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應用優(yōu)勢 ■ 教學式系統(tǒng)展示LC系統(tǒng)擴散對mAb的SEC 分離的影響 ■ 指導用戶根據(jù)所使用的LC系統(tǒng)和分析方法要求(包括分離度、靈敏度、重現(xiàn)性和可轉(zhuǎn)換性)選擇SEC色譜柱配置 ■ 展沃特世ACQUITY™ UPLC™ H-Class Bio和 ACQUITY Arc™ Bio系統(tǒng)的SEC分離性能

 

簡介過去，體積排阻色譜(SEC)是評估重組蛋白生物治療藥物中非共價蛋白質(zhì)聚集體 (高分子量物質(zhì)[HMWS])時應用廣泛的方法1 。但近年來，由于SEC色譜柱和LC 系統(tǒng)的性能提升，使用SEC對這些樣品中的蛋白質(zhì)片段(低分子量物質(zhì)[LMWS]) 在非變性的條件下進行分析的方法也越來越受到人們的關注。其中受關注的，是針對鉸鏈區(qū)水解降解所產(chǎn)生IgG單克隆抗體(mAb)片段的分析方法2 。相較于將單體(約150 KDa)與二聚體和更高分子量形式HMWS(≥300 KDa)分離的傳統(tǒng)分離方法，LMWS片段(分子量為mAb單體分子量三分之二(約100 KDa)的mAb主要形式)的分離可能更具挑戰(zhàn)性。這是由于LMWS與單體的大小 (流體動力學半徑)相比于單體與HMWS蛋白質(zhì)的大小更加接近。由于蛋白質(zhì)洗脫順序中低濃度LMWS峰作為主(單體)峰上的拖尾肩峰洗脫，使分離難度進一步增加。

 

雖然使用粒徑為亞2 µm的SEC色譜柱能夠提高效率，從而提高HMWS和LMWS 的分析通量，但由于色譜柱硬件和填料的限制，這些高柱效SEC顆粒僅適用于內(nèi)徑為4.6 mm或更小的色譜柱。使用HPLC色譜系統(tǒng)時，通常因為SEC粒徑為3 µm 及以上，可以選擇7.8 mm內(nèi)徑的色譜柱。雖然許多HPLC系統(tǒng)也能夠在這些內(nèi)徑為4.6 mm的SEC色譜柱所需流速和背壓下運行，但存在一個經(jīng)常被忽視的事實，即典型HPLC配置的柱外擴散相對大于這些UPLC SEC色譜柱所產(chǎn)生的峰體積，導致觀察到的峰分離度明顯降低3 。柱外擴散可以看作是樣品在通過不含色譜柱的LC系統(tǒng)流路時發(fā)生的體積增加現(xiàn)象。

 

本研究的目的是系統(tǒng)性評估SEC粒徑、色譜柱柱長和內(nèi)徑以及LC系統(tǒng)柱外擴散對mAb的HMWS和LMWS的分離度的影響，文中所述基本原理適用于其它蛋白質(zhì)的SEC分析。此外，還將演示系統(tǒng)擴散對LMWS的檢測下限和定量結果可靠性的不良影響。綜上，提供與 Waters™ LC儀器兼容的色譜柱的選擇建議。

測定系統(tǒng)擴散色譜分析的一條基本原理是：色譜柱以外發(fā)生的柱外擴散或柱外色譜峰/譜帶展寬始終會對分離度造成不良影響。在許多蛋白質(zhì)和肽的梯度分離(例如反相和離子交換)中，分析物在上樣條件下與固定相強力結合，并在柱床的頭部重新濃縮，然后開始梯度洗脫。這些梯度分離方法，能夠大程度削弱甚至消除柱前譜帶擴散造成的不良影響，使分析人員的主要關注點轉(zhuǎn)向峰從色譜柱洗脫后發(fā)生的擴散。與此相反，在理想的SEC分離中，蛋白質(zhì)樣品和SEC顆粒表面不發(fā)生結合。對于SEC分離的實際情況是，柱前擴散與柱后擴散一樣會降低分離質(zhì)量。因此，評估樣品在通過不含色譜柱的LC系統(tǒng)后體積和曲線的變化可能十分有用。

 

柱外擴散(系統(tǒng)譜帶展寬)的測定已得到廣泛研究。感興趣的讀者可以參閱本應用紀要的姊妹篇《評估LC系統(tǒng)擴散對體積排阻色譜分析蛋白的影響》 (沃特世應用紀要，部件號：720006337ZH)，其中更全面地討論了系統(tǒng)擴散及其測定，并額外展示了有關柱外擴散對SEC分離影響的實驗。本文測定了5σec擴散體積(根據(jù)4.4%峰高處峰寬)，如圖1 所示。從圖2所示擴散曲線可見，柱外擴散峰不對稱(曲線存在明顯的拖尾或偏斜)，因此峰寬測定位置越接近基線，受峰拖尾的影響可能就越大。因此，選擇使用4.4%峰高處峰寬來測定5σ峰值雖然有些武斷，但這是大多數(shù)常用色譜數(shù)據(jù)系統(tǒng)(例如 Waters Empower 3和Agilent ChemStation)所提供的峰高百分比處的峰寬。通過在色譜柱入口側增加樣品定量環(huán)，ACQUITY UPLC H-Class Bio 系統(tǒng)上發(fā)生的各種柱外擴散情況如圖2所示