生物制剂的单粒子描述:从中红外光谱成像micro-spectroscopy和映射半岛综合体育官方APP下载德甲

帕特里克Garidel

勃林格殷格翰集团制药GmbH & Co . KG、流程科学、蛋白质科学、Biberach der里斯期,德国。电子邮件:(电子邮件保护)

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介绍

蛋白质药物,也被称为生物制剂,应用肠外,在大多数情况下,通过注入或通过皮下注射的应用程序。蛋白质药物药物很敏感,容易退化和,因此,复杂的分析方法需要充分评估其产品质量。生物制剂的药品质量的一个关键属性是必要的,其安全性和有效性。在过去的几年里,粒子的存在和蛋白质总量已经收到了来自学术界和工业界的关注增加,以及监管机构。特别是,潜在的蛋白质的粒子和蛋白质总量是与诱发严重的生理后果,如免疫原性,改变了生物活性或改变药物动力学。调查的方法和策略,分析和描述粒子已报告。^1,2

本文中使用的术语粒子,包括un-dissolved物种,除了气泡,无意中存在的产品。²因此,术语粒子包括外国和外在粒子以及蛋白质的蛋白质粒子和聚合物。

虽然许多方法可用于计算粒子,其识别和化学本质上更具挑战性,尤其是分析µm单一粒子的尺寸范围或更低。

在许多研究中,它已经表明,光谱技术是强大的生物制剂的描述和调查方法的蛋白质总量和粒子的形成。^2,3,4然而,在大多数情况下,通常只大部分调查样本的属性来自这样的测量。

分析方法已经或有可能用于单一粒子的化学分析包括能量色散x射线能谱(EDX)、拉曼和红外micro-spectroscopy,在特定的情况下,荧光显微镜,而粒子形态目前通常评估通过光学显微镜,流动成像显微镜(鱼类),原子力显微镜(AFM),或电子显微镜(EM)。半岛综合体育官方APP下载德甲^5,6

而振动技术,如红外micro-spectroscopy已经成功地用于医学诊断,例如,组织和单个细胞的描述半岛综合体育官方APP下载德甲,^7,8,9,10,11红外micro-spectroscopy医药生物技术的应用,特别是对半岛综合体育官方APP下载德甲单粒子描述,并不常见。

因此,本文(一起进一步阅读在线部分,见下文,http://tinyurl.com/GaridelSupp)描述了潜力,方法,使用一些应用程序和趋势中红外(光谱范围:4000 - 400厘米¹)micro-s半岛综合体育官方APP下载德甲pectroscopy调查和化学描述单粒子在蛋白质配药学。(近红外micro-spectroscop半岛综合体育官方APP下载德甲y应用程序将不讨论)。更多的背景信息(补充信息)和引用这些中红外micro-spectroscopy方法和实践以及相关仪表可以在线阅读:半岛综合体育官方APP下载德甲http://tinyurl.com/GaridelSupp。

红外micro-spectro半岛综合体育官方APP下载德甲scopy

样品制备

分析需求的一个主要挑战是孤立的一个粒子样本,尤其是对非常小的粒子。最近所描述的,一般来说,包含示例的液体(例如,粒子(s))必须仔细过滤用黄金过滤器与一个特定的孔隙大小(例如5µm)和清洗。⁶孤立的粒子(s)然后直接干燥过滤器和金色涂布衬底上检查。尽管这个过程听起来很简单,它可以非常具有挑战性的孤立小颗粒悬浮在液体,因为我们必须确保不失去粒子(s),这可能会坚持所有表面,以及避免破坏粒子(s)。这样的调查,建议粒子隔离是一个干净的空气环境下执行的,为了避免外部微粒污染。然而,如果感兴趣的颗粒太小,例如直径小于5 - 10µm,它变得很难描述粒子的单点红外micro-spectroscopy。半岛综合体育官方APP下载德甲

数据评估

粒子的化学识别或样本点,有必要建立一个适当的数据库基于潜在的污染物或材料。因此,粒子形成的潜在来源必须识别和参考样本获得红外micro-spectroscopic评估。此外,特别是对化学成像数据评估,等多种算法可以有效地应用与纯组分光谱相关,聚类分析,或主成分分析(PCA),仅举几例。¹²

例子的结果和应用程序

图1显示了一个示例的一个红外micro-spectroscopy设置(Hyperion、力量公半岛综合体育官方APP下载德甲司),可用于单点光谱(或传输衰减全反射(ATR)模式)或映射的实验。显微镜是界面上的傅里叶变换红外光谱仪(ir)。使用ATR设置,内部压力传感器确保最优sample-to-ATR晶体数据采集期间接触。在图1的插图,一个白色粒子的ca30µm直径。显微镜光圈设置为20µm×20µm,导致一个有效的ATR取样面积4µm×4µm,和相应的点红外光谱(光谱分辨率的4厘米¹128扫描)如图2所示(一个),# 1。

帮助识别粒子的化学成分和性质,不同参考光谱来自潜在来源也如图2所示(一个)。光谱# 2代表一个本地蛋白质样品,# 3热变性蛋白,而# 4起源于一个聚合物密封。与频谱(# 1)未知的粒子显示粒子是由蛋白质和海豹聚合物。酰胺我带地区的更详细的调查(1600 - 1700厘米¹),它允许测定蛋白质的二级结构元素(α螺旋、β褶板内容等),因此,蛋白质二级结构的变化提供了进一步了解蛋白质构象(图2 (b))。¹³本机蛋白质结构显示了一个乐队最大在1655厘米¹(# 2 z),而酰胺我变性蛋白的特点是两个乐队最大值位于1650厘米¹和1620厘米¹(# 3 z)。类似的功能是观察到的蛋白质(图2 (b), # 1 z]接触聚合物材料。因此,粒子被确认为变性蛋白质及聚合物的混合物。

另一个粒子的一个例子调查ATR micro-spectroscopy作为一个单一的点(50µm×50µm)如图3所半岛综合体育官方APP下载德甲示(频谱# 1)。与参考光谱获得蛋白质样本(图3中,频谱# 2),表明粒子不是蛋白质的。数据库搜索已经确定两个潜在来源:光谱# 3来源于初级包装橡皮塞和光谱# 4从洗涤剂中药物产品(图3)。相关地图和分数(数据未显示)生成显示源起源的概率。

红外micro-spectroscopic实验可能在传输或反射模式下运行。例如,通过比较透射光谱与ATR光谱完全相同的样本,会观察强度变化以及带扭曲。这些都是由于在ATR wavelength-dependent深度渗透。然而,这可以很容易地纠正大多数当前的光谱仪转换软件程序转换ATR光谱透射光谱,反之亦然(见补充信息,http://tinyurl.com/GaridelSupp)。

映射的实验是基于这样一个事实:高精密电脑控制显微镜阶段是用来精确翻译的样本x和y的方向。在样品的表面的连续的位置,一个单点测量是预制和一个谱系记录。调查样本的单点区域定义的孔径显微镜(如图4所示(a))。因此,使用映射方法,整个样本表面可以光栅扫描,如果需要,马赛克(瓷砖)生成伪彩色或灰度图像。

使用映射方法,黑粒子如图4所示(一个)进行了分析。在这个分析的例子中,30点光谱(每个ca100µm大小4厘米的光谱分辨率¹100扫描)。三例示选中点与相应的光谱如图4所示(b),表明样品化学,在这种情况下,相当均匀。化学图像(图中未显示)可以生成的示例来说明这一点。

当前趋势的例子中红外micro-spectroscopy发表在领域的补充信息(参见上面的下载链接)。半岛综合体育官方APP下载德甲

结论

在过去的几年里,许多在生活中各种应用程序和材料科学已经证明红外光谱micro-spectroscopy多么强大和成像分析样品在横向空间比µm范围,允许一个完整的示例通过中红外光谱的化学描述。半岛综合体育官方APP下载德甲明确化学粒子描述和识别,需要建立一个合适的红外光谱数据库。一个巨大的挑战对小样本的化学性质是安全的样品制备,尤其是他们的隔离和控制。此外,新用户友好的工具可用以合理的成本。使用点红外micro-spectroscopic测量技术,到样品ca直径10µm可以经常和成功地进行了分析。使用焦平面阵列探测器,更小的粒子大小(1 - 5µm)可能潜在的特征。

确认

Heidrun Schott和英格里德Auernhammer承认他们的优秀的技术援助,Werner Kliche和安德里亚Herre正在进行的富有成果的讨论,安妮·Karow Matthias Boese安德烈Kerth和乔伊Studts的批判阅读手稿。

引用

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