前言
小核酸藥物行業(yè)發(fā)展迅速,至今已有15款藥物獲批,成為繼小分子和抗體藥物后的第三波創(chuàng)新藥浪潮。然而受限于遞送手段的限制,目前已上市的小核酸藥物僅能針對肝臟靶點。小核酸抗體偶聯(lián)藥物(Antibody-oligonucleotide conjugates,AOC)利用抗體將治療性寡核苷酸遞送至特定細胞或組織,將抗體的組織特異性優(yōu)勢,與小核酸的靶點特異性優(yōu)勢相結(jié)合,拓展了寡核苷酸藥物的組織/細胞靶向性。近年來,諸多公司將注意力和資源集中在開發(fā)基于AOC技術(shù)的先進藥物上,2021年11月,AOC先驅(qū)Avidity Biosciences公司的小核酸抗體偶聯(lián)物AOC1001的I期臨床試驗完成首例患者給藥,標(biāo)志著全球首款A(yù)OC藥物進入臨床試驗。
AOC藥物作為具有巨大潛力的新型生物藥物,其藥物質(zhì)量的控制對于安全性和有效性至關(guān)重要。一方面,每個部分包括抗體的純度、特異性、親和力等,小核酸的純度、穩(wěn)定性,連接子的穩(wěn)定性、細胞毒性等需要檢測;另一方面,完整AOC藥物本身的質(zhì)量包括抗體和小核酸的偶聯(lián)比例、游離抗體、游離小核酸的比例等都需要嚴格監(jiān)測。
圖1. AOC藥物的示意圖
材料和方法
樣品
本實驗使用的樣品為一種單抗偶聯(lián)寡核苷酸的AOC藥物,濃度為40 mg/mL。IgG的理論分子量為147244 Da,寡核苷酸(oligodeoxynucleotide, ODN)的理論分子量為6581Da,與IgG連接前需先對ODN進行修飾,將ODN的5`-端磷酸骨架與HS-C6結(jié)構(gòu)反應(yīng),形成HS-C6修飾的ODN(分子量6777Da)。
IgG和ODN的連接方式為Sulfo-SMCC偶聯(lián)方式,偶聯(lián)過程見圖2,整個偶聯(lián)過程分為兩步,第一步IgG的游離-NH2與SMCC反應(yīng)形成馬來酰亞胺激活抗體(maleimide-activated IgG),之后再與連接在HS-C6的ODN反應(yīng),得到最終的偶聯(lián)產(chǎn)物。
結(jié)果與討論
1. CZE結(jié)果分析
在CZE條件下可有效分離游離IgG,AOC及游離ODN分子。標(biāo)準品和樣品的分離結(jié)果見圖3。
在CZE中,樣品的分離基于分子在電場作用下荷質(zhì)比的差異。在堿性緩沖液條件下,由于樣品中的IgG、ODN以及AOC都帶負電荷,在正電場下荷質(zhì)比越大的分子遷移速度越慢。荷質(zhì)比主要由電荷數(shù)和分子量決定,游離IgG分子量最大,帶的負電荷數(shù)量比較少,荷質(zhì)比小,因此會最先出峰。游離ODN由于分子量最小,電荷數(shù)最高,因此荷質(zhì)比最大,會最后出峰。對于AOC來說,其分子量與IgG相比變化不大,而電荷數(shù)隨著ODN的偶聯(lián)而增大,因此遷移速度會慢于IgG,且偶聯(lián)的OND數(shù)目越多,電荷增加越多,遷移速度越慢。遷移時間順序為,IgG < IgG-(n)ODN<odn< span="">。在本次實驗中,IgG標(biāo)準品的遷移時間在6.25 min,ODN標(biāo)準品的遷移時間在20.95 min,與上述理論推導(dǎo)出峰順序一致。
AOC樣品各峰指認:峰1遷移時間與IgG標(biāo)準品的一致,推測為游離IgG的峰。峰2,3,4遷移時間6.97-8.52 min,在IgG和ODN之間,根據(jù)前述理論推導(dǎo),推測為IgG上偶聯(lián)了不同數(shù)量ODN分子的峰,且峰2偶聯(lián)的ODN分子數(shù)量最少,峰4偶聯(lián)的ODN分子數(shù)量最多。峰7遷移時間與ODN標(biāo)準品的一致,推測為游離ODN的峰。峰5和峰6遷移時間比峰7略早,但是紫外吸收光譜圖與ODN標(biāo)準品的一致,推測分別為HS-C6修飾的ODN及其二聚體。
圖3. CZE條件下空白對照、AOC樣品,IgG標(biāo)準品及ODN標(biāo)準品的電泳圖。
2. LC-MS結(jié)果分析
為了驗證CZE中推斷的峰2、3、4是否為IgG偶聯(lián)了不同數(shù)量ODN的峰,并確認偶聯(lián)的數(shù)量,我們嘗試了HRMS的方法。通過HRMS分別檢測了IgG標(biāo)準品和AOC樣品, MS結(jié)果見圖4。在 OS軟件中對IgG標(biāo)準品TOF MS圖譜進行解卷積,確認IgG的分子量為147244.2Da,在AOC樣品TOF MS圖譜的解卷積結(jié)果中也檢測到分子量為147246.3Da的一簇峰,推斷是游離IgG的峰,與IgG標(biāo)準品相比多的2Da可能是由于AOC樣品異質(zhì)性較強導(dǎo)致的解卷積后分子量差異。在AOC解卷積圖譜中還檢測到比游離IgG分子量多6994.6Da, 13987.8Da以及20847.4Da的峰,鑒定為IgG連接1個ODN(IgG-1ODN),2個ODN(IgG-2ODN)和3個ODN(IgG-3ODN)的峰。增加的6994.6Da為IgG上連接了SMCC linker及HS-C6修飾的ODN分子產(chǎn)生的分子量。
HRMS的結(jié)果驗證了CZE中峰2,峰3和峰4確實是IgG偶聯(lián)了不同數(shù)量寡核苷酸,而且確認峰2,3,4分別為IgG-1ODN,IgG-2ODN和IgG-3ODN。
在游離IgG的峰簇中還看到分子量加221.8Da的異構(gòu)體峰,為IgG連上了一個linker,與圖2中的AOC偶聯(lián)過程相符合,偶聯(lián)物從圖2虛線處斷開即為IgG加221Da的分子量。
圖4. IgG標(biāo)準品和AOC樣品的HRMS圖譜。A.總離子流圖(TIC圖,藍色為IgG標(biāo)準品的,紅色為AOC樣品的)。B. TOF MS圖(藍色為IgG標(biāo)準品的,紅色為AOC樣品的)。C. IgG標(biāo)準品的解卷積結(jié)果。D. AOC樣品的解卷積結(jié)果。
進一步將原始數(shù)據(jù)上傳至 Biologics Explorer軟件進行完整分子量分析,計算IgG,IgG-1ODN,IgG-2ODN及IgG-3ODN各峰的峰面積見圖5(Volume),通過峰面積計算各峰的比例分別為32.90%,44.54%,20.52%及2.03%。
CZE與HRMS兩種結(jié)果計算的各組分比例比較如表2。從表2可以看出,CZE和HRMS兩種技術(shù)計算的不同組分的比例比較一致。
表1:AOC藥物中各組分比例
*注:CZE條件也可以分離檢測到游離ODN及ODN與連接肽相連的峰,因為HRMS條件下無法檢測到游離的ODN,因此,在與HRMS計算的組分對比時CZE也沒有考慮ODN的比例
結(jié)論
利用PA800 Plus,采用CZE方法有效分離了AOC藥物中的游離IgG,不同ODN偶聯(lián)數(shù)量的AOC以及游離ODN等不同形態(tài)的分子,實現(xiàn)AOC藥物與游離雜質(zhì)之間的分離。
利用X500B高分辨質(zhì)譜,進一步驗證了CZE分離得到3個IgG-ODN偶聯(lián)物相關(guān)的峰分別是IgG-1ODN,IgG-2ODN和IgG-3ODN。
CZE和LC-MS兩種方法計算的各組分比例高度一致,說明兩種方法在對AOC藥物進行組分分離和結(jié)構(gòu)確認時可以相互佐證,得到更為準確可信的結(jié)果。
參考文獻
1. Lin Shen, et al. Chemical Biology Approaches toward Precise Structure Control of IgG-Based Antibody-Oligonucleotide Conjugates. Chembiochem.2023 May 2;24(9)
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