Gel-Elektrophorese in der Qualitätskontrolle von Biopharmazeutika

Die HWI pharma services GmbH bietet eine breite Palette von Dienstleistungen im Bereich der Analytik von Biopharmazeutika an, die für humantherapeutische Anwendungen geeignet sind. Angesichts des großen Einflusses, den unterschiedliche Produktionsverfahren auf die Eigenschaften von Wirkstoffen haben, wird eine Vielzahl unterschiedlicher apparativer Methoden für die Qualitätskontrolle oder Charakterisierung von Biopharmazeutika benötigt.

Wir möchten Ihnen mit den kommenden Blogbeiträgen unsere verschiedenen Analysentechniken und die daraus resultierenden Möglichkeiten zur Analytik Ihrer biopharmazeutischen Produkte vorstellen. Wir starten mit der etablierten Technik der Elektrophorese.

Elektrophorese
Die Elektrophorese ist sehr vielseitig in der pharmazeutischen Qualitätskontrolle einsetzbar und wird zur Untersuchung von Peptiden, Proteinen und Nukleinsäuren verwendet. Das Trennprinzip der klassischen Gel-Elektrophorese beruht auf der Migration gelöster und geladener Teilchen in einem elektrischen Feld durch eine Gelmatrix. Dabei wandern die Moleküle in Richtung der entgegengesetzt geladenen Elektrode und werden je nach Größe, Form und Ladung in diskrete Banden getrennt. Die klassische SDS-PAGE wird weltweit in zahlreichen (Forschungs-)Laboren eingesetzt.

Abbildung 1: Mittels mikrochip-basierter Gelelektrophorese erzeugtes klassisches „Gelbild“. Die Positionen 1-4 zeigen ein Immunglobulin G unter nicht-reduzierenden Bedingungen, während in Position 5-8 die Einzelfragmente Heavy Chain (HC) bzw. Light Chain (LC) des reduzierten IgGs zu erkennen sind.

Heute gibt es von verschiedenen Herstellern Systeme zur automatisierten Gel-Elektrophorese auf Mikrofluidik-Basis, die gegenüber der herkömmlichen Gel-Elektrophorese zahlreiche Vorteile bieten. Dazu zählen ein drastisch reduzierter Proben- (1 µL für Nukleinsäuren, 4 µL für Proteine) und Reagenzienverbrauch, eine deutlich kürzere Analysezeit (30–40 Minuten), eine vereinfachte Probenvorbereitung sowie eine schnellere Datenanalyse. Darüber hinaus ermöglichen die planaren Chipstrukturen mit rechteckig ausgebildeten Kanälen und laserinduzierter Fluoreszenz (LiF) niedrige Nachweisgrenzen, eine verbesserte Auflösung sowie eine erhöhte Reproduzierbarkeit. Bei der HWI kommt zu diesem Zweck der 2100 BioAnalyzer der Firma Agilent zum Einsatz, für welchen eine Reihe von standardisierten Analyse-Kits verfügbar sind.

Die verfügbaren Protein-Kits sind zur Gehalts- und Reinheitsprüfung von Proteinen im Größenbereich 5–230 kDa einsetzbar und bieten eine vergleichbare Empfindlichkeit zu der bei der SDS-PAGE üblichen Coomassie Blue-Färbung. Diese Assays eignen sich beispielsweise zur Bestimmung des PEGylierungsgrades(1) biopharmazeutischer Wirkstoffe oder zur qualitativen Analyse von Milchprodukten. Das System ermöglicht darüber hinaus die Identitäts- und Reinheitsprüfung von Antikörpern mit hoher Empfindlichkeit, wie in der Abbildung zur Qualitätskontrolle von Immunoglobulin G dargestellt.

Abbildung 2: Das Elektropherogramm von IgG (2 µg/µL), aufgenommen mit dem Agilent Protein 230 Kit unter reduzierten Bedingungen. Zu erkennen sind die einzelnen Fragmente des Antikörpers: light chain (LC) bei 26,1 kDa und heavy chain (HC) bei 58,1 kDa. Weitere Peaks sind beispielsweise glykosylierte Nebenfragmente oder Aggregate, die im Rahmen einer Reinheitsprüfung quantifiziert werden können.

Als Alternative zur herkömmlichen SDS-PAGE mit Silberfärbung oder zu immunologischen Methoden wie dem Western Blot kann der High Sensitivity Protein 250-Assay verwendet werden.(2) Mit diesem Assay können Proteine im Molekulargewichtsbereich von 10–250 kDa in Konzentrationen bis zu wenigen pg/µL im Detail untersucht werden.

Zudem ermöglichen das Agilent 2100 Bioanalyzer-System und die verschiedenen DNA-Kits die automatisierte Größenbestimmung und Quantifizierung von Produkten, die durch RT-PCR, Genexpression, Klonierung oder Restriktionsverdau erzeugt werden. Mit dem High Sensitivity DNA-Kit können beispielsweise DNA-Fragmente im Größenbereich von 50 bis 7000 bp mit einer vergleichbaren Empfindlichkeit im unteren pg/μL-Bereich analysiert werden. Auch für die Prüfung von Ribonukleinsäuren stehen entsprechende Chips zur Verfügung, mit welchen typische QC-Parameter wie die RNA-Integrität, die Qualität oder der Gehalt geprüft werden können.

Durch die Wahl der mikrochip-basierten Gel-Elektrophorese für die Qualitätskontrolle Ihrer Biopharmazeutika profitieren Sie von schnelleren Analysezeiten, präzisen Ergebnissen und Kosteneinsparungen. Unsere hochmodernen Analyseverfahren und das Expertenwissen unseres erfahrenen Teams stellen sicher, dass Ihre Produkte den höchsten Qualitätsstandards entsprechen. Profitieren Sie von den Vorteilen der Mikrochip-basierten Gel-Elektrophorese für die Qualitätskontrolle Ihrer Biopharmazeutika. Vertrauen Sie auf unsere Expertise und lassen Sie uns gemeinsam die Sicherheit und Wirksamkeit Ihrer Produkte gewährleisten. Für weitere Informationen und Beratung zu unseren Analyseleistungen kontaktieren Sie uns gerne.

(1) “Analysis of PEGylated Proteins Using the Agilent 2100 Bioanalyzer System”, Agilent, https://www.agilent.com/cs/library/applications/5990-9593EN.pdf
(2) “Immunoprecipitation and the High Sensitivity Protein 250 Assay”, Agilent, https://www.agilent.com/cs/library/applications/5990-4097EN.pdf