CN109682901A - 聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法,包括如下步骤:(1)使用与未修饰蛋白类药物标准品、聚乙二醇标准品的浓度呈线性关系的多种类型的检测器,分别建立未修饰蛋白类药物标准品、聚乙二醇标准品的浓度与其各自浓度对应的每种类型检测器响应值的标准曲线;(2)检测聚乙二醇化蛋白类药物的响应值;(3)根据标准曲线计算聚乙二醇化蛋白类药物中聚乙二醇、蛋白的含量;(4)计算聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度。该方法可直接检测PEG修饰蛋白中的蛋白和PEG的量来确定PEG的修饰度,克服现有技术受外界干扰大的缺陷,具有准确性高、重现性好、通用性强、可标准化的特点。
Description
技术领域
本发明涉及生物医药检测领域,具体涉及一种聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法。
背景技术
蛋白质类药物主要包括多肽、酶、细胞因子、激素、抗体等一些具有特殊功能的蛋白质,随着生物技术的发展,人们可以通过发酵工程、基因工程、蛋白质工程、酶工程等途径获得所需的蛋白质。但经过大量的临床研究发现,未经任何修饰的蛋白类药物在体内具有半衰期短、免疫原性强、稳定性差、易被体内酶降解等缺陷,从而降低了临床效果。为此,人们尝试通过多种途径对蛋白类药进行改造以适应于临床应用。
聚乙二醇(PEG)是重复化学结构[HO-(CH2-CH2-O)n-H]的多聚物,PEG分子中存在大量乙氧基能够与水形成氢键,具有高度的亲水性,在水溶液中有较大的水动力学体积,能够改变药物在水溶液中生物分配行为和溶解性。自1970s起,因其低毒性、良好的生物相容性和两亲性被广泛应用于生物医药、食品和化妆品中,PEG是经美国食品药品监督管理局(FDA)批准的极为少数的可作为体内注射药用的聚合物之一。蛋白类药物经过聚乙二醇修饰后,可延长蛋白类药物在体内的半衰期,减少给药次数;增大蛋白类药物分子量,减少肾小球清除;降低了蛋白酶对蛋白类药物的降解作用;PEG与蛋白类药物间的化学键在体内需要时间水解,由此可减缓蛋白类药物的释放;屏蔽药物的抗原位点,降低免疫原性;增加药物的稳定性和溶解性。1991年,第一种用聚乙二醇修饰的蛋白药物PEG腺苷脱氨酶(Pegademase)获得FDA批准上市,用于治疗儿童免疫缺陷症。目前已有多种PEG修饰蛋白药物应用于临床,同时还有更多正处于临床研究阶段。
2000年以后上市的PEG修饰蛋白药物
PEG偶联至蛋白上后,需对蛋白上结合了多少PEG进行质量控制。目前,PEG平均修饰度的检测方法主要有:三硝基苯磺酸(TTBS)法、荧光胺法、质谱法、液相色谱法、毛细管法、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼散射光谱、酶解法等。TNBS法和荧光胺法都属于传统的平均修饰度检测法,1966年,Habeeb首次采用三硝基苯磺酸(TNBS)与蛋白表面的赖氨酸ε-氨基发生反应,反应生成物三硝基苯(TNP)在375nm除有特征吸收。该方法可以通过测得的自由氨基间接计算出蛋白质的PEG修饰度,简单易行,但影响因素多,受外界干扰大、重复性较差、测定值较理论值偏高。Stock等采用荧光法代替TNBS法来测定PEG修饰蛋白的平均修饰度。荧光胺与蛋白质表面赖氨酸ε-氨基发生反应,反应产物可产生荧光,通过测定激发荧光强度,可以计算其平均修饰度。该方法较TNBS法灵敏度高,不受PEG的干扰,但易受还原物质的干扰,且荧光胺与蛋白质的反应快速,变异性较大,测定值较理论值偏低。Foser等采用MALDI-TOP测定了PEG-干扰素的平均修饰度,Bullock等测定了PEG-SOD的平均修饰度,该方法对PEG单修饰蛋白的测定准确、直观,但该方法用于随机多位点修饰蛋白测定时,易出现带双电荷或者多电荷的离子,其测定准确度会受到影响,同时质谱法仪器昂贵,不具有通用性。酶解法是指通过酶将PEG释放出游离的PEG,然后检测游离PEG进行推算PEG结合量,该方法缺陷在于酶解可能释放PEG不完全,受游离PEG干扰,不能直接检测修饰样品,需对修饰样品需进行纯化去除游离PEG,因而不具有通用性。
发明内容
为了实现上述目的,本发明提供了一种聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法,该方法可直接检测PEG修饰蛋白中的蛋白和PEG的量来确定PEG的修饰度,克服现有技术受外界干扰大的缺陷,具有准确性高、重现性好、通用性强、可标准化的特点。
为实现上述目的,本发明采用了如下的技术方案:
聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法,包括如下步骤:
(1)使用与未修饰蛋白类药物标准品、聚乙二醇标准品的浓度呈线性关系的多种类型的检测器,分别建立未修饰蛋白类药物标准品、聚乙二醇标准品的浓度与其各自浓度对应的每种类型检测器响应值的标准曲线;多种检测器可以组成检测单元,检测单元包括至少两种类型检测器;
其中,一种类型检测器能同时检测聚乙二醇和未修饰蛋白且聚乙二醇与未修饰蛋白的响应值互不干扰,另一种类型检测器只能检测聚乙二醇或未修饰蛋白的响应值;
(2)使用步骤(1)中的检测单元中的多种类型检测器检测聚乙二醇化蛋白类药物的响应值;
(3)根据步骤(2)中检测器的类型以及步骤(1)中对应类型的检测器的标准曲线分别计算聚乙二醇化蛋白类药物中聚乙二醇、蛋白的含量;
(4)根据公式计算聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度。
未修饰蛋白类药物标准品的多个吸收值均与蛋白浓度呈线性关系;聚乙二醇标准品的多个吸收值均与聚乙二醇浓度呈线性关系;其中至少有一种类型检测器能同时响应聚乙二醇与未修饰蛋白且互不干扰。PEG修饰蛋白的PEG部分与蛋白部分互不干扰各自在相应检测器上有吸收值,可利用建立标准曲线的方法计算PEG修饰蛋白平均修饰度。
本发明与现有技术相比,具有如下有益效果:
1、方法简单,通过建立外标法,然后直接检测聚乙二醇化蛋白类药物中的聚乙二醇、蛋白的各自含量,进而计算出平均修饰度。
2、通用性强,因其方法简单,易于推广,可用于检测多种聚乙二醇修饰的蛋白类药物。
3、没有其他的干扰,不同于其他的检测方法,本方法内不加入其他的试剂,也不会对检测样品进行其他化学反应等破坏处理,进而提高了检测准确性。
附图说明
图1平均修饰度测定原理示意图;
图2门冬酰胺酶(ASP)标准品不同浓度条件下(1mg/ml、0.8mg/ml、0.6mg/ml、0.4mg/ml、0.2mg/ml)SEC-HPLC-UV紫外检测图;
图3门冬酰胺酶(ASP)标准品不同浓度条件下(1mg/ml、0.8mg/ml、0.6mg/ml、0.4mg/ml、0.2mg/ml)SEC-HPLC-RI示差检测图;
图4聚乙二醇(PEG-5K)标准品不同浓度条件下(1.5mg/ml、1.2mg/ml、0.9mg/ml、0.6mg/ml、0.3mg/ml)SEC-HPLC-RI示差检测图;
图5聚乙二醇化门冬酰胺酶(PEG-ASP)不同修饰条件下SEC-HPLC-UV紫外检测图;
图6聚乙二醇化门冬酰胺酶(PEG-ASP)不同修饰条件下SEC-HPLC-RI示差检测图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
如图1所示,聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法,包括如下步骤:
聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法,包括如下步骤:
步骤(1)使用与未修饰蛋白类药物标准品、聚乙二醇标准品的浓度呈线性关系的多种类型的检测器,分别建立未修饰蛋白类药物标准品、聚乙二醇标准品的浓度与其各自浓度对应的每种类型检测器响应值的标准曲线;多种检测器可以组成检测单元,检测单元包括至少两种类型检测器;
其中,一种类型检测器能同时检测聚乙二醇和未修饰蛋白且聚乙二醇与未修饰蛋白的响应值互不干扰,另一种类型检测器只能检测聚乙二醇或未修饰蛋白的响应值;
步骤(2)使用步骤(1)中的检测单元中的多种类型检测器检测聚乙二醇化蛋白类药物的响应值;
步骤(3)根据步骤(2)中检测器的类型以及步骤(1)中对应类型的检测器的标准曲线分别计算聚乙二醇化蛋白类药物中聚乙二醇、蛋白的含量;
步骤(4)根据公式计算聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度。
步骤(1)中检测单元包括HPLC串联至少一种检测器。
步骤(1)中检测器包括:紫外检测器(UV)、示差折光指数检测器(RI)、蒸发光散射检测器(ELSD)、电雾式检测器(CAD)、荧光检测器中任意两种或两种以上的组合与HPLC串联。
HPLC上串联的检测器包括UV-RI、UV-ELSD、UV-CAD中的一种,优选UV-RI。
所述HPLC色谱柱类型包括但不限于分子筛排阻层析(SEC)、离子交换层析(IEC)、反相层析(RP)、亲和层析、疏水层析;优选分子筛排阻(SEC)、离子交换(IEC)、反相层析(RP);最优选分子筛排阻层析(SEC)。
紫外检测器的检测波长为200~380nm,优选280nm。
所述的聚乙二醇包括活化基团的直链或分枝型的聚乙二醇。
所述活化基团包括单端活化、双端活化或多端活化。
所述活化基团包括醛基、羧基、脂基、酰胺基、巯基、环氧基、马来酰亚胺基、琥珀酰亚胺碳酸酯、琥珀酰亚胺乙酸酯、琥珀酰亚胺丙酸酯、羰基醛、酰肼、氨基。
所述聚乙二醇分子量为1000~40000道尔顿。
所述蛋白类药物来源包括天然提取、重组表达、化学合成。
所述蛋白类药物包括多肽、酶、细胞因子、激素、抗体类药物。
所述蛋白类药物具体包括多肽、胰岛素、白细胞介素、干扰素、天门冬酰胺酶、腺甙脱氢酶、精氨酸酶、精氨酸脱亚胺酶、尿酸氧化酶、苯丙氨酸裂解酶、犬尿氨酸酶、甲硫氨酸裂解酶、水蛭素、白蛋白、生长激素、粒细胞集落刺激因子、促红细胞生成素、抗血友病因子。
本发明中,步骤(4)中所述聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度的计算是通过未修饰蛋白和PEG含量标准品建立步骤(1)所述标准曲线,采用外标法测定步骤(2)所述被检测聚乙二醇化蛋白药物中偶联的PEG部分含量和蛋白部分含量,再通过相对应蛋白与PEG的分子量,采用公式计算每个蛋白分子上偶联结合的PEG分子个数,或者表述为每摩尔分子蛋白上结合的PEG摩尔数。
聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度的计算,公式为
CPEG表示被检测的聚乙二醇化蛋白类药物中偶联的聚乙二醇测定浓度;MPEG表示修饰的聚乙二醇分子量;CPr表示被检测的聚乙二醇化蛋白类药物中蛋白测定浓度;MPr表示被修饰蛋白的分子量;
本研究主要参考发明内容所述测定修饰度的原理,需建立3条标准曲线,即以未修饰蛋白药标准品的紫外吸收标准曲线、未修饰蛋白药标准品的示差吸收标准曲线、对应PEG标准品的示差吸收标准曲线。然后测定被检测的聚乙二醇化蛋白药物总的紫外吸收值与示差吸收值,并根据外标法测定并计算其中蛋白部分和PEG部分的各自含量(CPr和CPEG),通过对应蛋白与PEG分子量(MPr和MPEG)计算被检测的聚乙二醇化蛋白药物的平均修饰度。具体实验方法建立如下:
实施例1门冬酰胺酶浓度标准曲线的建立
将含量标定的门冬酰胺酶(ASP)标准品用分子筛流动相(100mmol/LPB+50mmol/LNaCl,pH8.5)准确稀释至1mg/ml、0.8mg/ml、0.6mg/ml、0.4mg/ml、0.2mg/ml。采用SEC-HPLC串联UV和RI分析检测,分别进样20μl,记录ASP各自浓度条件下的紫外UV图谱(见图2)和示差RI图谱(见图3),根据表1统计所得数据,以门冬酰胺酶(ASP)浓度CASP为横坐标,分别以门冬酰胺酶的紫外UV吸光值峰面积UVASP和示差RI吸光值峰面积RIASP为纵坐标进行线性拟合。拟合公式为UVASP-CASP标准曲线:UVASP=k1CASP+a1和RIASP-CASP标准曲线:RIASP=k2CASP+a2。
实施例2PEG浓度标准曲线的建立
将含量标定的与聚乙二醇(mPEG-SPA-5k),用分子筛流动相(100mmol/LPB+50mmol/L NaCl,pH8.5)准确稀释至1.5mg/ml、1.2mg/ml、0.9mg/ml、0.6mg/ml、0.3mg/ml。采用SEC-HPLC串联UV和RI分析检测,分别进样20μl,记录PEG各自浓度条件下的示差RI图谱(见图4),根据表2统计所得数据,以PEG浓度CPEG为横坐标,以PEG示差RI吸光值峰面积RIPEG为纵坐标进行线性拟合,拟合公式为RIPEG=k3CPEG+a3。
实施例3聚乙二醇化门冬酰胺酶(PEG-ASP)含量测定
将相同活化PEG采用不同条件下的聚乙二醇化门冬酰胺酶(PEG-ASP)样品用分子筛流动相稀释至0.2-1mg/ml之间,采用SEC-HPLC串联UV和RI分析检测,分别进样20μl,记录不同修饰条件下聚乙二醇化门冬酰胺酶(PEG-ASP)的紫外UV图谱(见图5)和示差RI图谱(见图6),测得数据见表3。
实施例4聚乙二醇化门冬酰胺酶(PEG-ASP)平均修饰度的计算
由于聚乙二醇化门冬酰胺酶(PEG-ASP)样品中的PEG部分在紫外280nm处无吸收峰,因此聚乙二醇化蛋白药(PEG-ASP)的UVPEG-ASP紫外峰面积应完全由其中ASP部分贡献,根据表3所得数据,将UVPEG-ASP紫外峰面积带入UVASP-CASP拟合标准准曲线即可获得PEG-ASP中ASP部分所占有的含量
CASP=(UVPEG-ASP-a1)/k1 式(1)
聚乙二醇化门冬酰胺酶(PEG-ASP)中的ASP部分和PEG部分均在示差RI检测器中均有吸收值,RIPEG-ASP示差峰面积应由RIPEG和RIASP共同响应,利用已求出的聚乙二醇化门冬酰胺酶(PEG-ASP)中ASP部分的含量CASP带入RIASP-CASP标准曲线计算出ASP部分响应的RIASP值,然后由RIPEG-ASP峰面积扣除RIASP即得聚乙二醇化门冬酰胺酶(PEG-ASP)中PEG部分响应的RIPEG值;将RIPEG值带入RIPEG-CPEG拟合的标准曲线中即可获得聚乙二醇化门冬酰胺酶(PEG-ASP)中的被偶联PEG部分所占有的含量
CPEG=[RIPEG-ASP-(k2×CASP+a2)-a3]/k3 式(2)
将聚乙二醇化门冬酰胺酶(PEG-ASP)中CASP和CPEG分别除以对应的分子量(MASP:34KDa;MPEG:5KDa),即得ASP部分和PEG部分各自摩尔量,再利用下述公式计算聚乙二醇化门冬酰胺酶(PEG-ASP)单体蛋白平均偶联PEG数量
PEG平均修饰度N=(CPEG/MPEG)/(CASP/MASP) 式(3)
其中,N表示聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度;CASP和CPEG分别表示聚乙二醇化门冬酰胺酶(PEG-ASP)中ASP部分和PEG部分的含量;MPEG和MASP分别代表聚乙二醇化门冬酰胺酶(PEG-ASP)中ASP部分和PEG部分对应分子量。
表1 ASP标准品浓度与紫外及示差峰面积对应表
表2 PEG标准品浓度与示差峰面积对应表
表3 相同活化PEG不同条件获得的聚乙二醇化门冬酰胺酶(PEG-ASP)平均修饰度
S1 | S2 | S3 | S4 | S5 | |
UV<sub>PEG-ASP</sub> | 711.7 | 721.4 | 724.5 | 725.4 | 720.4 |
C<sub>ASP</sub>(mg/ml) | 0.5430 | 0.5504 | 0.5527 | 0.5534 | 0.5496 |
RI<sub>PEG-ASP</sub> | 404468.2 | 455039.2 | 492296.6 | 525799.7 | 544006 |
C<sub>PEG</sub>(mg/ml) | 0.4487 | 0.5914 | 0.7009 | 0.8014 | 0.8621 |
N | 5.46 | 7.10 | 8.38 | 9.57 | 10.36 |
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法,其特征在于:包括如下步骤:
(1)使用与未修饰蛋白类药物标准品、聚乙二醇标准品的浓度呈线性关系的多种类型的检测器,分别建立未修饰蛋白类药物标准品、聚乙二醇标准品的浓度与其各自浓度对应的每种类型检测器响应值的标准曲线;多种检测器可以组成检测单元,检测单元包括至少两种类型检测器;
其中,一种类型检测器能同时检测聚乙二醇和未修饰蛋白且聚乙二醇与未修饰蛋白的响应值互不干扰,另一种类型检测器只能检测聚乙二醇或未修饰蛋白的响应值;
(2)使用步骤(1)中的检测单元中的多种类型检测器检测聚乙二醇化蛋白类药物的响应值;
(3)根据步骤(2)中检测器的类型以及步骤(1)中对应类型的检测器的标准曲线分别计算聚乙二醇化蛋白类药物中聚乙二醇、蛋白的含量;
(4)根据公式计算聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度。
2.根据权利要求1所述的聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法,其特征在于:步骤(1)中检测单元包括:紫外检测器、示差折光指数检测器、蒸发光散射检测器、电雾式检测器、荧光检测器中任意两种或两种以上的组合与HPLC串联。
3.根据权利要求2所述的聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法,其特征在于:HPLC上串联的检测器包括UV-RI、UV-ELSD、UV-CAD中的一种。
4.根据权利要求2或3所述的聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法,其特征在于:HPLC的色谱柱类型包括分子筛排阻层析、离子交换层析、反相层析、亲和层析、疏水层析。
5.根据权利要求4所述的聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法,其特征在于:紫外检测器的检测波长为200~380nm。
6.根据权利要求1所述的聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法,其特征在于:所述聚乙二醇包括单端活化、双端活化或多端活化的活化基团。
7.根据权利要求6所述的聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法,其特征在于:所述活化基团包括醛基、羧基、脂基、酰胺基、巯基、环氧基、马来酰亚胺基、琥珀酰亚胺碳酸酯、琥珀酰亚胺乙酸酯、琥珀酰亚胺丙酸酯、羰基醛、酰肼、氨基。
8.根据权利要求1、6或7所述的聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法,其特征在于:所述聚乙二醇分子量为1000~40000道尔顿。
9.根据权利要求8所述的聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法,其特征在于:所述蛋白类药物包括多肽、酶、细胞因子、激素、抗体类药物。
10.根据权利要求9所述的聚乙二醇化蛋白类药物的平均修饰度测定方法,其特征在于:所述蛋白类药物具体包括多肽、胰岛素、白细胞介素、干扰素、天门冬酰胺酶、腺甙脱氢酶、精氨酸酶、精氨酸脱亚胺酶、尿酸氧化酶、苯丙氨酸裂解酶、犬尿氨酸酶、甲硫氨酸裂解酶、水蛭素、白蛋白、生长激素、粒细胞集落刺激因子、促红细胞生成素、抗血友病因子。
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