JP2022514122A - タンパク質を同定及び定量化する方法及びシステム - Google Patents
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Abstract
Description
バイオ医薬品中の不純物は、目的物質の効力、クリアランス、安全性、及び免疫原性に潜在的に影響を与えるおそれのある変化を引き起こす可能性がある。例えば、メチオニン及びトリプトファン側鎖が酸化すると、Fc受容体及び抗原への抗体結合に影響を与える可能性がある(Bertolotti-Ciarlet et al.Mol.Immunol.(2009)46:1878-1882;Pan et al.Protein Sci.(2009)18:424-433;Wei et al.Anal.Chem.(2007)79:2797-2805;及びWang et al.Mol.Immunol.(2011)48:860-866)。
バイオ医薬製品は、高レベルの力価、純度、及び低レベルの構造不均質性を示すことが必要とされる。構造不均質性は、薬物の生物活性及び効力に影響を与えることが多い。したがって、治療用タンパク質及び/または不純物の特性解析及び定量化は、医薬開発に重要である。タンパク質における構造不均質性は、翻訳後修飾だけでなく、製造中及び保存条件に内在する化学修飾からも生じることがある。バイオテクノロジー業界で生成されるタンパク質の場合、標的タンパク質を精製するためと、最終製品の品質を正確に把握するための両方で、補完的な分離技法が必要とされることがある。生成物が複雑であることから、単純な一次元分離戦略の使用は排除される。したがって、治療用タンパク質及び/または不純物を検出及び/または定量化する正確かつ効率的な方法が必要である。
本明細書で使用する場合、「クロマトグラフィー」という用語は、液体または気体によって担持される化学物質混合物を、化学成分が固定相液体または固相の周辺または上を流れたときのその分配の差の結果として成分に分離することができるプロセスを指す。
本明細書で使用する場合、「質量分析計」という用語は、特定の分子種を検出し、それらの正確な質量を測定することが可能なデバイスを含む。この用語は、ポリペプチドまたはペプチドを入れて溶出させ、検出及び/または特性解析することができる任意の分子検出器を含むことが意味される。質量分析計は、3つの主要部分、すなわちイオン源、質量分析器、及び検出器を含むことができる。イオン源の役割は、気相イオンを作り出すことである。分析物である原子、分子、またはクラスターを気相中に移し、イオン化することができ、(エレクトロスプレーイオン化の場合には)同時に行うこともできる。イオン源の選択は、用途に大きく依存する。
本明細書に開示する実施形態は、試料中のタンパク質の迅速な特性解析のための組成物、方法、及びシステムを提供する。
タンパク質の表面は高度に不均質であり、シリカまたは多糖ベースのSECカラムマトリックスとの水素結合(ヒドロキシル、アミン、及びアミド基)、静電(荷電基)、及び疎水性(疎水基)相互作用に寄与し得る多くの様々な官能基からなる。これらの相互作用は一般に、様々な結合強度を有し、SEC用途に使用されるpH、温度、及び移動相の組成に大きく依存する。例えば、中性付近のpHで実行すると、シリカベースのSECカラムからのシラノール基が負に帯電し、それによって塩基性タンパク質の静電相互作用が促進されることがある。そのような相互作用を抑制するために、中程度のイオン強度を有する移動相(Goyon et al,2018,前出)または低pH(5未満)を有する移動相(Pavon et al,2016,前出)が必要とされることが今まで多かった。
2.1 二重特異性抗体の試料調製
抗CD20×抗CD3二重特異性抗体(BsAb1)は、Fc結合を低減させるように修飾されたIgG4アイソタイプをベースとするヒンジ安定化CD20×CD3二重特異性完全長抗体(Ab)である。それは、T細胞(CD3を介して)及びCD20発現細胞に結合するように設計される。二重特異性抗体は、Smithらによって記載される通りの手法に従うことによって生成した(Sci.Rep.(2015)5:17943)。
MM-SEC-MSを使用した分析は、上記の通りのシステムでZenix SEC-300 MKカラム(7.8×300nm、3μm)を使用して定組成で実行した。溶出は、280nmでのUVによってモニタリングした。
3.1 二重特異性抗体とホモ二量体との混合標準物質の試料調製
二重特異性抗体(BsAb1)(Fc*/Fc)の生成中に2種のホモ二量体不純物を作製する:すなわち、ホモ二量体1(Fc*-Fc*)及びホモ二量体2(Fc/Fc)である(図2参照)。
MM-SEC-MSを使用した取得は、上記の通りのシステムでZenix SEC-300 MKカラム(7.8×300nm、3μm)を使用して定組成で実行した。溶出は、280nmでのUVによってモニタリングした。
4.1 二重特異性抗体とホモ二量体との混合標準物質の試料調製
試料は、実施例3に示した手法を使用して調製した。
試料を0.5mg/mLに希釈した。この溶液をLC-MS分析用に0.5μgで注入した。LC-MS実験は、ThermoFisher Fusion Lumos Tribrid質量分析計で実行した。Waters BioResolve(商標)mAb Polyphenyl、450Å、2.7μm 2.1×50mm Column(P.N.186008944)を逆相分離に使用した。試料温度は5℃に設定し、カラム温度は80℃に設定した。移動相Aは水中0.1%FA、移動相Bはアセトニトリル中0.1%FAであった。質量分析実験はポジティブモードで実行した。MSイオン源条件は次の通りに設定した。すなわち、スプレー電圧を3.8 kVに、イオン移送管温度を325℃に、気化器温度を250℃に、シースガスを40(Arb)に、補助ガスを10(Arb)に、スイープガスを2(Arb)に、RFレンズ(%)を60に、及びソースフラグメンテーションエネルギーを40Vに設定した。MSデータは、オービトラップによって1500~4000のm/z範囲の高質量範囲モードで取得した。分解能は、m/z200で15,000に設定し(10マイクロスキャン)、AGCターゲットは105、最大注入時間は50msに設定した。質量分析データは、Xacliburソフトウェアを使用して分析した。
サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)は、ACQUITY UPLC Protein BEH SEC Column(200Å、1.7μm、4.6mm×300mm)で、140mM酢酸アンモニウム及び10mM炭酸水素アンモニウムを含む移動相を使用して実行した。SEC実験は、Waters Acquity UPLC I-classシステムで、室温、280nmでの波長検出、0.2mL/分の流量、及び50μgのタンパク質注入負荷で実行した。
MM-SEC-MSシステムでの分析ランは、実施例3.2に示す手法を使用して、420mM酢酸アンモニウム及び30mM炭酸水素アンモニウムを含有する移動相を使用して定組成で実施した。
LumosでのRP LC-MS(図8参照)、EMRでのSEC-MS、及びEMRでのMM-SEC-MSについての全イオンクロマトグラム(TIC)及びネイティブMSスペクトルの比較から、ホモ二量体の二重特異性抗体からの有意な分離及び検出が示される。RP LC-MSからの生質量スペクトログラムは、ホモ二量体と二重特異性抗体を区別することができなかった。SEC-MSからの生質量スペクトルは、ホモ二量体1と二重特異性抗体とを分離及び検出することができたが、分離は、ホモ二量体2と二重特異性抗体とを分離及び検出するには十分ではなかった。MM-SEC-MSからの生質量スペクトルだけが、ホモ二量体1、ホモ二量体2、及び二重特異性抗体の十分な分離及び検出を示した。この比較は、バイオ医薬製品中の不純物の検出に関してMM-SEC-MSがSEC-MS及びRP LC-MSより優位であることの概念実証となる。
連続ランでの検出のデータ品質を評価するために、二重特異性Ab、ホモ二量体1、及びホモ二量体2を含有する試料(4.1に示す通りに調製したもの)の3回の分析ランをMM-SEC-MSシステムを使用して実施した。分析ランは、4.2に示した手法、ならびに280mM酢酸アンモニウム及び20mM炭酸水素アンモニウムを含む移動相を使用して実行した。
6.1 二重特異性抗体とホモ二量体との混合標準物質の試料調製
二重特異性抗体とホモ二量体との混合標準物質は、3.1に示す方法によって調製することができる。
MM-SEC-MSを使用した取得は、上記の通りのシステムでZenix SEC-300 MKカラム(4.6×300nm、3μm)を使用して定組成で実行した。溶出は、280nmでのUVによってモニタリングした。
7.1 二重特異性抗体、ホモ二量体1、及びホモ二量体2の脱グリコシル化混合物の調製
各タンパク質をペプチドN-グリコシダーゼF(PNGase F;タンパク質10μg当たり1IUBミリユニット)で45℃で1時間処理して、各重鎖の定常領域からグリカン鎖を完全に除去した。
MM-SEC-MSを使用した取得は、上記の通りのシステムでZenix SEC-300 MKカラム(4.6×300nm、3μm)を使用して定組成で実行した。溶出は、280nmでのUVによってモニタリングした。
8.1 二重特異性抗体、ホモ二量体1、及びホモ二量体2の脱グリコシル化混合物の調製
脱グリコシル化混合物は、7.1と同じ手法を使用して調製した。
MM-SEC-MSを使用した取得は、上記の通りのシステムでWaters BEH SEC Columを使用して定組成で実行した。溶出は、280nmでのUVによってモニタリングした。
9.1 IgG1分子(Ab1)の酸化バリアントの調製
Ab1をペプチドN-グリコシダーゼF(PNGase F;タンパク質10μg当たり1IUBミリユニット)で45℃で1時間処理して、各重鎖の定常領域からグリカン鎖を完全に除去した。
MM-SEC-MSを使用した取得は、上記の通りのシステムでWaters BEH SEC Columを使用して定組成で実行した。溶出は、280nmでのUVによってモニタリングした。
10.1 IgG1分子(Ab2)の調製
Ab2をペプチドN-グリコシダーゼF(PNGase F;タンパク質10μg当たり1IUBミリユニット)で45℃で1時間処理して、各重鎖の定常領域からグリカン鎖を完全に除去した。
MM-SEC-MSを使用した取得は、実施例8.2に記載する通りのシステムでWaters BEH SEC Columを使用して定組成で実行した。2種のIgG1分子-Ab1及びAb2の保持時間を比較すると、Ab2分子の方が保持時間が短いことが観察された(図18、下パネル参照)。
標準物質は、図20に示す手法を使用して作製した。
異なるpI値及び疎水性を有する4種のbsAb分子(表3)をそれらの対応するホモ二量体抗体と混合し、試験標準物質として使用した。各bsAb分子(HH*L2)は、2つの同一の軽鎖(LC)及び2つの異なる重鎖(HC及びHC*)を含有し、それに対して各ホモ二量体抗体(H2L2またはH*2L2)は、2つの同一の軽鎖及び2つの同一の重鎖(HCまたはHC*)を含有する。
MSベースのアプローチによる相対的定量化は、多くの場合、各分析物からのMS応答(例えば、イオン化効率及びイオン透過効率)を十分に特性解析して理解することが必要とされる。サイズが類似しているため、bsAb及びホモ二量体は、ネイティブMS分析中に同様のイオン透過効率を呈するはずである。他方では、イオン化効率は、溶出時の溶媒組成と共溶出種の存在の両方の影響を受ける可能性があると思われる。MM-SEC-MS法は定組成溶離を利用するので、勾配溶離法(例えば、IEX-MS)に通常見られるような、異なる溶媒組成に起因するイオン化への影響を排除することができる。ホモ二量体不純物の相対的定量化を査定するMM-SEC-MS法の性能を評価するために、相対存在量0.1%~10%の範囲のホモ二量体不純物を含有する一連のbsAb2スパイクイン試料を分析用に調製した。bsAb2と対応するホモ二量体間のMM-SEC分離を実現するために、75mMの塩濃度の移動相を使用するWaters BEHカラムを適用した。bsAb2試料中に存在する各ホモ二量体の相対的定量化を査定するために、ホモ二量体種またはbsAb2のいずれかの4つの最も存在量の多い荷電状態のm/zに基づいてXICを作成し、ピーク面積を積分し、各ホモ二量体の量の定量化に使用した。図26に示すように、0.1%~10%の範囲のホモ二量体不純物の確実な定量化がこの方法によって容易に実現することができる。加えて、0.1%のスパイクインレベルであっても、H2L2ホモ二量体種とH*2L2ホモ二量体種の両方の高品質なネイティブ質量スペクトルを得ることができるので(図27、右パネル)、信頼性の高い同定及び定量化につながり得る。
Claims (19)
- 試料中の不純物を定量化するための方法であって、
追加の官能性を有する混合モードサイズ排除クロマトグラフィー樹脂を有するクロマトグラフシステムに前記試料を接触させること;
移動相を使用して前記混合モードサイズ排除クロマトグラフィー樹脂を洗浄して、前記不純物を含む溶出液を得ること;及び
質量分析計を使用して前記溶出液中の前記不純物の量を定量化すること
を含む、前記方法。 - 前記不純物を溶出するために使用される前記移動相が、酢酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、もしくはギ酸アンモニウム、またはそれらの組み合わせを有する、請求項1に記載の方法。
- 前記不純物を溶出するために使用される前記移動相が、酢酸アンモニウムと炭酸水素アンモニウムとの約600mM未満の総濃度を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記不純物を溶出するために使用される前記移動相が、約0.2ml/分~約0.4ml/分の流量を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記混合モードサイズ排除クロマトグラフィー樹脂に負荷された前記試料の量が、約10μg~約100μgである、請求項1に記載の方法。
- 前記不純物が生成物関連不純物である、請求項1に記載の方法。
- 前記不純物がホモ二量体である、請求項1に記載の方法。
- 前記試料が、溶出時に分離される前記不純物及び少なくとも1種の標的タンパク質を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記標的タンパク質が抗体である、請求項8に記載の方法。
- 前記抗体が二重特異性抗体である、請求項9に記載の方法。
- 前記標的タンパク質が治療用抗体である、請求項8に記載の方法。
- 前記質量分析計が前記クロマトグラフシステムに連結されている、請求項1に記載の方法。
- 前記追加の官能性が疎水性相互作用官能性である、請求項1に記載の方法。
- 前記追加の官能性が電荷-電荷相互作用官能性である、請求項1に記載の方法。
- 前記質量分析計がネイティブ質量分析計である、請求項1に記載の方法。
- 試料中の不純物を検出するための方法であって、
追加の官能性を有する混合モードサイズ排除クロマトグラフィー樹脂を有するクロマトグラフシステムに前記試料を接触させること;
移動相を使用して前記混合モードサイズ排除クロマトグラフィー樹脂を洗浄して、前記不純物を含む溶出液を得ること;及び
質量分析計を使用して前記溶出液中の前記不純物を検出すること
を含む、前記方法。 - 試料中の標的タンパク質を定量化するための方法であって、
追加の官能性を有する混合モードサイズ排除クロマトグラフィー樹脂を有するクロマトグラフシステムに前記試料を接触させること;
移動相を使用して前記混合モードサイズ排除クロマトグラフィー樹脂を洗浄して、前記標的タンパク質を含む溶出液を得ること;及び
質量分析計を使用して前記溶出液中の前記標的タンパク質を定量化すること
を含む、前記方法。 - 試料中の標的タンパク質を検出するための方法であって、
追加の官能性を有する混合モードサイズ排除クロマトグラフィー樹脂を有するクロマトグラフシステムに前記試料を接触させること;
移動相を使用して前記混合モードサイズ排除クロマトグラフィー樹脂を洗浄して、前記標的タンパク質を含む溶出液を得ること;及び
質量分析計を使用して前記溶出液中の前記標的タンパク質を検出すること
を含む、前記方法。 - 追加の官能性を有する混合モードサイズ排除クロマトグラフィー樹脂を有するクロマトグラフカラムであって、移動相と標的タンパク質を有する試料とを受け入れることが可能である、前記カラム、及び
前記標的タンパク質を検出するための、前記クロマトグラフカラムに連結された質量分析計
を含む、混合モードクロマトグラフィーシステム。
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