗樣品包括穩定性、放行在內的檢測，覆蓋產品整個生命周期。
 

圖6.基于LabChip®GXII儀器的抗體穩定性分析DOE實驗分析
 

ADC藥物公司 ImmunoGen在一篇文獻里面也報道了使用LabChip®GXIITouch建立了經濟適用、快速高效的CHO細胞蛋白表達糖基化分析平臺，使用DOE設計來研究補料與糖基化微調空間，將候選細胞株成功在細胞培養板、搖瓶和微型生物反應器及2L一次性反應器上進行了工藝放大。該平臺適用于多種分子和表達宿主的糖譜分析，可以在整個產品周期中快速高效的進行條件變更，降低開發成本[6]。Irvine和Sartorius等培養基供應商也采用了LabChip®GXII來快速、高效研究不同CHO細胞培養條件，以進行表達抗體的糖譜分析。
 

圖7.A.候選細胞株糖譜分析；B.不同培養規模下2D9細胞株的糖譜分析
 

以上介紹了LabChip®蛋白分析系統在單克隆抗體領域應用的部分案例，基本覆蓋滴度、純度、片段化、聚集、電荷異質性以及糖譜屬性。LabChip®蛋白分析系統在替代傳統平板電泳的同時，還能簡化手工步驟，并且提供生物治療藥物研發工作流程，特別是DOE實驗中的高通量能力和高質量數據，每個樣品的分析時間耗時低至42秒，效率增加70倍，可以說是為蛋白分析“插上了飛翔的翅膀”。與系統配套的LabChip GxP安全軟件可提供電子簽名、電子記錄以及權限管理，有審計追蹤功能，符合21 CFR Part 11規范。
 

此外，該系統還可以配套PerkinElmer JANUS G3樣本處理工作站，用于蛋白樣本前處理以及取樣、移液和混樣等多種用途。

LabChip®GXII Touch特點

• 標準化、高質量的數字數據，重現性好

• 快速高效：均在1分鐘以內，比普通CE快45-70倍

• 可應用于多個環節：表達體系/條件的篩選、純化過程的優化、劑型、生產過程及產品放行

• 可提供多方面的定量數據：濃度、純度、糖型、聚集體、電荷異質性

• 符合相關法規要求

• 領域內的用戶已采用并給予高度評價