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【飛諾美色譜】封面故事專題 | ADC藥物的液相色譜-質(zhì)譜分析解決方案

來源:天津博納艾杰爾科技有限公司(飛諾美)   2024年12月10日 09:33  

抗體偶聯(lián)藥物(ADC)是一種將小分子細(xì)胞毒素藥物通過連接子與單克隆抗體偶聯(lián)形成的藥物。與傳統(tǒng)的小分子化學(xué)治療以及抗腫瘤單抗相比,ADC藥物不僅可以提高化學(xué)治療的療效和腫瘤細(xì)胞的特異性,還可以降低或減弱系統(tǒng)毒性以及非靶向細(xì)胞毒性。ADC結(jié)構(gòu)復(fù)雜,異質(zhì)性高,存在多種產(chǎn)品相關(guān)的雜質(zhì),其理化性質(zhì)分析與結(jié)構(gòu)表征不僅包括單抗部分,還包括小分子藥物相關(guān)的質(zhì)量屬性,可見ADC的質(zhì)量屬性研究較抗體更為復(fù)雜。本期#封面故事我們將圍繞藥物抗體比(Drug-to-antibody ratio, DAR)關(guān)鍵質(zhì)量屬性,闡述ADC藥物的質(zhì)量分析與控制的進(jìn)展與綜合分析方案。





ADC藥物經(jīng)過90多年的發(fā)展,特別是近來20多年的高速發(fā)展,目前經(jīng)過定點(diǎn)偶聯(lián)技術(shù)是第三代ADC藥物成功開發(fā)的關(guān)鍵。小分子毒素與單克隆抗體的位點(diǎn)特異性結(jié)合確保ADC藥物具有明確、均一的DAR值(通常為2或4),這樣可以使藥物毒性降低,穩(wěn)定性和藥代動(dòng)力學(xué)顯著提高。第三代ADC藥物采用的位點(diǎn)特異性偶聯(lián)技術(shù)主要包括Thiomab、ThioBridge、引入非天然氨基酸、引入序列標(biāo)簽或聚糖等。





藥物抗體比(Drug-to-antibody ratio, DAR)指抗體偶聯(lián)上毒素小分子數(shù)量的平均值,直接反映了靶向腫瘤細(xì)胞的載荷數(shù)量,同時(shí)影響藥物的安全性與有效性。如下圖 所示,DAR的分析方法主要分為二類:

A. 液相色譜法(HPLC-UV)

B. 質(zhì)譜法(LC-MS)





液相色譜法(HPLC-UV)


1) HIC-UV分析法:


疏水作用色譜(HIC-HPLC)是根據(jù)抗體偶聯(lián)不同數(shù)量的細(xì)胞毒性小分子之間疏水性不同,也即是具有不同DAR的ADC分子可在HIC中實(shí)現(xiàn)分離,未偶聯(lián)小分子藥物的抗體疏水性最弱,優(yōu)先被洗脫,偶聯(lián)小分子藥物數(shù)量越多的抗體,其疏水性就越強(qiáng),典型譜圖見下圖 。




HIC-UV分析mAb與ADC譜圖


HIC是在非變性條件下進(jìn)行的,不僅可以用于不同DAR分子的分離,還可以用于純化,進(jìn)一步對(duì)分離純化后的HIC各組分進(jìn)行深度研究。


一般情況下,半胱氨酸的偶聯(lián)方式之一,是將抗體部分還原,打開鏈間二硫鍵,游離半胱氨酸上的巰基(-SH)與毒素小分子-連接子上的馬來酰亞胺基團(tuán)反應(yīng)形成DAR=0-8分子異質(zhì)體ADC。依據(jù)計(jì)算公式DAR=∑(Weighted Peak Area)/100,最終得到加權(quán)平均DAR=3.6。


2) RPLC-UV方法:


反相高效液相色譜法(RP-HPLC)通常是在還原水平上分析DAR,即通過非變性還原條件下打開鏈間二硫鍵,然后根據(jù)待測(cè)物質(zhì)的極性大小進(jìn)行分離,具有更好的分離度與分辨率。理論上基于半胱氨酸偶聯(lián)方式ADC經(jīng)過還原前處理后得到6種亞基分子類型,分別是L0、L1、H0、H1、H2與H3,見下圖所示:




基于半胱氨酸偶聯(lián)方式ADC的還原前處理


這里我們可以看到通過連接物與MMAF偶聯(lián)的曲妥珠單抗的DAR。該抗體通過部分還原使鏈間二硫鍵變?yōu)榘腚装彼釟埢?svg width="10px" height="10px" viewbox="0 0 16 16" class="ZDI ZDI--FourPointedStar16 css-1dvsrp" fill="currentColor">,之后該殘基再與小分子藥物通過連接物形成一種藥物抗體偶聯(lián)物。在此色譜圖中,我們可以觀察到重鏈和輕鏈,連接有小分子藥物或者沒有連接小分子藥物片段,分別用H0-H3和L0/L1來表示。DAR通過將H0-H3, L0和L1的峰面積相加來確定,并決定它們對(duì)mAb的貢獻(xiàn),然后再取平均值。




曲妥珠單抗Mc-MMAF半胱氨酸偶聯(lián)物的平均DAR


色譜柱bioZen Intact XB-C8,3.6μm

貨號(hào):00F-4766-AN

規(guī)格:150x2.1mm

流動(dòng)相A:0.1%TFA水溶液

流動(dòng)相B:0.1%TFA in ACN

流速:0.4mL/min

檢測(cè):LC-UV(280nm)

樣品:曲妥單抗mcMMAF半胱氨酸偶聯(lián)物(來源于ADC BiotechnologyLTD)

儀器:UPLC-UV


這里,我們采用了Phenomenex的bioZen Intact XB-C8色譜柱,此款色譜柱是core-shell結(jié)構(gòu),類似于經(jīng)典的Kinetex系列:





對(duì)于ADC的Dar值分析,具有以下優(yōu)點(diǎn):

• 優(yōu)化的顆粒形態(tài)可實(shí)現(xiàn)更高效率的Intact RP

• 改善蛋白質(zhì)回收率

• 高溫穩(wěn)定性<90°C


以相同的分析方式,我們可以將標(biāo)準(zhǔn)子單元的分析平臺(tái)化,同時(shí),也可以將具有不同linker的ADC平臺(tái)化。這樣可以加快分析速度。





色譜柱:bioZen3.6μmXB-C8

貨號(hào):00F-4766-AN

規(guī)格:150x2.1mm

流動(dòng)相A:0.1%TFA in 水

流動(dòng)相B:0.1%TFA in 乙腈

流速:0.4mL/min

梯度:

28-34%B in 1-4minutes

34-65%B in 4-10minutes

檢測(cè)器:UV-Vis,280nm

溫度:80°

樣品:如圖所示


隨著越來越多的研究者采用特定位點(diǎn)的偶聯(lián)技術(shù)來提高治療效果和降低毒性,ADC的同質(zhì)化程度將會(huì)越來越高,DAR的分析也將變得更加簡(jiǎn)單。但是,隨著新型細(xì)胞毒素和連接物以及偶聯(lián)方法的增加,有效載荷復(fù)雜性不斷增加,這一趨勢(shì)將使DAR測(cè)定更多地轉(zhuǎn)向LC-MS技術(shù),以利用其高分辨率分析能力。


質(zhì)譜法(LC-MS)

質(zhì)譜法可分為變性與非變性電噴霧質(zhì)譜法,兩種不同的方法均是根據(jù)物質(zhì)的分子量差異進(jìn)行DAR的分析??贵w偶聯(lián)上不同數(shù)量細(xì)胞毒性小分子后,ADC呈現(xiàn)分子異質(zhì)性,不同的DAR物質(zhì)在高分辨質(zhì)譜的分析下具有不同的質(zhì)荷比(m/z),然后根據(jù)相對(duì)應(yīng)的DAR質(zhì)譜信號(hào)峰強(qiáng)度或峰面積計(jì)算平均DAR值。


1) 變性質(zhì)譜法(Denatured MS)


通常情況下,DAR在變性質(zhì)譜分析中,會(huì)使用到有機(jī)試劑流動(dòng)相與相對(duì)較高的柱溫,ADC在這兩種條件的共同作用下,非共價(jià)鍵連接的空間結(jié)構(gòu)被破壞,然后經(jīng)過電噴霧攜帶相對(duì)較多的電荷(H+),進(jìn)而產(chǎn)生信噪比(S/N)較好的質(zhì)譜峰圖。


變性質(zhì)譜常應(yīng)用于ADC賴氨酸偶聯(lián)方式的DAR分析,因其分子異質(zhì)性較高,往往在進(jìn)行質(zhì)譜分析之前,需要對(duì)其進(jìn)行去糖基化處理或者使用CPB酶去除C端賴氨酸的影響,以減少圖譜的復(fù)雜程度,便于后續(xù)的峰歸屬及最終的平均DAR計(jì)算。




Kadcyla ADC與生物類似藥ADC的去糖基化


2) 非變性質(zhì)譜法(Native MS)


非變性質(zhì)譜使用與質(zhì)譜兼容的流動(dòng)相體系,以及相對(duì)較低的柱溫與更溫和的電離方式,在不破壞物質(zhì)非共價(jià)鍵連接的立體空間結(jié)構(gòu)情況下,讓ADC生物大分子在氣相中保持自然折疊狀態(tài),既可以用于ADC鏈間半胱氨酸偶聯(lián)方式的DAR分析,也可以用于賴氨酸偶聯(lián)方式的DAR分析。


HIC-MS非變性質(zhì)譜可與HIC-HPLC質(zhì)量放行方法相結(jié)合用于DAR的分析與質(zhì)控,具有高效率與高通量等特點(diǎn)。

SEC-MS非變性質(zhì)譜也常用于ADC DAR的分析與質(zhì)控。相對(duì)HIC-MS來說,流動(dòng)相可選擇揮發(fā)性的鹽溶液,與質(zhì)譜更兼容些。


我們分析了從Sigma購(gòu)得的市售半胱氨酸連接的ADC 模擬物,使用bioZen SEC-2與SCIEX® X500B聯(lián)用鑒定DAR 0到8。根據(jù)提取離子色譜圖,每種藥物抗體蛋白型都用于計(jì)算DAR。平均DAR計(jì)算為3.4,與Sigma報(bào)告值4.0±0.8匹配。我們看到在“天然”條件下,ADC保持完整,從而可以觀察到不同的DAR種類,并且可以標(biāo)記DAR和糖型。




LC Conditions

Column:bioZen 1.8μm SEC-2

Dimension:150x4.6mm

Part No.:00F-4769-E0

Recommended Guard:SecurityGuard™ ULTRA

Guard Cartridge Part No.:AJ0-9850

Guard Holder Part No.:AJ0-9000

Mobile Phase:100mM Ammonium Acetate

Flow Rate:200μL/min

Temperature:25℃

Detector:QTOF(SCIEX X500B)

Sample:Sigma ADC Mimic(MSQC8),100μg


這里我們用到了bioZen 1.8µm dSEC色譜柱,這款色譜柱的特點(diǎn)一是采用了低孔隙體積的硅膠,實(shí)現(xiàn)更好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。二是采用了親水性二醇類鍵合表面,能夠防止硅膠表面與蛋白質(zhì)樣品相互作用。





比如我們還可以見到很多高分辨質(zhì)譜上的應(yīng)用:


Intact Mass:Cysteine-based conjugation (DAR)




同時(shí),對(duì)于半胱氨酸偶聯(lián)的ADC藥物,可以采用非變性的模式進(jìn)行分子量的檢測(cè),從而分析DAR值。




半胱氨酸偶聯(lián)的ADC藥物質(zhì)譜檢測(cè)圖譜


對(duì)于ADC藥物的開發(fā)而言,如何依據(jù)藥物的偶聯(lián)方式及目標(biāo)屬性去選擇合適的質(zhì)量控制方法、質(zhì)量控制項(xiàng)目與性質(zhì)合適的耗材,是助力藥物從理論設(shè)計(jì)走向?qū)嶒?yàn)室制備的重要環(huán)節(jié)。本文總結(jié)的幾種ADC藥物DAR值分析方法,不僅能給用戶提供不同的選擇,還能幫助用戶進(jìn)行不同方法的相互驗(yàn)證,確保結(jié)果的準(zhǔn)確性。


后面我們會(huì)繼續(xù)跟蹤行業(yè)的進(jìn)展,給大家最及時(shí)的技術(shù)交流和分享。更多內(nèi)容,詳見《2023飛諾美色譜產(chǎn)品指南》



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