抗体工艺持续优化，待测样品数量巨大？LabChip有办法

来聊一聊LabChip®毛细管电泳系统在单克隆抗体研发和工艺中的应用，以及其灵敏、快速和高通量优势。
 

单克隆抗体工艺研究中，大家非常熟悉这些缩写：QbD，CPP，CQA，DOE，PAT等。其终目的，即自始而终以高质量标准为出发点，基于科学和风险评估，保持持续优化过程，高效灵活地生产出高质量的产品，形成一个开放和稳健的良性循环。在这个循环中，持续优化发挥着引擎作用。如何做到快速分析、高效的反馈、知其然也知其所以然则是这个引擎运转的动力来源。
 

抗体蛋白工艺开发中，需要了解工艺参数与产品质量属性之间的关系，以便定义工艺设计空间,合理优化试验方案，提高开发效率。然而在细胞培养或纯化DOE实验中变量越多，待测样品量就会越来越大,甚至可能大大超过现代分析实验室的检测能力。此外，对药物研发企业而言，如何快速、经济且应检尽检，地理解各种变量对产品质量的影响。这两者已经成为了当前企业不能回避的新型挑战。因此选择一种高灵敏度、多功能、自动化、高通量和操作便捷的分析检测系统就显得十分必要。
 

目前抗体蛋白质量分析，包括纯度、含量、聚集体、电荷异质性、糖谱分析等，主要检测方法有SDS-PAGE、HPLC和CE毛细管电泳。然而SDS-PAGE蛋白分析属于劳动密集型，不能实现自动化。HPLC和CE时间较长，每个样品需要大约15-60分钟，从时效性和通量上会限制DOE实验。
 

那么有没有一种检测系统，能够很好的补充或者替代传统方法呢？答案是：有！
 

图1.LabChip® GXII Touch微流控毛细管电泳系统及分析检测试剂耗材
 

LabChip®蛋白分析系统就是一个高度自动化的平台，适用于蛋白质和核酸的快速分析，是生物制品分析表征的一个非常好的工具。采用微流控技术，一张芯片整合了SDS-PAGE的所有流程：上样、分离、染色、脱色和检测，直接从96 孔板或384孔板采样，通过软件即可快速实现抗体CQA分析，使用方便且可无人值守，每个样品可在一分钟以内完成分析，一块96孔板的样品可在1个半小时左右内完成检测。化繁为简，为传统SDS-PAGE和其他蛋白属性分析提供了一种自动化替代方案，同时单克隆抗体研发流程所必需的检测通量和数据质量。
 

图2.LabChip®微流控毛细管电泳系统工作流程
 

相较于常规CE毛细管电泳，LabChip®也被称为微流体CE（μCE），由于其自动化上样、快速检测、的灵敏度和分辨率，正在成为一种越来越流行和常规使用的方法，用于监测和记录单克隆抗体滴度、纯度、片段化、聚集、电荷异质性及糖谱。在性能方面，有数据显示使用LabChip GXII Touch与传统CE方法做过头对头的比较，从还原和非还原角度对NISTmAb聚集体和纯度分析。结果显示可以替代传统毛细管电泳检测，用于单克隆样品的分析检测。
 

图3.非还原条件下NISTmAb(Lot:14HB-D-002) 样品检测结果对比（SP-系统峰；LM-分子量标准品）

图4.还原条件下NISTmAb(Lot:14HB-D-002) 样品检测对比（SP-系统峰；LM-分子量标准品）和结果分析
 

除了在对单克隆抗体聚集体和纯度分析表征之外，很多企业也尝试建立基于LabChip®分析检测平台，并成功在多个产品上进行不同关键质量属性的测试和检测应用，因此该系统被越来越多的企业采用，作为高效、和快速的蛋白CQA分析工具。
 

多年前Amgen就使用LabChip®微流控技术筛选单克隆抗体产品质量属性，分析了来自CHO细胞培养上清液的粗样品和纯化样品，包括纯度、片段分析、糖型等，证实了LabChip®检测结果与传统CE-SDS相似的分辨率和灵敏度。重要的一点在于：每个样品仅需41秒即可完成检测，整整快了70倍。
 

Novartis实验团队在Labchip®GXII系统上对抗体样品进行了检测，研究了该系统使用的LIF检测器在灵敏度和分辨率方面的优势[3]。并且还使用Labchip®GXII系统对抗体样品的点荷异质性进行分析，证实MicrochipCZE与传统CZE方法对比，而且还有快速、高通量的优势。
 

图5.微流体毛细管电泳系统LabChip®GXII分辨率测试（迁移时间分别为a-25.0s和b-25.6s峰的样品和c-样品混合）及与CZE对5种商业化抗体药物进行点荷异质性对比分析
 

此外，包括GSK在内的众多生物制药企业也建立基于LabChip®GXII的分析方法，实现了快速、高通量的抗体样本稳定性分析，同时用于DOE实验中样品的滴度、纯度检测，在方法验证后也用于单抗样品包括稳定性、放行在内的检测，覆盖产品整个生命周期。
 

图6.基于LabChip®GXII仪器的抗体稳定性分析DOE实验分析
 

ADC药物公司 ImmunoGen在一篇文献里面也报道了使用LabChip®GXIITouch建立了经济适用、快速高效的CHO细胞蛋白表达糖基化分析平台，使用DOE设计来研究补料与糖基化微调空间，将候选细胞株成功在细胞培养板、摇瓶和微型生物反应器及2L一次性反应器上进行了工艺放大。该平台适用于多种分子和表达宿主的糖谱分析，可以在整个产品周期中快速高效的进行条件变更，降低开发成本[6]。Irvine和Sartorius等培养基供应商也采用了LabChip®GXII来快速、高效研究不同CHO细胞培养条件，以进行表达抗体的糖谱分析。
 

图7.A.候选细胞株糖谱分析；B.不同培养规模下2D9细胞株的糖谱分析
 

以上介绍了LabChip®蛋白分析系统在单克隆抗体领域应用的部分案例，基本覆盖滴度、纯度、片段化、聚集、电荷异质性以及糖谱属性。LabChip®蛋白分析系统在替代传统平板电泳的同时，还能简化手工步骤，并且提供生物治疗药物研发工作流程，特别是DOE实验中的高通量能力和高质量数据，每个样品的分析时间耗时低至42秒，效率增加70倍，可以说是为蛋白分析“插上了飞翔的翅膀”。与系统配套的LabChip GxP安全软件可提供电子签名、电子记录以及权限管理，有审计追踪功能，符合21 CFR Part 11规范。
 

此外，该系统还可以配套PerkinElmer JANUS G3样本处理工作站，用于蛋白样本前处理以及取样、移液和混样等多种用途。

LabChip®GXII Touch特点

• 标准化、高质量的数字数据，重现性好

• 快速高效：均在1分钟以内，比普通CE快45-70倍

• 可应用于多个环节：表达体系/条件的筛选、纯化过程的优化、剂型、生产过程及产品放行

• 可提供多方面的定量数据：浓度、纯度、糖型、聚集体、电荷异质性

• 符合相关法规要求

• 领域内的用户已采用并给予高度评价