JP2023519961A - 低存在量の宿主細胞タンパク質を特徴付けるための方法 - Google Patents
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Abstract
本出願は、高存在量タンパク質を含む試料中の宿主細胞タンパク質(HCP)不純物を同定するための方法およびシステムを提供する。HCP不純物は、固体支持体に結合された相互作用するペプチドリガンドを使用して濃縮することができる。HCP不純物は、相間移動界面活性剤を含む溶液を使用して、固体支持体から溶出することができる。単離されたHCP不純物を消化して、単離されたHCP不純物の成分を生成し、それをその後、質量分析計を使用して同定することができる。【選択図】図1
Description
分野
本発明は、概して、低存在量の宿主細胞タンパク質(HCP)を同定および定量して、バイオ医薬品中の不純物を監視および制御するための方法およびシステムに関する。
本発明は、概して、低存在量の宿主細胞タンパク質(HCP)を同定および定量して、バイオ医薬品中の不純物を監視および制御するための方法およびシステムに関する。
背景
組換えDNA技術は、宿主細胞でバイオ医薬品を産生するために広く使用されてきた。バイオ医薬品は、非常に高い純度基準を満たしている必要がある。したがって、薬物の開発、製造、保管、および取り扱いの異なる段階で、かかるバイオ医薬品中のいかなる不純物も監視することが重要であり得る。残留不純物は、臨床試験を実施する前に、許容可能な低レベルでなければならない。例えば、宿主細胞タンパク質(HCP)は、細胞ベースのシステムを使用して開発されるタンパク質ベースのバイオ医薬品中に存在し得る。医薬品中のHCPの存在を監視する必要があり、一定の量を上回ると許容されない可能性がある。時には、微量のHCPであっても、免疫原性応答を引き起こす可能性がある。
組換えDNA技術は、宿主細胞でバイオ医薬品を産生するために広く使用されてきた。バイオ医薬品は、非常に高い純度基準を満たしている必要がある。したがって、薬物の開発、製造、保管、および取り扱いの異なる段階で、かかるバイオ医薬品中のいかなる不純物も監視することが重要であり得る。残留不純物は、臨床試験を実施する前に、許容可能な低レベルでなければならない。例えば、宿主細胞タンパク質(HCP)は、細胞ベースのシステムを使用して開発されるタンパク質ベースのバイオ医薬品中に存在し得る。医薬品中のHCPの存在を監視する必要があり、一定の量を上回ると許容されない可能性がある。時には、微量のHCPであっても、免疫原性応答を引き起こす可能性がある。
免疫アッセイは、ポリクローナル抗HCP抗体を使用してHCPの除去を監視するために使用されている。免疫アッセイは、ハイスループットにおける総HCPレベルの半定量を提供することができるが、個々のHCPを迅速に定量するのに効果的ではない場合がある。HCPの除去を監視するための液体クロマトグラフィー-質量分析法(LC-MS)が最近登場した。しかしながら、高濃度の精製抗体の存在下でのHCPの膨大な動的濃度範囲は、HCPの除去を監視するLC-MS法を開発するための課題となる可能性がある。
原薬中の残留HCPを監視および制御して安全性のリスクを軽減するために、HCPを同定および定量する方法およびシステムが必要であることは理解されるであろう。
概要
バイオ医薬品におけるHCP不純物の同定は、非常に高い試料複雑性に起因するタンパク質濃度の広範な動的範囲に対処する課題に遭遇する。本出願は、治療用医薬品中の低存在量HCPを濃縮する必要性を満たすための濃縮法を含む高存在量タンパク質を含む試料中のHCP不純物を同定する方法およびシステムを提供する。
バイオ医薬品におけるHCP不純物の同定は、非常に高い試料複雑性に起因するタンパク質濃度の広範な動的範囲に対処する課題に遭遇する。本出願は、治療用医薬品中の低存在量HCPを濃縮する必要性を満たすための濃縮法を含む高存在量タンパク質を含む試料中のHCP不純物を同定する方法およびシステムを提供する。
本開示は、試料中のHCP不純物を同定および/または定量する方法を提供する。例示的な一実施形態では、試料中のHCP不純物を同定および/または定量する方法は、試料を固体支持体に接触させることであって、相互作用するペプチドリガンドが固体支持体に結合され、HCP不純物が相互作用するペプチドリガンドに結合することができる、接触させることと、界面活性剤を含む溶液を使用して固体支持体を洗浄して、HCP不純物を単離し溶出液を提供することと、溶出液を酵素消化反応に供して、単離されたHCP不純物の成分を生成することと、質量分析計を使用して、単離されたHCP不純物の成分を同定することであって、試料が少なくとも1つの高存在量ペプチドまたはタンパク質を含む、同定することと、を含む。一態様では、本出願の方法における界面活性剤は、相間移動界面活性剤、イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、またはそれらの組み合わせである。別の態様では、本出願の方法における界面活性剤は、デオキシコール酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、またはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムである。
一態様では、本出願の方法における少なくとも1つの高存在量ペプチドまたはタンパク質の濃度は、各HCP不純物の濃度よりも約1000倍、約10,000倍、約100,000倍、または約1,000,000倍高い。一態様では、本出願の方法における相互作用するペプチドリガンドは、コンビナトリアルヘキサペプチドリガンドのライブラリーである。別の態様では、本出願の方法におけるHCP不純物は、質量分析計を使用して定量され、各HCP不純物の検出限界は、約0.05~0.1ppmである。別の態様では、本出願の方法における少なくとも1つの高存在量ペプチドまたはタンパク質は、抗体、二重特異性抗体、抗体断片、抗体のFab領域、抗体-薬物コンジュゲート、融合タンパク質、タンパク質医薬品、または薬物である。一態様では、本出願の方法における酵素消化反応の酵素は、トリプシンである。
さらに別の態様では、本出願の方法における質量分析計は、エレクトロスプレーイオン化質量分析計、ナノエレクトロスプレーイオン化質量分析計、またはトリプル四重極質量分析計であり、質量分析計は液体クロマトグラフィーシステムに接続されている。一態様では、質量分析計は、LC-MS(液体クロマトグラフィー-質量分析法)分析またはLC-MRM-MS(液体クロマトグラフィー-多重反応モニタリング-質量分析法)分析を行うことができる。
本開示は、少なくとも部分的に、試料中のHCP不純物を同定するためのシステムを提供する。例示的な一実施形態では、試料中のHCP不純物を同定するためのシステムは、固体支持体と、相互作用するペプチドリガンドであって、HCP不純物が相互作用するペプチドリガンドに結合することができるように、相互作用するペプチドリガンドが固体支持体に結合される、相互作用するペプチドリガンドと、固体支持体を洗浄してHCP不純物を単離することができる界面活性剤を含む溶液と、単離されたHCP不純物から成分を生成することができる酵素消化溶液と、単離されたHCP不純物から成分を同定または定量することができる質量分析計であって、試料が少なくとも1つの高存在量ペプチドまたはタンパク質を含む、質量分析計と、を含む。
一態様では、本出願のシステムにおける界面活性剤は、相間移動界面活性剤、イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、またはそれらの組み合わせである。一態様では、本出願のシステムにおける界面活性剤は、デオキシコール酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、またはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムである。別の態様では、本出願のシステムにおける少なくとも1つの高存在量ペプチドまたはタンパク質の濃度は、各HCP不純物の濃度よりも少なくとも約1000倍、約10,000倍、約100,000倍、または約1,000,000倍高い。別の態様では、本出願のシステムにおける相互作用するペプチドリガンドは、コンビナトリアルヘキサペプチドリガンドのライブラリーである。一態様では、本出願のシステムにおける各HCP不純物の検出限界は、約0.05~0.1ppmである。さらに別の態様では、本出願のシステムにおける少なくとも1つの高存在量ペプチドまたはタンパク質は、抗体、二重特異性抗体、抗体断片、抗体のFab領域、抗体-薬物コンジュゲート、融合タンパク質、タンパク質医薬品、または薬物である。さらに別の態様では、本出願のシステムにおける酵素消化溶液の酵素は、トリプシンである。
一態様では、本出願のシステムにおける質量分析計は、エレクトロスプレーイオン化質量分析計、ナノエレクトロスプレーイオン化質量分析計、またはトリプル四重極質量分析計であり、質量分析計は、液体クロマトグラフィーシステムに接続されている。別の態様では、本出願のシステムにおける質量分析計は、LC-MSまたはLC-MRM-MS分析を行うことができる。
本発明のこれらおよび他の態様は、以下の説明および添付の図面と併せて考慮される場合、よりよく認識され、理解されるであろう。以下の説明は、その様々な実施形態および多数の具体的な詳細を示すが、限定ではなく、例証として与えられる。多くの置換、修正、追加、または再配置は、本発明の範囲内で行われ得る。
特許または出願ファイルには、カラーで描かれた少なくとも1つの図面が含まれている。カラーの図面を含む本特許または特許出願公開の複写は、要望および必要な料金の支払いに応じて、庁によって提供されるだろう。
詳細な説明
残留するHCPは製品の安全性および安定性を損なう可能性があるため、バイオ医薬品を得るには、高純度のバイオ医薬品を得ることが重要である。細胞ベースの組換え治療用抗体を産生する場合、典型的には、プロセス開発中のポリクローナル抗HCP抗体を使用したHCPの除去(クリアランス)を監視するために、酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)などの免疫アッセイが使用されてきた。ELISAは、ハイスループットにおける総HCPレベルの半定量を提供することができる。しかしながら、ポリクローナル抗HCP抗体は、総HCPを捕捉、検出、および定量するために、ELISAに使用されているが、個々のHCPを定量するのに有効ではない場合がある。特に、一部の非免疫原性または弱免疫原性HCPは、ELISAを使用して検出されない場合がある。
残留するHCPは製品の安全性および安定性を損なう可能性があるため、バイオ医薬品を得るには、高純度のバイオ医薬品を得ることが重要である。細胞ベースの組換え治療用抗体を産生する場合、典型的には、プロセス開発中のポリクローナル抗HCP抗体を使用したHCPの除去(クリアランス)を監視するために、酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)などの免疫アッセイが使用されてきた。ELISAは、ハイスループットにおける総HCPレベルの半定量を提供することができる。しかしながら、ポリクローナル抗HCP抗体は、総HCPを捕捉、検出、および定量するために、ELISAに使用されているが、個々のHCPを定量するのに有効ではない場合がある。特に、一部の非免疫原性または弱免疫原性HCPは、ELISAを使用して検出されない場合がある。
HCPを同定および定量するために、一次元/二次元(1D/2D)PAGEまたは液体クロマトグラフィー(LC)接続タンデム質量分析法(LC-MS/MS)などのいくつかの補完的アプローチが、HCPを監視するのに使用されている。しかしながら、高濃度の精製抗体の存在下におけるHCPの広い動的濃度範囲は、HCP不純物の除去を監視するためのLC-MS方法を開発する上で大きな課題であり得る。質量分析法(MS)だけでは、6桁を超え得る広い動的濃度範囲のため、高濃度の治療用抗体の存在下で、低ppmレベルのHCPなどの低存在量の標的を検出する能力を欠いている。この問題を克服するために、1つの戦略は、データ依存型取得またはデータ非依存型取得と組み合わせて、2D-LCおよび/またはイオン移動度などの別の次元の分離法を追加することによって、MS分析前に共溶出ペプチドを分離して、分離効率を高めることができる。
Huangらは、抗体試料中のHCP不純物のショットガンプロテオミクス特徴付けのためのトリプシン消化を使用した試料調製方法を記載している(Huang et al.,A Novel Sample Preparation for Shotgun Proteomics Characterization of HCPs in Antibodies,Anal Chem.2017,May 16;89(10):5436-5444)。Huangの試料調製方法は、HCPが消化されている間、抗体をほぼインタクトで維持する。Huangのアプローチは、従来のトリプシン消化試料調製と比較して、質量分析法を使用したHCP検出の動的範囲を1~2桁減少させることができる。HCPスパイク実験によって実証されるように、Huangのアプローチは、rPLBL2などの60kDaを超える分子量を有する0.5ppmのHCPを検出することができる。例えば、Huangのアプローチを使用して、60のマウスHCP不純物が、RM 8670(NISTmAb、NISTモノクローナル抗体標準、マウス細胞株で発現、National Institute of Standards and Technology,Gaithersburg,MDから入手)で検出された。
Doneanuらは、液体クロマトグラフィー-質量分析法(LC-MS)方法を使用して、抗体試料中の1ppmまでの低存在量HCP不純物の検出を報告している(Doneanu et al.,Enhanced Detection of Low-Abundance Host Cell Protein Impurities in High-Purity Monoclonal Antibodies Down to 1 ppm Using Ion Mobility Mass Spectrometry Coupled with Multidimensional Liquid Chromatography,Anal.Chem.2015 Oct 20;87(20):10283-10291)。Doneanuのアプローチは、カラム飽和の課題を軽減するために新しい電荷表面修飾C18固定相を使用すること、共溶出ペプチド前駆体の進行波イオン移動度分離を組み込むこと、および前駆体の断片化に使用される衝突エネルギーを移動度ドリフト時間と相関させることによって、低存在量のHCPペプチドの断片化効率を改善すること、が含まれる。HCP不純物の同定は、イオン移動度質量分析法分析と組み合わせて、2D-HPLC(2D高性能液体クロマトグラフィー)を使用して、10~50ppmで検出することができる。しかしながら、2D-LCまたは2D-HPLCのサイクル時間が非常に長くなる場合がある。加えて、これらの方法は、例えば、10ppm未満の低レベルHCP分析に対して十分な感度がない場合がある。HCP不純物を同定する他のアプローチとしては、親和性精製または抗体を除去するための限定的な消化を使用するなど、試料中の抗体を除去することによってHCPを濃縮するための試料調製が挙げられる。加えて、別の一般的なアプローチは、ポリクローナル抗体を使用してHCPを捕捉することである。
HCPの不純物を同定するために必要な分析技術は、非常に高い試料の複雑性のために、分析物(例えばHCPまたはHCPペプチド)よりも約100万倍多くのマトリックス分子を扱うという課題に遭遇する。HCP不純物は、タンパク質バイオ医薬品において、1~100ppmなどの低レベルで存在することがほとんどであるため、検出レベルに到達するためのHCP濃縮法の探索は、容易ではない。HCPの同一性および特性を知らずに、HCP(またはHCPペプチド)を濃縮するための一般的な試料調製手順を開発すること、またはマトリックスのバックグラウンドを除去することは、非常に困難であり得る(Doneanuら)。
本出願は、相互作用するペプチドリガンド(例えば、コンビナトリアルリガンドライブラリー)を使用して、HCPを濃縮する方法を提供する。一部の例示的な実施形態では、ProteoMiner(商標)ビーズ(Bio-Rad Laboratories,Inc.,Hercules,CA)、例えば、ビーズ上に固定化されたコンビナトリアルヘキサペプチドライブラリーを使用して、HCPを濃縮する。ペプチド-リガンド結合ビーズが様々なタンパク質種を含む試料に適用される場合、各タンパク質種は、その相互作用するペプチドリガンドに結合することができる。HCPは、いくつかの弱い相互作用力(例えば、イオン相互作用および水素結合)と組み合わせて、主に疎水力によって、相互作用するペプチドリガンドに結合する。
コンビナトリアルリガンドライブラリー内の各タンパク質種に対応する相互作用するペプチドリガンドの数が限られているため、高存在量タンパク質種は、過剰量存在することで、その相互作用するペプチドリガンドを飽和させる場合がある。限られた数の対応する相互作用するペプチドリガンドは、過剰量の高存在量タンパク質の存在下で容易に飽和され得る。相互作用するペプチドリガンドに結合することができない過剰量の高存在量タンパク質は、ビーズから洗い流され得る。高存在量タンパク質と比較して、試料中の低存在量タンパク質の量は比較的低いため、低存在量タンパク質は、対応する相互作用するペプチドリガンドを飽和させない場合がある。したがって、低存在量タンパク質は、高存在量タンパク質と比較して、相対的に濃縮され得る。濃縮プロセスを実施した後、広範な動的範囲のタンパク質濃度を顕著に減少させることで、低存在量タンパク質の検出を可能にすることができる。本出願のHCP濃縮法は、高存在量タンパク質の量を減少させることによって、中存在量タンパク質および低存在量タンパク質を濃縮し、検出することができる。本出願のHCP濃縮法はまた、治療用医薬品における低存在量HCP不純物を濃縮する必要性を満たす。
一部の例示的な実施形態では、抗体試料をProteoMiner(商標)ビーズで処理して、高存在量で存在する抗体の量を低減し、低存在量のHCP不純物を濃縮する。その後、HCP濃縮試料を、ショットガンプロテオミクス分析に供する。この手順は、低存在量のHCP不純物を濃縮し、同時に、抗体のレベルを低減することができる。それは、HCPおよび低存在量のHCP不純物の検出を可能にする抗体薬物間の動的濃度範囲をうまく低減することができる。本出願のHCP濃縮法を使用したHCP不純物の検出限界は、約0.05~0.1ppmである。
一部の例示的な実施形態では、本出願は、試料中の宿主細胞タンパク質(HCP)不純物を同定する方法であって、以下を含む方法を提供する:試料を固体支持体に接触させることであって、相互作用するペプチドリガンドが固体支持体に結合され、HCP不純物が相互作用するペプチドリガンドに結合することができる、接触させることと、界面活性剤を含む溶液を使用して固体支持体を洗浄して、HCP不純物を単離し溶出液を提供することと、溶出液を酵素消化反応に供して、単離されたHCP不純物の成分を生成することと、質量分析計を使用して、単離されたHCP不純物の成分を同定することであって、試料が少なくとも1つの高存在量ペプチドまたはタンパク質を含む、同定すること。
一部の例示的な実施形態では、デオキシコール酸ナトリウム(SDC)およびラウリル硫酸ナトリウム(SLS)などの相間移動界面活性剤(PTS)を使用して、ProteoMiner(商標)ビーズからHCPを溶出する。SDCは、タンパク質相互作用の破壊および解離に特に有用なイオン性洗剤である。イオン性洗剤は、帯電した親水性頭部基を有し、負(アニオン性)または正(カチオン性)のいずれかに帯電し得る。SLSは、アニオン性界面活性剤である。SLSまたはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのアニオン性洗剤は、スルホン化長鎖、アルコールまたは炭化水素のナトリウム塩である。
一部の例示的な実施形態では、ProteoMiner(商標)ビーズからHCPを溶出するための溶出緩衝液は、イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、相間移動界面活性剤、またはそれらの組み合わせを含む。一態様では、溶出緩衝液は、SDC、SLS、またはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを含む。一態様では、溶出緩衝液は、PTS緩衝液を含み、12mMのSDC(デオキシコール酸ナトリウム)、12mMのSLS(ラウロイルサルコシン酸ナトリウム)、10mMのTCEP(トリス(2-カルボキシエチル)ホスフィン、還元剤)、および30mMのCAA(クロロアセトアミド)を含む。
微量の特定のHCPは、薬物注射後に免疫応答または毒性生物活性を引き起こす可能性がある。バイオ医薬品における残留HCPの存在は、薬物の安全性に関して懸念されており、バイオ医薬品中のHCP不純物を同定および特徴付ける方法およびシステムの開発の要望の増加をもたらしてきた。治療用タンパク質製品におけるHCPの存在のリスク評価のための、個々のHCPを同定および監視するための満たされていないニーズが存在する。
本開示は、原薬中の残留HCPを監視および制御して安全性のリスクを軽減するための、HCPを同定および定量する方法およびシステムを提供することによって、前述の要望を満たすための方法およびシステムを提供する。本明細書に開示される例示的な実施形態は、前述の要望および長年望まれていたニーズを満たす。
「1つ(a)」という用語は、「少なくとも1つ」を意味すると理解されるべきであり、「約」および「およそ」という用語は、当業者によって理解されるように標準的な変動を可能にすると理解されるべきであり、範囲が提供される場合、エンドポイントが含まれる。
本明細書で使用される場合、「含む(include)」、「含む(includes)」、および「含む(including)」という用語は、非限定的であることが意図され、それぞれ「含む(comprise)」、「含む(comprises)」、および「含む(comprising)」を意味することが理解される。
一部の例示的な実施形態では、本出願は、試料中の宿主細胞タンパク質(HCP)不純物を同定する方法であって、以下を含む方法を提供する:試料を固体支持体に接触させることであって、相互作用するペプチドリガンドが固体支持体に結合され、HCP不純物が相互作用するペプチドリガンドに結合することができる、接触させることと、界面活性剤を含む溶液を使用して固体支持体を洗浄して、HCP不純物を単離し溶出液を提供することと、溶出液を酵素消化反応に供して、単離されたHCP不純物の成分を生成することと、質量分析計を使用して、単離されたHCP不純物の成分を同定することであって、試料が少なくとも1つの高存在量ペプチドまたはタンパク質を含む、同定すること。
本明細書で使用される場合、「ペプチド」または「タンパク質」という用語は、共有結合的に連結されたアミド結合を有する任意のアミノ酸ポリマーを含む。タンパク質は、1つ以上のアミノ酸ポリマー鎖を含み、一般に、当該技術分野で「ペプチド」または「ポリペプチド」として知られている。タンパク質は、単一の機能的生体分子を形成するために、1つまたは複数のポリペプチドを含んでもよい。一部の例示的な実施形態では、タンパク質は、抗体、二重特異性抗体、多重特異性抗体、抗体断片、モノクローナル抗体、宿主細胞タンパク質、またはそれらの組み合わせであり得る。
一態様では、本出願の方法における少なくとも1つの高存在量ペプチドまたはタンパク質は、抗体、二重特異性抗体、抗体断片、抗体のFab領域、抗体-薬物コンジュゲート、融合タンパク質、タンパク質医薬品、または薬物である。一態様では、高存在量タンパク質は、VEGF-Trapである(その例は、米国特許第7,279,159号に開示されている)。好ましい態様では、高存在量タンパク質は、アフリベルセプトである。
本明細書で使用される場合、「抗体」は、ジスルフィド結合によって相互接続された4つのポリペプチド鎖(2つの重(H)鎖および2つの軽(L)鎖)からなる免疫グロブリン分子を指すことが意図される。各重鎖は、重鎖可変領域(HCVRまたはVH)および重鎖定常領域を有する。重鎖定常領域は、3つのドメイン(CH1、CH2、およびCH3)を含む。各軽鎖は、軽鎖可変領域および軽鎖定常領域を有する。軽鎖定常領域は、1つのドメイン(CL)からなる。VHおよびVL領域は、相補性決定領域(CDR)と呼ばれる超可変領域にさらに細分され得、これは、フレームワーク領域(FR)と呼ばれるより保存された領域により散在する。各VHおよびVLは、アミノ末端からカルボキシ末端へ、以下の順序で配列された3つのCDRおよび4つのFRで構成され得る:FR1、CDR1、FR2、CDR2、FR3、CDR3、FR4。「抗体」という用語は、任意のアイソタイプまたはサブクラスのグリコシル化および非グリコシル化免疫グロブリンの両方への言及を含む。「抗体」という用語は、抗体を発現するようにトランスフェクトされた宿主細胞から単離された抗体などの組換え手段によって調製、発現、生成、または単離されたものを含むが、これらに限定されない。IgGは、抗体のサブセットを含む。
「抗体」という用語は、本明細書で使用される場合、完全な抗体分子の抗原結合断片も含む。抗体の「抗原結合部分」、抗体の「抗原結合断片」、および同様の用語は、本明細書で使用される場合、抗原に特異的に結合して複合体を形成する、天然に存在する、酵素的に取得可能な、合成の、または遺伝子操作されたポリペプチドまたは糖タンパク質を含む。抗体の抗原結合断片は、例えば、抗体可変ドメインおよび任意選択的に定常ドメインをコードするDNAの操作および発現を伴うタンパク質消化または組換え遺伝子操作技術などの、任意の好適な標準的な技術を使用して、完全な抗体分子から誘導され得る。かかるDNAは既知であり、かつ/または、例えば、商業的供給源、DNAライブラリー(例えば、ファージ-抗体ライブラリーを含む)から容易に入手可能であるか、もしくは合成され得る。DNAは、例えば、1つ以上の可変ドメインおよび/もしくは定常ドメインを好適な構成に配置するために、またはコドンを導入し、システイン残基を生成し、アミノ酸を修飾、付加、もしくは欠失するなどのために、配列決定され、化学的に操作されるか、もしくは分子生物学の技術を使用することによって操作され得る。
本明細書で使用される場合、「抗体断片」は、インタクトな抗体の一部(例えば、抗体の抗原結合領域または可変領域)を含む。抗体断片の例としては、Fab断片、Fab’断片、F(ab’)2断片、scFv断片、Fv断片、dsFvダイアボディ、dAb断片、Fd’断片、Fd断片、および単離された相補性決定領域(CDR)領域、ならびにトリアボディ、テトラボディ、直鎖状抗体、単鎖抗体分子、および抗体断片から形成された多重特異性抗体が挙げられるが、これらに限定されない。Fv断片は、免疫グロブリン重鎖および軽鎖の可変領域の組み合わせであり、ScFvタンパク質は、免疫グロブリン軽鎖および重鎖の可変領域がペプチドリンカーによって接続された組換え単鎖ポリペプチド分子である。一部の例示的な実施形態では、抗体断片は、親抗体と同じ抗原に結合する断片である親抗体の十分なアミノ酸配列を含み、一部の例示的な実施形態では、断片は、親抗体と同等の親和性で抗原に結合し、かつ/または抗原への結合に対して親抗体と競合する。抗体断片は、任意の手段によって産生され得る。例えば、抗体断片は、インタクトな抗体の断片化によって酵素的もしくは化学的に産生されてもよく、かつ/または部分的な抗体配列をコードする遺伝子から組換え的に産生されてもよい。代替的または追加的に、抗体断片は、完全にまたは部分的に合成的に産生され得る。抗体断片は、任意選択的に、単鎖抗体断片を含んでもよい。代替的または追加的に、抗体断片は、一緒に(例えば、ジスルフィド結合によって)連結された複数の鎖を含んでもよい。抗体断片は、任意選択的に、多分子複合体を含んでもよい。機能的な抗体断片は、典型的には、少なくとも約50アミノ酸を含み、より典型的には、少なくとも約200アミノ酸を含む。
「二重特異性抗体」という語句は、2つ以上のエピトープに選択的に結合することが可能な抗体を含む。二重特異性抗体は、概して、2つの異なる重鎖を含み、各重鎖は、2つの異なる分子(例えば、抗原)上または同じ分子上(例えば、同じ抗原上)のいずれかで異なるエピトープに特異的に結合する。二重特異性抗体が2つの異なるエピトープ(第1のエピトープおよび第2のエピトープ)に選択的に結合することができる場合、第1のエピトープに対する第1の重鎖の親和性は、概して、第2のエピトープに対する第1の重鎖の親和性よりも、少なくとも1~2、または3、または4桁低く、逆も同様である。二重特異性抗体によって認識されるエピトープは、同じまたは異なる標的上(例えば、同じまたは異なるタンパク質上)にあり得る。二重特異性抗体は、例えば、同じ抗原の異なるエピトープを認識する重鎖を組み合わせることによって作製され得る。例えば、同じ抗原の異なるエピトープを認識する重鎖可変配列をコードする核酸配列は、異なる重鎖定常領域をコードする核酸配列に融合され得、かかる配列は、免疫グロブリン軽鎖を発現する細胞で発現され得る。
典型的な二重特異性抗体は、各々が3つの重鎖CDRを有する2つの重鎖、続いて、CH1ドメイン、ヒンジ、CH2ドメイン、およびCH3ドメイン、ならびに免疫グロブリン軽鎖を有し、免疫グロブリン軽鎖は、抗原結合特異性を付与しないが、各重鎖と会合し得るか、または各重鎖と会合し得、かつ重鎖抗原結合領域が結合するエピトープのうちの1つ以上と会合し得るか、または各重鎖と会合し得、かつ重鎖のうちの一方または両方をエピトープの一方または両方と結合させ得る。BsAbは、2つの主要なクラス(Fc領域を有するもの(IgG様)とFc領域を欠くもの)に分類することができ、後者は、通常、Fcを含むIgGおよびIgG様二重特異性分子よりも小さい。IgG様bsAbは、これらに限定されないが、トリオマブ、ノブ・イントゥ・ホールIgG(kih IgG)、crossMab、orth-Fab IgG、二重可変ドメインIg(DVD-Ig)、ツー・イン・ワンもしくは二重作用Fab(DAF)、IgG-単鎖Fv(IgG-scFv)、またはκλボディなどの異なる形式を有し得る。非IgG様の異なる形式としては、タンデムscFv、ダイアボディ形式、単鎖ダイアボディ、タンデムダイアボディ(TandAb)、二重親和性再標的化分子(DART)、DART-Fc、ナノボディ、またはドックアンドロック(DNL)法によって産生される抗体が挙げられる(Gaowei Fan,Zujian Wang&Mingju Hao,Bispecific antibodies and their applications,8 Journal of Hematology&Oncology 130、Dafne Muller&Roland E.Kontermann,Bispecific Antibodies,Handbook of Therapeutic Antibodies 265-310(2014))。
BsAbを産生する方法は、2つの異なるハイブリドーマ細胞株の体細胞融合に基づくクアドローマ技術、化学的架橋剤を含む化学的コンジュゲーション、および組換えDNA技術を利用する遺伝子アプローチに限定されない。bsAbの例としては、以下の特許出願に開示されているものが挙げられる(これらは、参照により本明細書に援用される):2010年6月25日に出願された米国特許出願第12/823838号、2012年6月5日に出願された米国特許出願第13/488628号、2013年9月19日に出願された米国特許出願第14/031075号、2015年7月24日に出願された米国特許出願第14/808171号、2017年9月22日に出願された米国特許出願第15/713574号、2017年9月22日に出願された米国特許出願第15/713569号、2016年12月21日に出願された米国特許出願第15/386453号、2016年12月21日に出願された米国特許出願第15/386443号、2016年7月29日に出願された米国特許出願第15/22343号、および2017年11月15日に出願された米国特許出願第15814095号。低レベルのホモ二量体不純物は、二重特異性抗体の製造中のいくつかのステップで存在し得る。このようなホモ二量体不純物の検出は、通常の液体クロマトグラフィー法を使用して実施する場合、ホモ二量体不純物の存在量が少なく、これらの不純物が主な種と共溶出するため、インタクトな質量分析を使用して実施する場合は困難である可能性がある。
本明細書で使用される場合、「多重特異性抗体」または「Mab」とは、少なくとも2つの異なる抗原に対する結合特異性を有する抗体を指す。かかる分子は、通常、2つの抗原のみに結合するが(例えば、二重特異性抗体、BsAb)、追加の特異性を有する抗体(例えば、三重特異性抗体およびKIH三重特異性)は、本明細書に開示されるシステムおよび方法によって対処することができる。
「モノクローナル抗体」という用語は、本明細書で使用される場合、ハイブリドーマ技術を介して産生される抗体に限定されない。モノクローナル抗体は、当該技術分野で利用可能なまたは既知の任意の手段による単一のクローン(任意の真核生物、原核生物、またはファージクローンを含む)に由来し得る。本開示で有用なモノクローナル抗体は、当該技術分野で既知の多種多様な技術を使用して調製され得、ハイブリドーマ技術、組換え技術、およびファージディスプレイ技術、またはそれらの組み合わせの使用が含まれる。
一部の例示的な実施形態では、タンパク質は、哺乳動物細胞から精製され得る。哺乳動物細胞は、ヒト起源または非ヒト起源の細胞であってもよく、初代上皮細胞(例えば、ケラチノサイト、子宮頸部上皮細胞、気管支上皮細胞、気管上皮細胞、腎臓上皮細胞、および網膜上皮細胞)、樹立細胞株またはそれらの株(例えば、293胎児腎臓細胞、BHK細胞、HeLa子宮頸部上皮細胞、およびPER-C6網膜細胞、MDBK(NBL-1)細胞、911細胞、CRFK細胞、MDCK細胞、CHO細胞、BeWo細胞、Chang細胞、Detroit562細胞、HeLa229細胞、HeLa S3細胞、Hep-2細胞、KB細胞、LSI80細胞、LS174T細胞、NCI-H-548細胞、RPMI2650細胞、SW-13細胞、T24細胞、WI-28 VA13、2RA細胞、WISH細胞、BS-C-I細胞、LLC-MK2細胞、クローンM-3細胞、1-10細胞、RAG細胞、TCMK-1細胞、Y-1細胞、LLC-PKi細胞、PK(15)細胞、GHi細胞、GH3細胞、L2細胞、LLC-RC 256細胞、MHiCi細胞、XC細胞、MDOK細胞、VSW細胞、およびTH-1、B1細胞、BSC-1細胞、RAf細胞、RK細胞、PK-15細胞、もしくはそれらの派生物)、任意の組織もしくは臓器由来の線維芽細胞(心臓、肝臓、腎臓、結腸、腸、食道、胃、神経組織(脳、脊髄)、肺、血管組織(動脈、静脈、毛細血管)、リンパ系組織(リンパ腺、咽頭扁桃、扁桃腺、骨髄、および血液)、脾臓、ならびに線維芽細胞および線維芽細胞様細胞株(例えば、CHO細胞、TRG-2細胞、IMR-33細胞、Don細胞、GHK-21細胞、シトルリン血症細胞、デンプシー細胞、Detroit551細胞、Detroit510細胞、Detroit525細胞、Detroit529細胞、Detroit532細胞、Detroit539細胞、Detroit548細胞、Detroit573細胞、HEL299細胞、IMR-90細胞、MRC-5細胞、WI-38細胞、WI-26細胞、Midi細胞、CHO細胞、CV-1細胞、COS-1細胞、COS-3細胞、COS-7細胞、Vero細胞、DBS-FrhL-2細胞、BALB/3T3細胞、F9細胞、SV-T2細胞、M-MSV-BALB/3T3細胞、K-BALB細胞、BLO-11細胞、NOR-10細胞、C3H/IOTI/2細胞、HSDMiC3細胞、KLN205細胞、McCoy細胞、マウスL細胞、2071系統(マウスL)細胞、L-M系統(マウスL)細胞、L-MTK’(マウスL)細胞、NCTCクローン2472および2555、SCC-PSA1細胞、Swiss/3T3細胞、インドキョン細胞、SIRC細胞、Cn細胞、およびJensen細胞、Sp2/0、NS0、NS1細胞、またはそれらの派生物)が含まれる。
本明細書で使用される場合、「宿主細胞タンパク質」という用語は、宿主細胞に由来するタンパク質を含み、所望の目的のタンパク質とは無関係であってもよい。宿主細胞タンパク質は、製造プロセスに由来するプロセス関連不純物であり得、細胞基質由来、細胞培養由来、および下流由来の3つの主要なカテゴリーを含み得る。細胞基質由来不純物としては、宿主生物に由来するタンパク質および核酸(宿主細胞ゲノム、ベクター、または総DNA)が挙げられるが、これらに限定されない。細胞培養由来不純物としては、誘導物質、抗生物質、血清、および他の培地成分が挙げられるが、これらに限定されない。下流由来不純物としては、酵素、化学的および生化学的処理試薬(例えば、臭化シアン、グアニジン、酸化剤、および還元剤)、無機塩(例えば、重金属、ヒ素、非金属イオン)、溶媒、担体、リガンド(例えば、モノクローナル抗体)、ならびに他の溶出物が挙げられるが、これらに限定されない。
一部の例示的な実施形態では、宿主細胞タンパク質は、約4.5~約9.0の範囲のpIを有し得る。一例示的な特定の実施形態では、pIは、約4.5、約5.0、約5.5、約5.6、約5.7、約5.8、約5.9、約6.0、約6.1、約6.2、約6.3、約6.4、約6.5、約6.6、約6.7、約6.8、約6.9、約7.0、約7.1、約7.2、約7.3、約7.4、約7.5、約7.6、約7.7、約7.8、約7.9、約8.0、約8.1、約8.2、約8.3、約8.4、約8.5、約8.6、約8.7、約8.8、約8.9、または約9.0であり得る。
一部の例示的な実施形態では、組成物中の宿主細胞タンパク質の種類は、少なくとも2種類であり得る。
本明細書で使用される場合、「タンパク質医薬品」または「バイオ医薬品」には、本質的に完全にまたは部分的に生物学的であり得る活性成分を含む。一態様では、タンパク質医薬品は、ペプチド、タンパク質、融合タンパク質、抗体、抗原、ワクチン、ペプチド-薬物コンジュゲート、抗体-薬物コンジュゲート、タンパク質-薬物コンジュゲート、細胞、組織、またはそれらの組み合わせを含むことができる。別の態様では、タンパク質医薬品は、ペプチド、タンパク質、融合タンパク質、抗体、抗原、ワクチン、ペプチド-薬物コンジュゲート、抗体-薬物コンジュゲート、タンパク質-薬物コンジュゲート、細胞、組織、またはそれらの組み合わせの組換え、操作、修飾、変異、または切断バージョンを含み得る。
別の例示的な実施形態では、試料は、培養細胞培養液(CCF)、回収細胞培養液(HCCF)、プロセス性能適格性(PPQ)、下流処理における任意のステップ、薬物溶液(DS)、または最終的に製剤化された製品を含む医薬品(DP)などのバイオプロセスの任意のステップから得ることができる。一部の他の特定の例示的な実施形態では、試料は、清澄化、クロマトグラフィー精製、ウイルス不活性化、または濾過の下流プロセスの任意のステップから選択され得る。一部の特定の例示的な実施形態では、医薬品は、臨床、輸送、保管、または取り扱いにおける製造された医薬品から選択され得る。
本明細書で使用される場合、「質量分析計」は、特定の分子種(または本明細書で言及される成分)を同定し、それらの正確な質量を測定することができるデバイスを含む。この用語は、検出および/または特徴付けのためにポリペプチドまたはペプチドが溶出され得る任意の分子検出器を含むことが意図される。質量分析計は、3つの主要な部分:イオン源、質量分析計、および検出器を含むことができる。イオン源の役割は、気相イオンを形成することである。分析物の原子、分子、またはクラスターを、気相に移し、(エレクトロスプレーイオン化の場合など)同時にイオン化することができる。イオン源の選択は、用途に大きく依存する。
一態様では、本出願の方法における質量分析計は、エレクトロスプレーイオン化質量分析計、ナノエレクトロスプレーイオン化質量分析計、またはトリプル四重極質量分析計であり、質量分析計は、液体クロマトグラフィーシステムに接続されている。
本明細書で使用される場合、「エレクトロスプレーイオン化」または「ESI」という用語は、溶液中のカチオンまたはアニオンのいずれかが、溶液を含むエレクトロスプレーニードルの先端と対電極との間に電位差を印加することから生じる高度に帯電した液滴の流れの形成および大気圧での脱溶媒和を介して気相に移される、スプレーイオン化のプロセスを指す。一般に、溶液中の電解質イオンから気相イオンを産生するには、3つの主要なステップがある。これらは、(a)ES注入チップにおける帯電液滴の生成、(b)溶媒蒸発による帯電液滴の縮小、および気相イオンを生成することができる高度に帯電した小さな液滴をもたらす液滴崩壊の繰り返し、ならびに(c)非常に小さな高度に帯電した液滴から気相イオンが生成するメカニズムである。段階(a)~(c)は、一般に装置の大気圧領域で起こる。一部の例示的な実施形態では、エレクトロスプレーイオン化質量分析計は、ナノエレクトロスプレーイオン化質量分析計であってもよい。
本明細書で使用される場合、「トリプル四重極質量分析計」という用語は、(非質量分解)高周波(RF)を有する直列した2つの四重極質量分析器からなるタンデム質量分析計を指し、その間の四重極のみが衝突誘起解離のためのセルとして機能する。トリプル四重極質量分析計では、ペプチド試料は、MS機器と接続したLCに注入される。第1の四重極は、標的m/zを有するペプチドを単離するための質量フィルターとして使用され得る。第2の四重極は、ペプチドを断片に分解するための衝突セルとしての役割を果たす。第3の四重極は、初期親ペプチドからの特定のm/z断片の第2の質量フィルターとして機能する。本明細書で使用される場合、「タンデム質量分析法」という用語は、質量選択および質量分離の複数の段階を使用することによって、試料分子に関する構造情報を得ることができる技術を含む。前提条件は、試料分子を気相に移し、インタクトでイオン化できること、および第1の質量選択ステップの後、ある程度の予測可能かつ制御可能な様式でバラバラになるように誘導できることである。多段階MS/MS、またはMSnは、まず、前駆体イオン(MS2)を選択および単離し、それを断片化し、一次断片イオン(MS3)を単離し、それを断片化し、二次断片イオン(MS4)を単離することによって、有意義な情報を取得し得るか、または断片化イオンシグナルが検出可能であり得る限り、実施することができる。タンデムMSは、多種多様な分析器の組み合わせを用いて成功裏に実施されている。特定の用途のために組み合わせる分析器は、感度、選択性、および速度だけでなく、サイズ、コスト、および可用性などの多くの異なる要因によって決定することができる。タンデムMS法の2つの主要なカテゴリーは、タンデム・イン・スペースとタンデム・イン・タイムであるが、ハイブリッドも存在し、タンデム・イン・タイム分析器が空間内で接続されるか、またはタンデム・イン・スペース分析器と接続される。タンデム・イン・スペース質量分析計は、イオン源、前駆体イオン活性化デバイス、および少なくとも2つの非捕捉質量分析器を含む。特定のm/z分離機能は、機器のあるセクションにおいてイオンが選択され、中間領域において解離され、次いで、生成イオンがm/z分離およびデータ収集のために別の分析器に伝達されるように設計され得る。タンデム・イン・タイム質量分析計では、イオン源で産生されたイオンは、同じ物理デバイス内で、捕捉、分離、断片化、およびm/z分離され得る。
質量分析計によって同定されたペプチドは、インタクトのタンパク質およびそれらの翻訳後修飾の代理標本(surrogate representative)として使用することができる。これらは、実験的MS/MSデータと理論的MS/MSデータを相関させることによって、タンパク質の特徴付けに使用することができる。後者は、タンパク質配列データベース中の可能なペプチドから生成される。特徴付けとしては、タンパク質断片のアミノ酸を配列決定すること、タンパク質の配列決定を行うこと、タンパク質のデノボ配列決定を行うこと、翻訳後修飾の場所を特定すること、もしくは翻訳後修飾を同定すること、もしくは比較可能性分析、またはそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
本明細書で使用される場合、「データベース」という用語は、データベース(複数可)におけるすべての可能な配列(または、本明細書で言及される成分)に対して、未解釈のMS-MSスペクトルを検索できるようにするバイオインフォマティクスのツールを指す。かかるツールの非限定的な例は、Mascot(http://www.matrixscience.com)、Spectrum Mill(http://www.chem.agilent.com)、PLGS(http://www.waters.com)、PEAKS(http://www.bioinformaticssolutions.com)、Proteinpilot(http://download.appliedbiosystems.com//proteinpilot)、Phenyx(http://www.phenyx-ms.com)、Sorcerer(http://www.sagenresearch.com)、OMSSA(http://www.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/omssa/)、X!Tandem(http://www.thegpm.org/TANDEM/)、Protein Prospector(http://www.http://prospector.ucsf.edu/prospector/mshome.htm)、Byonic(https://www.proteinmetrics.com/products/byonic)、またはSequest(http://fields.scripps.edu/sequest)である。
一部の例示的な実施形態では、質量分析計は、液体クロマトグラフィーシステムに接続され得る。
本明細書で使用される場合、「液体クロマトグラフィー」という用語は、液体または気体によって運ばれる化学混合物が、定常的な液相または固相の周囲または上を流れる際に、化学物質の差次的分布の結果として成分に分離され得るプロセスを指す。クロマトグラフィーの非限定的な例としては、従来の逆相(RP)クロマトグラフィー、イオン交換(IEX)クロマトグラフィー、混合モードクロマトグラフィー、および順相クロマトグラフィー(NP)が挙げられる。
例示的な実施形態
本明細書に開示される実施形態は、試料中の低存在量HCP不純物を同定するための方法およびシステムを提供する。
本明細書に開示される実施形態は、試料中の低存在量HCP不純物を同定するための方法およびシステムを提供する。
一部の例示的な実施形態では、本出願は、試料中の宿主細胞タンパク質(HCP)不純物を同定する方法であって、以下を含む方法を提供する:試料を固体支持体に接触させることであって、相互作用するペプチドリガンドが固体支持体に結合され、HCP不純物が相互作用するペプチドリガンドに結合することができる、接触させることと、界面活性剤を含む溶液を使用して固体支持体を洗浄して、溶出液を提供することと、溶出液を酵素消化反応に供して、単離されたHCP不純物の成分を生成することと、質量分析計を使用して、単離されたHCP不純物の成分を同定することであって、試料が少なくとも1つの高存在量ペプチドまたはタンパク質を含む、同定すること。
一態様では、本出願の方法またはシステムにおける固体支持体は、ビーズ、磁気ビーズ、クロマトグラフィー樹脂、ポリマー、またはクロマトグラフィーマトリックスであり得る。
一態様では、本出願の方法における界面活性剤は、相間移動界面活性剤、イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、またはそれらの組み合わせである。一部の態様では、本出願の方法における界面活性剤は、デオキシコール酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、またはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムである。
一態様では、本出願の方法における少なくとも1つの高存在量ペプチドまたはタンパク質の濃度は、各HCP不純物の濃度よりも少なくとも約5倍、少なくとも約100倍、少なくとも約1000倍、約10,000倍、約100,000倍、または約1,000,000倍高い。一態様では、本出願の方法におけるHCP不純物は、質量分析計を使用して定量され、各HCP不純物の検出限界は、約0.05~0.1ppm、約0.01~0.5ppm、約0.02~0.5ppm、約0.03~0.5ppm、約0.04~0.5ppm、約0.02~0.4ppm、約0.03~0.4ppm、約0.04~0.4ppm、約0.02~0.3ppm、約0.03~0.3ppm、約0.04~0.3ppm、約0.02~0.2ppm、約0.03~0.2ppm、または約0.04~0.2ppmである。
本システムは、前述のHCP、相互作用するペプチドリガンド、固体支持体、バイオ医薬品、ペプチド、タンパク質、抗体、界面活性剤、タンパク質医薬品、または質量分析計のいずれかに限定されないことを理解されたい。
本明細書で提供される方法ステップの数字および/または文字での連続した標識は、方法またはその任意の実施形態を特定の指示された順序に限定することを意味しない。
特許、特許出願、公開特許出願、受託番号、技術論文、および学術論文を含む、様々な刊行物が、本明細書全体を通して引用される。これらの引用された参照文献の各々は、すべての目的のために、その全体が参照により本明細書に援用される。別段記載されない限り、本明細書で使用されるすべての技術および科学用語は、本発明が属する技術分野における当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。
本開示をより詳細に説明するために提供される以下の実施例を参照することによって、本開示をより十分に理解することができるであろう。これらは、例示することを意図し、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
材料および方法
1.材料
ProteoMiner(商標)タンパク質濃縮キットは、Bio-Rad Laboratories,Inc.(Hercules,CA)から購入した。ProteoMiner(商標)テクノロジーは、生体試料中のタンパク質濃度の動的範囲を圧縮するための試料調製ツールである。様々なタンパク質を捕捉するために、コンビナトリアルヘキサペプチドリガンドの大規模なライブラリーをビーズ上に固定した。ProteoMiner(商標)スピンカラムは、20μlの沈降ビーズ体積を有する500μlのビーズスラリー(4%のビーズ、20%(v/v)のEtOH水溶液)を含んだ。キットの洗浄緩衝液は、50mLのPBS(リン酸緩衝液生理食塩水、150mMのNaCl、10mNのNaH2PO4、pH7.4)を含む。キットの溶出緩衝液は、凍結乾燥した尿素CHAPS(8Mの尿素、2%のCHAPS;CHAPS洗剤は、3-((3-コラミドプロピル)ジメチルアンモニオ)-1-プロパンスルホネート)を含む。キットの補水緩衝液には、5%の酢酸が含まれている。
1.材料
ProteoMiner(商標)タンパク質濃縮キットは、Bio-Rad Laboratories,Inc.(Hercules,CA)から購入した。ProteoMiner(商標)テクノロジーは、生体試料中のタンパク質濃度の動的範囲を圧縮するための試料調製ツールである。様々なタンパク質を捕捉するために、コンビナトリアルヘキサペプチドリガンドの大規模なライブラリーをビーズ上に固定した。ProteoMiner(商標)スピンカラムは、20μlの沈降ビーズ体積を有する500μlのビーズスラリー(4%のビーズ、20%(v/v)のEtOH水溶液)を含んだ。キットの洗浄緩衝液は、50mLのPBS(リン酸緩衝液生理食塩水、150mMのNaCl、10mNのNaH2PO4、pH7.4)を含む。キットの溶出緩衝液は、凍結乾燥した尿素CHAPS(8Mの尿素、2%のCHAPS;CHAPS洗剤は、3-((3-コラミドプロピル)ジメチルアンモニオ)-1-プロパンスルホネート)を含む。キットの補水緩衝液には、5%の酢酸が含まれている。
LC-MSグレードであったクロマトグラフィー溶媒は、Thermo Fisher Scientific(Waltham,MA)から購入した。モノクローナル抗体は、Regeneron(Tarrytown,NY)によって産生された。HCPとしてスパイクインされたCHO(チャイニーズハムスター卵巣)タンパク質は、Regeneron(Tarrytown,NY)によって産生された。デオキシコール酸ナトリウム(SDC)、ラウロイルサルコシン酸ナトリウム(SLS)およびクロロアセトアミド(CAA)は、Sigma-Aldrich(St.Louis,MO)から購入した。Tris-(2-カルボキシエチル)ホスフィン(TCEP)は、Thermo Fisher Scientificから購入した。RM8670(NISTmAb、NISTモノクローナル抗体標準、マウス細胞株で発現)は、米国国立標準技術研究所(NIST,Gaithersburg,MD)から取得した。
2.ProteoMiner(商標)タンパク質濃縮キットを使用したタンパク質濃縮
ProteoMiner(商標)タンパク質濃縮キットを使用して、試料中のタンパク質を濃縮した。小規模のProteoMiner(商標)カートリッジを5回の実験に使用した。ProteoMiner(商標)ビーズを、キットに提供される200μLの洗浄緩衝液で2回洗浄した。ビーズを、200μLの水で再懸濁し、40μLのビーズスラリーをチューブに移して1回の実験を行った。8mgのNISTmAb、15mgのmAb1、または15mgのmAb2を、水で50mg/mLに希釈し、続いて、25mM pH4.0の酢酸ナトリウムを使用して、溶液のpHをpH6に調整した。試料をProteoMiner(商標)ビーズスラリーに加え、2時間回転させながら室温でインキュベートした。次いで、試料混合物をフリットで先端に装填した。1000×gで1分間遠心分離することによって、上清を除去した。続いて、ビーズを、先端に100μLの洗浄緩衝液を添加することによって洗浄し、続いて、200×gで1分間、3回遠心分離した。最後に、濃縮されたタンパク質を、10μLのPTS緩衝液(12mMのSDC、12mMのSLS、10mMのTCEP、および30mMのCAA)を使用して溶出し、続いて、200×gで1分間、3回遠心分離した。濃縮されたタンパク質を含む回収した溶出液を変性させ、還元し、95℃で5分間アルキル化した。アルキル化タンパク質を150μLに希釈し、1μgのトリプシンで37℃で一晩消化して、ペプチド混合物を含む溶液を得た。ペプチド混合物を含む溶液を、10μLの10%のTFAを使用して酸性化し、SDCおよびSLSを沈殿させた。その後、ペプチド混合物を含む溶液を、13,200rpmで5分間遠心分離した。次いで、ペプチド混合物を含む上清を、GL-Tip GC脱塩チップを使用して脱塩し、SpeedVacを使用して乾燥させた。
ProteoMiner(商標)タンパク質濃縮キットを使用して、試料中のタンパク質を濃縮した。小規模のProteoMiner(商標)カートリッジを5回の実験に使用した。ProteoMiner(商標)ビーズを、キットに提供される200μLの洗浄緩衝液で2回洗浄した。ビーズを、200μLの水で再懸濁し、40μLのビーズスラリーをチューブに移して1回の実験を行った。8mgのNISTmAb、15mgのmAb1、または15mgのmAb2を、水で50mg/mLに希釈し、続いて、25mM pH4.0の酢酸ナトリウムを使用して、溶液のpHをpH6に調整した。試料をProteoMiner(商標)ビーズスラリーに加え、2時間回転させながら室温でインキュベートした。次いで、試料混合物をフリットで先端に装填した。1000×gで1分間遠心分離することによって、上清を除去した。続いて、ビーズを、先端に100μLの洗浄緩衝液を添加することによって洗浄し、続いて、200×gで1分間、3回遠心分離した。最後に、濃縮されたタンパク質を、10μLのPTS緩衝液(12mMのSDC、12mMのSLS、10mMのTCEP、および30mMのCAA)を使用して溶出し、続いて、200×gで1分間、3回遠心分離した。濃縮されたタンパク質を含む回収した溶出液を変性させ、還元し、95℃で5分間アルキル化した。アルキル化タンパク質を150μLに希釈し、1μgのトリプシンで37℃で一晩消化して、ペプチド混合物を含む溶液を得た。ペプチド混合物を含む溶液を、10μLの10%のTFAを使用して酸性化し、SDCおよびSLSを沈殿させた。その後、ペプチド混合物を含む溶液を、13,200rpmで5分間遠心分離した。次いで、ペプチド混合物を含む上清を、GL-Tip GC脱塩チップを使用して脱塩し、SpeedVacを使用して乾燥させた。
3.NISTmAbの直接消化
参照材料として、NISTモノクローナル抗体標準(例えば、NISTmAb)を、以下の手順で、トリプシンで消化した:20μgのNISTmAb(RM8670)を、SpeedVacを使用して乾燥させ、続いて、20μlのPTS緩衝液で再構成した。抗体(タンパク質)を変性させ、還元し、95℃で5分間アルキル化した。アルキル化されたタンパク質を、100μlに希釈し、1μgのトリプシンで、37℃で一晩消化して、ペプチド混合物を含む溶液を得た。ペプチド混合物を含む溶液を、10μlの10%のTFAを使用して酸性化して、SDCおよびSLSを沈殿させ、続いて、13,200rpmで5分間遠心分離した。次いで、ペプチド混合物を含む上清を、GL-Tip GC脱塩チップを使用して脱塩し、続いて、SpeedVacを使用して乾燥させた。乾燥したペプチド混合物を、40μlの0.1%のFAに再懸濁した。2μlの再懸濁溶液を、LC-MS/MS分析およびPRM分析のための直接注入に使用した。
参照材料として、NISTモノクローナル抗体標準(例えば、NISTmAb)を、以下の手順で、トリプシンで消化した:20μgのNISTmAb(RM8670)を、SpeedVacを使用して乾燥させ、続いて、20μlのPTS緩衝液で再構成した。抗体(タンパク質)を変性させ、還元し、95℃で5分間アルキル化した。アルキル化されたタンパク質を、100μlに希釈し、1μgのトリプシンで、37℃で一晩消化して、ペプチド混合物を含む溶液を得た。ペプチド混合物を含む溶液を、10μlの10%のTFAを使用して酸性化して、SDCおよびSLSを沈殿させ、続いて、13,200rpmで5分間遠心分離した。次いで、ペプチド混合物を含む上清を、GL-Tip GC脱塩チップを使用して脱塩し、続いて、SpeedVacを使用して乾燥させた。乾燥したペプチド混合物を、40μlの0.1%のFAに再懸濁した。2μlの再懸濁溶液を、LC-MS/MS分析およびPRM分析のための直接注入に使用した。
4.LC-MS/MS分析
ProteoMiner(商標)濃縮から得られた脱塩ペプチド混合物を乾燥させ、40μLの0.1%のギ酸(FA)溶液に再懸濁した。ペプチド混合物を含む5μLの溶液を、Q-Exactive HFX質量分析計(Thermo Fisher Scientific)に接続された低流量液体クロマトグラフィーシステム(例えば、UltiMate(商標)3000 RSLCnanoシステム(Thermo Fisher Scientific))に注入した。ペプチドを、25cmのC18カラム(内径0.075mm、2.0μm、100Å、Thermo Fisher Scientific)で分離した。移動相緩衝液は、超純水中に0.1%のFAを含み(緩衝液A)、溶出緩衝液は、80%のアセトニトリル(ACN)中に0.1%のFAを含んだ(緩衝液B)。ペプチドを、2%~25%緩衝液Bの100分間の線形勾配を使用して、300nL/分の流速で溶出した。質量分析計は、データ依存モードで動作した。最も強い10個のイオンを、各々、分解能120,000(自動ゲイン制御(AGC)標的3e6、最大注入時間60ms、m/z 375~1500)での全MSスキャン、および分解能30,000(AGC標的1e5、最大注入時間60ms、m/z 200~2000)でのMS/MS事象について、27%の正規化衝突エネルギー(NCE)による高エネルギー衝突性解離(HCD)断片化に供した。MSプロテオミクスのデータは、JPOSTリポジトリを介してProteomeXchange Consortiumに、プロジェクト受託番号PXD016194で寄託した。
ProteoMiner(商標)濃縮から得られた脱塩ペプチド混合物を乾燥させ、40μLの0.1%のギ酸(FA)溶液に再懸濁した。ペプチド混合物を含む5μLの溶液を、Q-Exactive HFX質量分析計(Thermo Fisher Scientific)に接続された低流量液体クロマトグラフィーシステム(例えば、UltiMate(商標)3000 RSLCnanoシステム(Thermo Fisher Scientific))に注入した。ペプチドを、25cmのC18カラム(内径0.075mm、2.0μm、100Å、Thermo Fisher Scientific)で分離した。移動相緩衝液は、超純水中に0.1%のFAを含み(緩衝液A)、溶出緩衝液は、80%のアセトニトリル(ACN)中に0.1%のFAを含んだ(緩衝液B)。ペプチドを、2%~25%緩衝液Bの100分間の線形勾配を使用して、300nL/分の流速で溶出した。質量分析計は、データ依存モードで動作した。最も強い10個のイオンを、各々、分解能120,000(自動ゲイン制御(AGC)標的3e6、最大注入時間60ms、m/z 375~1500)での全MSスキャン、および分解能30,000(AGC標的1e5、最大注入時間60ms、m/z 200~2000)でのMS/MS事象について、27%の正規化衝突エネルギー(NCE)による高エネルギー衝突性解離(HCD)断片化に供した。MSプロテオミクスのデータは、JPOSTリポジトリを介してProteomeXchange Consortiumに、プロジェクト受託番号PXD016194で寄託した。
5.PRM解析
1μgの直接消化NISTmAb試料を、Q-Exactive HFX質量分析計に接続されたUltiMate(商標)3000 RSLCnanoシステムに注入した。消化ペプチドを、0.075mm(2.0μm、100Å)の内径を有する25cmのC18カラムを使用して分離した。移動相緩衝液は、水中に0.1%のFAを含み(緩衝液A)、溶出緩衝液は、80%のACN中に0.1%のFAを含んだ(緩衝液B)。ペプチドを、2%~25%緩衝液Bの100分間の線形勾配を使用して、300nL/分の流速で溶出した。カラムからの溶出液は、エミッタースプレーチップを介して質量分析器に導入された。各試料を、2m/zの単離ウィンドウで、並列反応モニタリング(PRM)下で分析した。すべての実験において、m/z 200に対する分解能120,000(AGC標的1e6、最大注入時間60ms、m/z 350-2000)での全質量スペクトルに続いて、分解能30,000(AGC標的1e5、最大注入時間100ms)での時間スケジュールPRMスキャンを行った。27%のNCEでHCDを使用した。
1μgの直接消化NISTmAb試料を、Q-Exactive HFX質量分析計に接続されたUltiMate(商標)3000 RSLCnanoシステムに注入した。消化ペプチドを、0.075mm(2.0μm、100Å)の内径を有する25cmのC18カラムを使用して分離した。移動相緩衝液は、水中に0.1%のFAを含み(緩衝液A)、溶出緩衝液は、80%のACN中に0.1%のFAを含んだ(緩衝液B)。ペプチドを、2%~25%緩衝液Bの100分間の線形勾配を使用して、300nL/分の流速で溶出した。カラムからの溶出液は、エミッタースプレーチップを介して質量分析器に導入された。各試料を、2m/zの単離ウィンドウで、並列反応モニタリング(PRM)下で分析した。すべての実験において、m/z 200に対する分解能120,000(AGC標的1e6、最大注入時間60ms、m/z 350-2000)での全質量スペクトルに続いて、分解能30,000(AGC標的1e5、最大注入時間100ms)での時間スケジュールPRMスキャンを行った。27%のNCEでHCDを使用した。
実施例1.様々な溶出緩衝液を使用したHCPの濃縮
ProteoMiner(商標)ビーズを使用して、抗体およびHCPを含む試料中のHCPを濃縮した。図1に示されるように、HCPを濃縮するためにProteoMiner(商標)ビーズを使用する一般的なワークフローには、装填、洗浄、溶出、トリプシン消化、およびLC-MS/MS分析のステップが含まれた。いくつかの緩衝液を試験して、ProteoMiner(商標)ビーズからタンパク質を溶出した。緩衝液には、ProteoMiner(商標)溶出緩衝液およびいくつかのMS互換性溶出緩衝液、例えば、PTS緩衝液、5%の酢酸(AA)中の8Mの尿素、50%のCAN中の6Mのグアニジンおよび0.1%のTFA(0.1%TFA/50%ACN)、が含まれた。ProteoMiner(商標)タンパク質濃縮キットに提供される溶出緩衝液には、1D/2Dゲル分析の互換性のために設計された2%のCHAPSが含まれた。CHAPSは、質量分析法(MS)分析との互換性がないため、アセトン沈殿またはFASP(フィルター支援試料調製)を試験して、CHAPSを溶出液から除去した。FASPは、洗剤除去およびタンパク質消化用の使い捨て遠心分離式限外濾過ユニットを利用する方法である。ペプチド画分の生成を可能にするために、2つまたは3つのプロテアーゼを使用して、連続したタンパク質消化を行った。
ProteoMiner(商標)ビーズを使用して、抗体およびHCPを含む試料中のHCPを濃縮した。図1に示されるように、HCPを濃縮するためにProteoMiner(商標)ビーズを使用する一般的なワークフローには、装填、洗浄、溶出、トリプシン消化、およびLC-MS/MS分析のステップが含まれた。いくつかの緩衝液を試験して、ProteoMiner(商標)ビーズからタンパク質を溶出した。緩衝液には、ProteoMiner(商標)溶出緩衝液およびいくつかのMS互換性溶出緩衝液、例えば、PTS緩衝液、5%の酢酸(AA)中の8Mの尿素、50%のCAN中の6Mのグアニジンおよび0.1%のTFA(0.1%TFA/50%ACN)、が含まれた。ProteoMiner(商標)タンパク質濃縮キットに提供される溶出緩衝液には、1D/2Dゲル分析の互換性のために設計された2%のCHAPSが含まれた。CHAPSは、質量分析法(MS)分析との互換性がないため、アセトン沈殿またはFASP(フィルター支援試料調製)を試験して、CHAPSを溶出液から除去した。FASPは、洗剤除去およびタンパク質消化用の使い捨て遠心分離式限外濾過ユニットを利用する方法である。ペプチド画分の生成を可能にするために、2つまたは3つのプロテアーゼを使用して、連続したタンパク質消化を行った。
mAb1(10mg)およびHCPを含む試料を、20μLのProteoMiner(商標)ビーズで処理して、HCPを濃縮した。試料をProteoMiner(商標)ビーズで処理し、続いて、洗浄ステップ(例えば、アセトン沈殿またはFASP)と組み合わせてProteoMiner(商標)溶出緩衝液で溶出したところ、表1に示されるように、11個または8個の内因性HCPが同定された。対照的に、洗浄ステップを使用せずに5%の酢酸中の8Mの尿素を溶出緩衝液として使用すると、試料からのHCPの濃縮がより効果的であり、表1に示されるように、高い信頼性で同定された内因性HCPの数が26個に増加した。いくつかのHCPがクリーニングステップによって除去されたことから、これらの結果は、クリーニングステップ(例えば、アセトン沈殿またはFASPを使用したCHAPS除去ステップ)の追加が、HCP濃縮に対して悪影響を及ぼす場合があることを示唆した。
異なるMS互換性溶出緩衝液の有効性を評価するために、CHO(チャイニーズハムスター卵巣)細胞からの13の精製HCPを、0.1ppm(0.1ng HCP/mg mAb)~200ppmの範囲の様々な濃度で、8mgの精製モノクローナル抗体(例えば、mAb2)にスパイクした。精製mAb2には、非常に低レベルの内因性HCPが含まれていた。表2に示されるように、PTSまたは6Mのグアニジンの溶出緩衝液は、5%の酢酸中の8M尿素または0.1%のTFA/50%のACN(それぞれ、11.35または14.25μg)の溶出緩衝液と比較して、より強力な溶出効率を示し、より多量のペプチド(それぞれ、26.1μgまたは22.8μg)が得られた。PTS緩衝液では、高い信頼性で60個のタンパク質が得られ、すべての13個のスパイクインHCPが含まれた。8Mの尿素では、高い信頼性で32個のタンパク質が得られ、12個のスパイクインHCPが含まれた。6Mのグアニジンでは、高い信頼性で30個のタンパク質が得られ、12個のスパイクインHCPが含まれた。0.1%のTFA/50%のCANでは、高い信頼性で34個のタンパク質が得られ、12個のスパイクインHCPが含まれた。PTS緩衝液は、最高のHCP溶出効率を有した。したがって、ProteoMiner(商標)ビーズおよびPTS溶出緩衝液の組み合わせは、原薬中のHCPを顕著に濃縮することができる。
実施例2.異なるpH環境下でのHCPの濃縮
これまでの研究は、pH環境が、異なる植物試料中のProteoMiner(商標)結合効率に影響を及ぼすことを示した。ProteoMiner(商標)ビーズは以前にHCP分析に使用されたことがないため、異なるpH環境でのProteoMiner(商標)ビーズへの治療用医薬品の結合効率を試験した。表3に示されるように、試験結果は、原薬が、塩基性条件で、ProteoMiner(商標)ビーズに対する好ましい結合を示すことを示した。塩基性条件での原薬のPSM(ペプチドスペクトルの一致)数は、酸性条件よりも20%多かった。PSM値は、タンパク質について一致したペプチドスペクトルを示す。塩基性条件(pH9、Tris)で、約35個の内因性HCPが同定された。酸性状態(pH4、酢酸ナトリウム)で、約66個の内因性HCPが同定された。
これまでの研究は、pH環境が、異なる植物試料中のProteoMiner(商標)結合効率に影響を及ぼすことを示した。ProteoMiner(商標)ビーズは以前にHCP分析に使用されたことがないため、異なるpH環境でのProteoMiner(商標)ビーズへの治療用医薬品の結合効率を試験した。表3に示されるように、試験結果は、原薬が、塩基性条件で、ProteoMiner(商標)ビーズに対する好ましい結合を示すことを示した。塩基性条件での原薬のPSM(ペプチドスペクトルの一致)数は、酸性条件よりも20%多かった。PSM値は、タンパク質について一致したペプチドスペクトルを示す。塩基性条件(pH9、Tris)で、約35個の内因性HCPが同定された。酸性状態(pH4、酢酸ナトリウム)で、約66個の内因性HCPが同定された。
実施例3.ProteoMiner(商標)ビーズに対する試料の比率の最適化
試料とProteoMiner(商標)ビーズの比率を、HCPの濃縮を行うために最適化した。各ProteoMiner(商標)キットは、20μLのビーズを含んでいた。20μL(1キット)または4μL(1/5キット)のProteoMiner(商標)ビーズを、HCPの濃縮について試験した。製造元の推奨に従って、試料とビーズの比率が、10mgのmAb1と20μLのProteoMiner(商標)ビーズおよび2mgのmAb1と4μLのProteoMiner(商標)ビーズで試験した。表4に示されるように、これらの結果は、ProteoMiner(商標)ビーズの量が濃縮効率に影響を及ぼさないことを示した。したがって、4μLのProteoMiner(商標)ビーズが、HCP濃縮物の試験に適していた。最良の感度を達成するために、最適な試料装填量も試験した。表5に示されるように、2mgの試料装填量は、mAb2スパイクイン試料を使用して、0.5ppmの感度を示した。
試料とProteoMiner(商標)ビーズの比率を、HCPの濃縮を行うために最適化した。各ProteoMiner(商標)キットは、20μLのビーズを含んでいた。20μL(1キット)または4μL(1/5キット)のProteoMiner(商標)ビーズを、HCPの濃縮について試験した。製造元の推奨に従って、試料とビーズの比率が、10mgのmAb1と20μLのProteoMiner(商標)ビーズおよび2mgのmAb1と4μLのProteoMiner(商標)ビーズで試験した。表4に示されるように、これらの結果は、ProteoMiner(商標)ビーズの量が濃縮効率に影響を及ぼさないことを示した。したがって、4μLのProteoMiner(商標)ビーズが、HCP濃縮物の試験に適していた。最良の感度を達成するために、最適な試料装填量も試験した。表5に示されるように、2mgの試料装填量は、mAb2スパイクイン試料を使用して、0.5ppmの感度を示した。
最適な試料装填量および検出限界を評価するために、0.05ppm~0.5ppmの範囲の異なる濃度を有するCHO細胞からの11個の精製HCPを、試験のために異なる量の精製mAb2にスパイクした。ProteoMiner(商標)ビーズの濃縮優先度のバイアスを試験するために、スパイクインタンパク質は、濃度が変化するだけでなく、サイズも変化した。0.5ppmのスパイクインHCPはすべて、わずか4mgの試料装填で見出すことができる。0.1ppmのスパイクインHCPのほとんどは、8mgの試料装填で見出すことができる。0.1ppmを上回る濃度のスパイクインタンパク質のほとんどは、4mgの試料装填で同定され得るが、8mgの試料装填は、低濃度であったタンパク質のほとんどにおいて、より良好なカバレッジを示した。表6および7に示されるように、さらに試料を15mgに増やした場合、検出限界が0.05ppmに低下した。表8に、3反復の結果を示す。表9に示されるように、装填量を2mgから8mgに4倍増やした場合、検出限界が0.1ppmに増加した。これらの結果は、15mgの試料装填を使用して、潜在的な検出限界が0.05ppmであることを示した。これらの結果はまた、試料の装填量を増やすことで、ProteoMiner(商標)ビーズ上の低存在量タンパク質を効果的に蓄積させ、したがって、検出限界を向上させることができることを示した。試験結果はまた、最適な条件下で、ProteoMiner(商標)ビーズの検出限界が0.05ppmに低下し得ることを示した。
動的範囲の減少を評価するために、PRM分析(例えば、標的化MSアプローチ)を行い、ProteoMiner(商標)法から得られるHCP濃縮係数を計算した。ProteoMiner(商標)ビーズに接触する前後で、個々のHCPペプチドと抗体ペプチドの相対的な存在量を比較することによって、HCP濃縮係数を計算することができる。図2Aに、既知のHCPのうちの1つ(例えば、ポリ結合スプライシング因子PUF60)に由来する、1つのHCPペプチド(例えば、IYVASVHQDLSDDDIK)のPRMシグナルの変化を示した。図2Bに、別のHCPペプチド(例えば、この研究で新たに発見されたHCPであるプロテインNipSnapホモログ3B)に由来するTYFLKPSKのPRMシグナルの変化を示す。両方の例示的なペプチドは、ProteoMiner(商標)ビーズ処理後、PRMシグナルが200倍以上増加したことを示した。低存在量のHCPを濃縮することによって、ProteoMiner(商標)処理試料中のタンパク質の動的範囲が顕著に減少し、その後のMS分析におけるシグナル対ノイズ比が増加した。
実施例4.再現性の評価方法
NISTmAB標準を使用して、ProteoMiner(商標)ビーズおよびPTS緩衝液を使用して、本出願のHCP濃縮法の再現性を評価した。本出願のHCP濃縮法のワークフローには、200μLのPBSでスピンカラム中のProteoMiner(商標)ビーズを洗浄し、続いて、1000rcfで30秒間遠心分離して緩衝液を除去し、同じステップを2回繰り返すステップが含まれた。ビーズを200μLのPBSで再懸濁するステップに続いて、40μLのビーズ懸濁液をチューブに移した。50mg/mLの15mgの試料をチューブに添加し、室温で2時間、回転させながらビーズ懸濁液と混合した。ビーズおよび試料の混合物をフリットでチップに装填し、続いて、1000rcfで30秒間遠心分離した。続いて、チューブから上清を除去した。その後、ビーズを100μLのPBSで洗浄し、続いて、200rcfで1分間遠心分離して、上清を除去した。ビーズを再度洗浄した。その後、10μLのPTS緩衝液を使用して、ビーズからタンパク質を溶出した。ビーズを、PTS緩衝液に完全に再懸濁し、続いて、200rcfで1分間遠心分離して、上清の溶出液を回収した。同じステップを2回繰り返した。溶出液を、95℃で5分間加熱した。その後、緩衝液(100mM Tris-HCl、pH8.0)を使用して、溶出液を5倍希釈した。1μgのトリプシンを希釈した溶出液に添加して一晩消化し、ペプチド混合物を含む溶液を得た。続いて、10%TFAを、0.1%TFAの最終濃度でペプチド混合液に添加した。その後、ペプチド混合液を14000rcfで5分間遠心分離して、沈殿物および上清を得た。上清に対して脱塩プロセスを実施した。
NISTmAB標準を使用して、ProteoMiner(商標)ビーズおよびPTS緩衝液を使用して、本出願のHCP濃縮法の再現性を評価した。本出願のHCP濃縮法のワークフローには、200μLのPBSでスピンカラム中のProteoMiner(商標)ビーズを洗浄し、続いて、1000rcfで30秒間遠心分離して緩衝液を除去し、同じステップを2回繰り返すステップが含まれた。ビーズを200μLのPBSで再懸濁するステップに続いて、40μLのビーズ懸濁液をチューブに移した。50mg/mLの15mgの試料をチューブに添加し、室温で2時間、回転させながらビーズ懸濁液と混合した。ビーズおよび試料の混合物をフリットでチップに装填し、続いて、1000rcfで30秒間遠心分離した。続いて、チューブから上清を除去した。その後、ビーズを100μLのPBSで洗浄し、続いて、200rcfで1分間遠心分離して、上清を除去した。ビーズを再度洗浄した。その後、10μLのPTS緩衝液を使用して、ビーズからタンパク質を溶出した。ビーズを、PTS緩衝液に完全に再懸濁し、続いて、200rcfで1分間遠心分離して、上清の溶出液を回収した。同じステップを2回繰り返した。溶出液を、95℃で5分間加熱した。その後、緩衝液(100mM Tris-HCl、pH8.0)を使用して、溶出液を5倍希釈した。1μgのトリプシンを希釈した溶出液に添加して一晩消化し、ペプチド混合物を含む溶液を得た。続いて、10%TFAを、0.1%TFAの最終濃度でペプチド混合液に添加した。その後、ペプチド混合液を14000rcfで5分間遠心分離して、沈殿物および上清を得た。上清に対して脱塩プロセスを実施した。
本出願のHCP濃縮法の再現性を評価するために、NISTmAb標準を使用して3反復の実験を行った。図3Aに示されるように、3回の実行にわたって、合計で全タンパク質の89.4%に相当する715個の共通のタンパク質、および全ペプチドの85.8%に相当する3310個の共通のペプチドが同定された。再現性の高い結果は、HCPの濃縮に不可欠なタンパク質の同定において高い信頼性を示した。さらに、無標識定量を行って、すべての実行における各ペプチドの相対量を定量した。図3Bに示されるように、ピアソン相関分析は、0.97超であった。これは、ProteoMiner(商標)ビーズおよびPTS緩衝液を使用する本出願のHCP濃縮法が、再現性が高く、変動がほとんどないことを示した。
本出願のProteoMiner(商標)法を使用して、合計527個のHCPが、高い信頼性で同定された。直接消化を使用して同定されたHCPは、29個のみであった。図4に示されるように、ProteoMiner(商標)法と限定消化法を比較すると、両方の方法によって58のHCPが同定された。ProteoMiner(商標)法と濾過法を比較すると、両方の方法によって140個のHCPが同定された。これらの140個のHCPは、濾過法によって同定された166個のHCPの約84%であった。
実施例5.NISTmAb標準を使用したHCPの同定
(ProteoMiner(商標)ビーズおよびPTS緩衝液を使用する)本出願のHCP濃縮法を使用して、NISTmAb標準(例えば、RM 8670)を使用してHCPを同定した。図4に示されるように、合計527個のHCP、例えば、マウスタンパク質は、0.01以下の偽陽性率で、高い信頼性で同定された(2つを超えるペプチドが同定された)が、直接消化を使用すると、わずか29個のマウスタンパク質が同定された。これらの527個のマウスタンパク質を、2つの以前の研究(例えば、DoneanuらおよびHuangらの研究)と比較した。NISTmAb標準(RM 8670)を使用して、DoneanuらおよびHuangらによって、それぞれ14個のHCPおよび59個のHCPが高い信頼性で同定された。図4に示されるように、Doneanuらによって検出された14個のHCPのすべて、およびHuangらによって検出された60個のHCPのうちの58個は、本出願のHCP濃縮法を使用して同定された。
(ProteoMiner(商標)ビーズおよびPTS緩衝液を使用する)本出願のHCP濃縮法を使用して、NISTmAb標準(例えば、RM 8670)を使用してHCPを同定した。図4に示されるように、合計527個のHCP、例えば、マウスタンパク質は、0.01以下の偽陽性率で、高い信頼性で同定された(2つを超えるペプチドが同定された)が、直接消化を使用すると、わずか29個のマウスタンパク質が同定された。これらの527個のマウスタンパク質を、2つの以前の研究(例えば、DoneanuらおよびHuangらの研究)と比較した。NISTmAb標準(RM 8670)を使用して、DoneanuらおよびHuangらによって、それぞれ14個のHCPおよび59個のHCPが高い信頼性で同定された。図4に示されるように、Doneanuらによって検出された14個のHCPのすべて、およびHuangらによって検出された60個のHCPのうちの58個は、本出願のHCP濃縮法を使用して同定された。
DoneanuらおよびHuangらによって検出されなかったアタキシン2は、本出願の方法によって実際に検出されたが、1つのペプチドのみが同定された。ホスホグリセリン酸キナーゼ2は、Huangらでは、2つのペプチドで同定された。ホスホグリセリン酸キナーゼ1は、ホスホグリセリン酸キナーゼ2と84%の配列類似性を有し、本出願の方法によって、17個の固有のペプチドで同定された。要約すると、NISTmAb標準における527個の同定されたマウスHCPのうちの467個は、DoneanuらおよびHuangらによって以前に報告されていなかった。これらの467個のマウスHCPの中で、これらの467個のマウスHCPのうちの192個は、5つを超える固有のペプチドを含み、これらの467個のマウスHCPのうちの330個は、3つ以上の固有のペプチドを含む。
実施例6.並列反応モニタリングによる同定されたHCPの検証
本出願のHCP濃縮法を使用して(ProteoMiner(商標)ビーズおよびPTS緩衝液を使用して)同定されたHCPの同一性を検証するために、並列反応モニタリング(PRM)分析を使用した。527個の同定されたNISTmAb HCPのうちの25個を、PRM分析のためにランダムに選択した。直接消化およびProteoMiner処理試料の両方における選択された25個のHCPの存在を、ProteoMiner(商標)処理の前後のこれらのHCPのペプチドシグナルを比較することによって確認した。ProteoMiner法の効率の向上は、PRM検証によっても検証された。表10および11に示されるように、選択されたHCPは、ProteoMiner(商標)法を使用して、約13~1109倍濃縮されることが判明した。表10は、DoneanuらおよびHuangらによって同定されたHCPを列挙し、選択されたHCPの82%は、直接消化試料中に1ppmより高いレベルで存在していることが測定され、これは、Huangらの結果と一致した。表11に、本出願のHCP濃縮法によって検出および同定された新規HCP標的が列挙されている。
本出願のHCP濃縮法を使用して(ProteoMiner(商標)ビーズおよびPTS緩衝液を使用して)同定されたHCPの同一性を検証するために、並列反応モニタリング(PRM)分析を使用した。527個の同定されたNISTmAb HCPのうちの25個を、PRM分析のためにランダムに選択した。直接消化およびProteoMiner処理試料の両方における選択された25個のHCPの存在を、ProteoMiner(商標)処理の前後のこれらのHCPのペプチドシグナルを比較することによって確認した。ProteoMiner法の効率の向上は、PRM検証によっても検証された。表10および11に示されるように、選択されたHCPは、ProteoMiner(商標)法を使用して、約13~1109倍濃縮されることが判明した。表10は、DoneanuらおよびHuangらによって同定されたHCPを列挙し、選択されたHCPの82%は、直接消化試料中に1ppmより高いレベルで存在していることが測定され、これは、Huangらの結果と一致した。表11に、本出願のHCP濃縮法によって検出および同定された新規HCP標的が列挙されている。
これらの結果は、本出願のProteoMiner(商標)法を使用して、感度が実質的に向上したことを示した。測定されたタンパク質のほとんどは、ProteoMiner(商標)処理前、非常に低いレベルで存在したが、ProteoMiner(商標)処理後、同じタンパク質の相対濃度が実質的に増加した。表10および11に示されるように、ほとんどのHCPが100倍超濃縮されたため、これらの低存在量タンパク質の検出における感度は、顕著に改善された。特に、ある選択されたHCPは、表10に示されるように、1000倍超濃縮された。本出願のProteoMiner(商標)法は、各HCPのシグナルを顕著に増加させて、試料におけるタンパク質濃度の動的範囲を減少させることができた。
実施例7.濾過法とProteoMiner(商標)法の比較
HCPの濃縮の効率を、抗体を含む試料中のHCPの検出および同定について、ProteoMiner(商標)法と濾過(フィルター)法の間で比較した。1.5mgのmAb3およびHCPを、SDCおよびSLSカクテル緩衝液中で解離し、解離後、50K MWCOフィルターを適用することによって、HCPを抗体から分離することができる。(Chen et al.Improved Host Cell Protein Analysis in Monoclonal Antibody Products through Molecular Weight Cutoff Enrichment.Analytical Chemistry 2020 92(5),3751-3757)。フィルター法およびProteoMiner(商標)法について、2つのペプチドで同定されたHCPの数を、図5Aおよび図5Bに示す(IPの結果は、すべての異なるロットのmAb3およびmAb4の組み合わせた結果である)。表12に、スパイクインHCPの試験結果を示した。試験のために、CHO細胞由来の13個の精製HCPを、0.1ppm~200ppmの範囲の様々な濃度で、精製mAb3を含む試料にスパイクした。表12に示されるように、ProteoMiner(商標)法は、全体的に、より多くの同定されたPSMおよびより多くの固有のペプチドを示した。
HCPの濃縮の効率を、抗体を含む試料中のHCPの検出および同定について、ProteoMiner(商標)法と濾過(フィルター)法の間で比較した。1.5mgのmAb3およびHCPを、SDCおよびSLSカクテル緩衝液中で解離し、解離後、50K MWCOフィルターを適用することによって、HCPを抗体から分離することができる。(Chen et al.Improved Host Cell Protein Analysis in Monoclonal Antibody Products through Molecular Weight Cutoff Enrichment.Analytical Chemistry 2020 92(5),3751-3757)。フィルター法およびProteoMiner(商標)法について、2つのペプチドで同定されたHCPの数を、図5Aおよび図5Bに示す(IPの結果は、すべての異なるロットのmAb3およびmAb4の組み合わせた結果である)。表12に、スパイクインHCPの試験結果を示した。試験のために、CHO細胞由来の13個の精製HCPを、0.1ppm~200ppmの範囲の様々な濃度で、精製mAb3を含む試料にスパイクした。表12に示されるように、ProteoMiner(商標)法は、全体的に、より多くの同定されたPSMおよびより多くの固有のペプチドを示した。
実施例8.再現性試験
HCPの濃縮に対する本出願のProteoMiner(商標)法の再現性を、mAb4を使用して試験した。mAb4およびHCP不純物を含む15mgの試料を、ProteoMiner(商標)キットの1/5を使用して試験した。3回実施した。表13および図6に示されるように、これらの結果は、IPの結果との一致に基づいて、良好な再現性を示す。
HCPの濃縮に対する本出願のProteoMiner(商標)法の再現性を、mAb4を使用して試験した。mAb4およびHCP不純物を含む15mgの試料を、ProteoMiner(商標)キットの1/5を使用して試験した。3回実施した。表13および図6に示されるように、これらの結果は、IPの結果との一致に基づいて、良好な再現性を示す。
実施例9.ProteoMiner(商標)法と限定消化法の比較
HCPの濃縮のためのネイティブ消化法およびProteoMiner(商標)法の効率を試験し、HCP不純物を含むmAb5を使用して比較した。図7に示されるように、本出願のProteoMiner(商標)法を使用して、合計63個のHCPを高い信頼性で同定した。ネイティブ消化法を使用して、合計25個のHCPを高い信頼性で同定した。図8に示されるように、ProteoMiner(商標)およびネイティブ消化法を比較すると、両方の方法によって21個のHCPが同定された。ProteoMiner(商標)法およびネイティブ消化法を比較すると、両方の方法によって26個のHCPが同定された。表14は、本出願のProteoMiner(商標)法を使用して、mAb5試料中に見出された63個のHCPを示す。
HCPの濃縮のためのネイティブ消化法およびProteoMiner(商標)法の効率を試験し、HCP不純物を含むmAb5を使用して比較した。図7に示されるように、本出願のProteoMiner(商標)法を使用して、合計63個のHCPを高い信頼性で同定した。ネイティブ消化法を使用して、合計25個のHCPを高い信頼性で同定した。図8に示されるように、ProteoMiner(商標)およびネイティブ消化法を比較すると、両方の方法によって21個のHCPが同定された。ProteoMiner(商標)法およびネイティブ消化法を比較すると、両方の方法によって26個のHCPが同定された。表14は、本出願のProteoMiner(商標)法を使用して、mAb5試料中に見出された63個のHCPを示す。
Claims (20)
- 試料中の宿主細胞タンパク質(HCP)不純物を同定する方法であって、以下を含む、方法:
前記試料を固体支持体に接触させることであって、
前記試料が、少なくとも1つの高存在量ペプチドまたはタンパク質を含み、
相互作用するペプチドリガンドが、前記固体支持体に結合されており、
前記HCP不純物が、前記相互作用するペプチドリガンドと結合することができる、
前記接触させることと、
界面活性剤を含む溶液を使用して、前記固体支持体を洗浄し、溶出液を提供することと、
前記溶出液を酵素消化条件に供して、単離されたHCP不純物の成分を生成することと、
質量分析計を使用して、前記単離されたHCP不純物の成分を同定すること。 - 前記界面活性剤が、相間移動界面活性剤、イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、またはそれらの組み合わせである、請求項1に記載の方法。
- 前記界面活性剤が、デオキシコール酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、またはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムである、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの高存在量ペプチドまたはタンパク質の濃度が、各HCP不純物の濃度よりも、少なくとも約1000倍、10,000倍、100,000倍、または1,000,000倍高い、請求項1に記載の方法。
- 前記相互作用するペプチドリガンドが、コンビナトリアルヘキサペプチドリガンドのライブラリーである、請求項1に記載の方法。
- 前記HCP不純物が、前記質量分析計を使用して定量され、各HCP不純物の検出限界が、約0.05~0.1ppmである、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの高存在量ペプチドまたはタンパク質が、抗体、二重特異性抗体、抗体断片、抗体のFab領域、抗体-薬物コンジュゲート、融合タンパク質、タンパク質医薬品、または薬物である、請求項1に記載の方法。
- 酵素消化反応の酵素が、トリプシンである、請求項1に記載の方法。
- 前記質量分析計が、エレクトロスプレーイオン化質量分析計、ナノエレクトロスプレーイオン化質量分析計、またはトリプル四重極質量分析計であり、前記質量分析計が、液体クロマトグラフィーシステムに接続されている、請求項1に記載の方法。
- 前記質量分析計が、LC-MS(液体クロマトグラフィー-質量分析法)分析またはLC-MRM-MS(液体クロマトグラフィー-多重反応モニタリング-質量分析法)分析を行うことができる、請求項1に記載の方法。
- 試料中の宿主細胞タンパク質(HCP)不純物を同定するためのシステムであって、以下を含む、システム:
固体支持体と、
相互作用するペプチドリガンドであって、
前記相互作用するペプチドリガンドが、前記固体支持体に結合され、
前記HCP不純物が、前記相互作用するペプチドリガンドと結合することができる、
前記相互作用するペプチドリガンドと、
界面活性剤を含む溶液と、
前記HCP不純物から成分を生成することができる酵素消化溶液と、
前記成分を同定または定量することができる質量分析計。 - 前記界面活性剤が、相間移動界面活性剤、イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、またはそれらの組み合わせである、請求項11に記載のシステム。
- 前記界面活性剤が、デオキシコール酸ナトリウム、ラウリル硫酸ナトリウム、またはドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムである、請求項11に記載のシステム。
- 少なくとも1つの高存在量ペプチドまたはタンパク質の濃度が、各HCP不純物の濃度よりも、少なくとも約1000倍、10,000倍、100,000倍、または1,000,000倍高い、請求項11に記載のシステム。
- 前記相互作用するペプチドリガンドが、コンビナトリアルヘキサペプチドリガンドのライブラリーである、請求項11に記載のシステム。
- 各HCP不純物の検出限界が、約0.05~0.1ppmである、請求項11に記載のシステム。
- 少なくとも1つの高存在量ペプチドまたはタンパク質が、抗体、二重特異性抗体、抗体断片、抗体のFab領域、抗体-薬物コンジュゲート、融合タンパク質、タンパク質医薬品、または薬物である、請求項11に記載のシステム。
- 前記酵素消化溶液の酵素がトリプシンである、請求項11に記載のシステム。
- 前記質量分析計が、エレクトロスプレーイオン化質量分析計、ナノエレクトロスプレーイオン化質量分析計、またはトリプル四重極質量分析計であり、前記質量分析計が、液体クロマトグラフィーシステムに接続されている、請求項11に記載のシステム。
- 前記質量分析計が、LC-MS(液体クロマトグラフィー-質量分析法)分析またはLC-MRM-MS(液体クロマトグラフィー-多重反応モニタリング-質量分析法)分析を行うことができる、請求項11に記載のシステム。
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