非对称流场流分离与表面等离子体共振检测联用分析血液血清中的治疗性蛋白质

Asymmetric flow field-flow fractionation coupled to surface plasmon resonance detection for analysis of therapeutic proteins in blood serum.

作者信息Mats Leeman, Willem M Albers, Radoslaw Bombera, Johana Kuncova-Kallio, Jussipekka Tuppurainen, Lars Nilsson
PMID33098467
发布时间2021-01
DOI10.1007/s00216-020-03011-x

实验完整度

包含AF4分离、DLS表征、SPR动力学和定量检测等实验,但缺少动物模型或临床样本验证,且AF4-SPR在线联用尚未实现。

主要模型

人血清 PBS缓冲液 曲妥珠单抗

重点核对

HER-2受体固定方法 AF4分离条件(十字流速率、载液) 曲妥珠单抗聚集诱导条件 SPR检测浓度范围

摘要

将表面等离子体共振(SPR)检测与非对称流场流分离(AF4)联用,为研究生物分离中活性组分(如血清和唾液)提供可能,包括评估可能聚集物种的活性。SPR与AF4的联用需要能够从分离图谱中选择组分并将其导向SPR。SPR与色谱类方法的结合还需要一种机制来再生固定在SPR传感器表面的受体。在最近的工作中,尺寸排阻色谱(SEC)与SPR的结合开创了一种成功的方法,用于生物样品中活性生物组分的鉴定、表征和定量。在本研究中,评估了使用AF4的方法,用于缓冲液和血清中的抗体曲妥珠单抗。本研究的特别目标是测试AF4与SPR结合用于检测和定量血液血清等复杂样品中蛋白质和聚集体的可行性。此外,研究中比较了HER-2受体的三种不同固定方法,包括(1)通过EDC/NHS直接结合,这是标准方法;(2)通过NTA-Ni-Histag复合物固定;(3)使用可再生的亲和素形式的生物素/亲和素连接化学。生物素-亲和素方法获得了最高的特异性活性,而NTA-Ni-Histag连接观察到最低的特异性活性。数据表明,AF4可以分离血液血清中的曲妥珠单抗单体和聚集体,SPR能够选择性监测洗脱。这对于使用AF4-SPR自动分析复杂生物样品是一个令人鼓舞的结果。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
本研究旨在评估AF4与SPR联用检测和定量血液血清等复杂样品中治疗性蛋白质及其聚集体的可行性,并比较三种HER-2受体固定方法的效果。
核心机制
本研究的核心机制是AF4按流体动力学尺寸分离蛋白质及聚集体,SPR通过固定在传感器表面的HER-2受体选择性检测和定量目标蛋白质,其中生物素-亲和素固定方法提供最高特异性活性,而NTA-Ni-Histag方法最低。
主要证据
主要证据来自AF4分离后SPR对曲妥珠单抗单体、寡聚体和大聚集体的检测与定量,以及三种固定方法的动力学和平衡数据分析,显示在PBS和血清中均能检测到单体和寡聚体,但大聚集体在血清中未被检测到。
研究意义
该技术可用于了解蛋白质、抗体及其他生物分子在血液等复杂基质中的行为,为研究蛋白质和抗体在复杂介质中的相互作用和稳定性提供可能,并有望扩展至其他体液及实现自动化在线测量。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

诱导抗体聚集

产生单体和聚集体的混合物,以测试分析系统区分和检测聚集体的能力。

将曲妥珠单抗溶解后,用含20 mM醋酸钠和50 mM氯化钠(pH 4.6)的溶液稀释,并在75°C加热30分钟以诱导聚集。

2

验证聚集形成

确认加热处理是否成功诱导曲妥珠单抗聚集。

使用动态光散射(DLS)测量加热前后样品的粒径分布。

3

AF4分离

将曲妥珠单抗单体、片段和聚集体按尺寸分离,收集特定组分供SPR检测。

使用非对称流场流分离系统对样品进行分离,通过UV检测器监控,并根据洗脱时间收集组分。

4

SPR检测和定量

利用SPR选择性检测和定量AF4分离出的曲妥珠单抗组分,并比较不同HER-2固定方法的效果。

使用多参数SPR系统,对HER-2受体采用三种固定方法,进行动力学和平衡分析,并对AF4收集的组分进行定量。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
醋酸钠Alfa AesarA13184
氯化钠VWR27788.297
Eclipse 3Wyatt technology--
再生纤维素膜----
肌红蛋白Sigma-AldrichM1882
卵清蛋白Sigma-AldrichA5503
牛血清白蛋白Sigma-AldrichA3059
免疫球蛋白GSigma-Aldrich56834
甲状腺球蛋白Sigma-AldrichT1001
人血清Sigma-AldrichH4522
His标签HER-2Sino Biological Inc.10004-H08H
生物素化和His标签HER-2Sino Biological Inc.10004-H08H-B
MP-SPR Navi 220A NAALIBioNavis Ltd.--
生物素化金传感器BioNavis Ltd.--
CMD-NTA传感器BioNavis Ltd.--
CMD传感器BioNavis Ltd.--
TraceDrawerRidgeview Instruments AB--
BioNavis ViewerBioNavis Ltd.--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
诱导聚集
缓冲液组成、浓度、pH、加热温度和时间
阅读提示:详见Methods章节“Inducing aggregation”
AF4分离
通道类型、膜、载液组成、交叉流速、进样体积、检测器流速、分离温度
阅读提示:详见Methods章节“Separation by asymmetrical flow field-flow fractionation”
SPR固定
传感器类型、HER-2固定方法、固定浓度、孵育时间、缓冲液
阅读提示:详见Methods章节“Immobilization of HER-2 for MP-SPR analysis”
SPR滴定
候选物浓度范围、再生缓冲液、动力学分析软件、平衡模型
阅读提示:详见Methods章节“Titration experiments with trastuzumab”