SCIEX ZenoTOF 7600: Charakterisierung von Biologika

Fortschritte in der Charakterisierung von Biologika mit dem SCIEX ZenoTOF 7600: Empfindlichkeit, Auflösung und Geschwindigkeit

Im heutigen, sich schnell entwickelnden biopharmazeutischen Umfeld war die Notwendigkeit robuster analytischer Werkzeuge noch nie so groß. Biologika stellen eine breite und strukturell vielfältige Klasse von Makromolekülen dar, einschließlich Proteinen, Peptiden, Nukleinsäuren, Lipiden und Glykanen. Jedes dieser Biomoleküle stellt aufgrund seiner Größe, inhärenten Komplexität, Variabilität und zahlreichen Modifikationen besondere analytische Herausforderungen dar. Ihre präzise Charakterisierung erfordert eine Massenspektrometrie-Plattform, die eine hohe Empfindlichkeit, außergewöhnliche Auflösung und fortschrittliche Fragmentierung bietet.

Das SCIEX ZenoTOF 7600 System begegnet diesen Herausforderungen, indem es modernste QTOF-Technologie mit innovativen Hardware-Weiterentwicklungen kombiniert, die sowohl die qualitativen als auch die quantitativen analytischen Fähigkeiten erheblich verbessern. Mit seiner Hochleistungs-Ionenfalle (Zeno-Falle) zur Steigerung der MS/MS-Empfindlichkeit, Elektronen-aktivierten Dissoziation (EAD) für eine detaillierte Strukturaufklärung, Hochgeschwindigkeits-Datenerfassung und einer datenunabhängige Akquisitionsstrategie (SWATH, Serial Window Acquisition of all Theoretical Mass Spectra) setzt das System einen neuen Maßstab in der Analyse von Biotherapeutika.

Dieser Blog untersucht die zentralen technologischen Innovationen des ZenoTOF 7600 und deren direkten Einfluss auf analytische Arbeitsabläufe wie die Analyse intakter Massen, Peptid-Mapping und PTMs (posttranslationale Modifikationen). Wir werden erörtern, wie die fortschrittlichen Fragmentierungsstrategien, die verbesserte Duty-Cycle-Effizienz und die hochauflösende Leistung tiefere Einblicke in die strukturelle Integrität, Modifikationen und Heterogenität therapeutischer Biomoleküle ermöglichen und somit greifbare Vorteile für die Charakterisierung und Qualitätskontrolle von Biologika bieten.

Technologische Innovationen im ZenoTOF

Zeno-Falle und Duty-Cycle-Verbesserung
Im Zentrum des ZenoTOF 7600 steht die innovative Zeno-Falle – eine Hochkapazitäts-Ionenfalle, die sich direkt nach der Quadrupol-Kollisionszelle befindet. Konventionelle TOF-Instrumente beschleunigen typischerweise nur etwa 5–25 % der verfügbaren Ionen in das Flugrohr, mit Hilfe der pulsförmigen Ioneninjektion. Im Gegensatz dazu fängt die Zeno-Falle diese Ionen ein und gibt sie dann sequentiell in umgekehrter Massenreihenfolge frei, wodurch der effektive Duty-Cycle auf 90 % oder mehr über den gesamten Massenbereich erhöht wird. Diese clevere Strategie führt zu MS/MS-Empfindlichkeitsverbesserungen im Bereich von 4- bis 20-fach und stellt sicher, dass trace-level Fragmente sicher nachgewiesen werden können.

Elektronen-aktivierte Dissoziation (EAD)
Eine weitere zentrale Innovation ist die Integration der Elektronen-aktivierten Dissoziation (EAD). Im Gegensatz zur herkömmlichen kollisionsinduzierten Dissoziation (CID) verfügt die EAD-Zelle über einstellbare Elektronenenergien im Bereich von 0 bis 25 eV. Diese Einstellbarkeit ermöglicht eine präzise Kontrolle des Fragmentierungsprozesses und damit eine effiziente, aber auch schonende Dissoziation über ein breites Spektrum von Analyten – von komplexen, mehrfach geladenen Peptiden bis hin zu kleinen Molekülen. Im Gegensatz zu herkömmlichen CID-Spektren erzeugt das EAD-Verfahren Fragmentspektren, die labilen posttranslationalen Modifikationen bewahren, und liefert so die strukturellen Details, die für eine umfassende Charakterisierung notwendig sind. Diese Spektren liefern häufig komplementäre Informationen zur CID-Fragmentspektren.

Serial Window Acquisition of all Theoretical Mass Spectra (SWATH)
Aufbauend auf den fortschrittlichen EAD-Fähigkeiten geht SCIEX mit ZenoTOF 7600 noch einen Schritt weiter, indem es SWATH – eine datenunabhängige Akquisitionsstrategie – integriert. Diese verbindet den hohen Duty-Cycle der Zeno-Falle mit der umfassenden Leistungsfähigkeit von of Sequential Window Acquisition of All Theoretical Mass Spectra (SWATH). Neuere Studien zeigen, dass diese Kombination, eine bessere proteomische Abdeckung ermöglicht. Durch die Optimierung enger Isolationsfenster und die Erhöhung der Anzahl erfasster Precursor-Ionen übertrifft das ZenoTOF 7600 konventionelle SWATH-DIA-Methoden, indem es bis zu 40 % mehr Proteingruppen in Proben mit geringer Ausgangsmenge identifiziert (1). Darüber hinaus stellt der verbesserte Duty-Cycle sicher, dass reproduzierbare MS/MS-Daten über breite m/z-Bereiche erfasst werden können, was eine schnellere Hochdurchsatzanalyse ermöglicht, ohne Empfindlichkeit und Genauigkeit zu beeinträchtigen. Dies macht das System ideal geeignet für die Analyse komplexer Probenmatrices, bei denen sowohl Entdeckungs-orientierte Ansätze als auch gezielte Quantifizierung unerlässlich sind.

Schnelle Datenakquisition und Auflösung
Ein weiteres Merkmal des Systems ist eine Schnelle Datenakquisition. Optimierte Ionenoptiken, kombiniert mit einer vorkonfigurierten Hochgeschwindigkeits-LINAC-Kollisionszelle und einem fortschrittlichen Ionen-Detektor, arbeiten zusammen, um schnelle Akquisitionsraten zu erreichen. Diese Konfiguration stellt sicher, dass das Instrument hohe Massenpräzision und -auflösung beibehält und Daten mit Akkumulationszeiten von nur wenigen Millisekunden erfasst – ein wesentliches Merkmal für moderne chromatographische Trennungen. Das System erreicht routinemäßig Massengenauigkeiten von unter 2 ppm und übertrifft 40.000 Auflösung bei m/z 1000, was eine sichere Zuordnung von Precursor-Massen und deren Trennung ermöglicht.

Der ZenoTOF-Vorteil: Ermöglichung von Biologika-Workflows

Die erhöhte Empfindlichkeit des ZenoTOF 7600 erleichtert den die Detektion und die Quantifizierung von Spurenverunreinigungen, Abbauprodukten und Glykoformen, die für Stabilitätsstudien und Biosimilaritätsbewertungen entscheidend sind Durch das Erfassen von bis zu 90 % der MS/MS‑Fragmente erzielt die Plattform erzielt die Plattform Empfindlichkeitssteigerung von 4- bis 20-fach gegenüber herkömmlichen TOF-Systemen, sodass Peptidfragmente im niedrigen Pikogrammbereich zuverlässig nachgewiesen werden können

Die Erhaltung labiler PTMs durch Elektronen-aktivierte Dissoziation (EAD) die Sicherheit struktureller Zuordnungen, indem empfindliche Modifikationen – wie O verknüpfte Glykane und Phosphorylierungen– unter schonenden Fragmentierungsbedingungen erhalten bleiben. Diese Fähigkeit ermöglicht die präzise Lokalisierung kritischer PTMs und unterstützt die funktionelle Analyse und detaillierte Charakterisierung therapeutischer Proteine.

Die quantitative Robustheit, hohe Empfindlichkeit und schnelle Analysengeschwindigkeit der Plattform (UPLC‑ZenoTOF 7600) in Kombination mit einem umfassenden Portfolio standardisierter Workflows für Intaktmassenbestätigung, Peptidmapping, PTM‑Profiling und gezielte MRM‑Assays machen sie ideal geeignet für QC‑Freigabetests, Methodenvalidierung und Vergleichbarkeitsstudien sowie eine Vielzahl weiterer kritischer Tests in der Biopharmaindustrie.

Biologika-Klassen für LC–ZenoTOF-Anwendungen

Monoklonale Antikörper sind eine zentrale Klasse therapeutischer Biologika. LC-ZenoTOF-Workflows kombinieren Intaktmassenanalyse mit hochauflösender Glykoform-Analyse, um exakte Molekulargewichtsverteilungen zu bestätigen, Chargenkonsistenz zu bewerten und kritische posttranslationale Modifikationen zu lokalisieren.
Für Therapeutische Proteine (mABs, Enzyme) wird Peptid-Mapping und EAD-unterstützte Fragmentierung genutzt, um Primärsequenzen zu verifizieren, Abbauprodukte zu identifizieren und kritische Modifikationen wie Oxidationen und Deamidierungen zu überwachen. Diese Daten liefern essenzielle Informationen zur Stabilität und Lagerfähigkeit. Synthetische Peptide durchlaufen eine rigorose Sequenzbestätigung, um Synthesegenauigkeit und Reinheit sicherzustellen Bei Proteinen und Peptiden mit Disulfidbrücken ermöglicht ein spezielles Mapping die Verifizierung korrekter Cysteinpaarungen und damit die Sicherung von Struktur‑ und Funktionsintegrität. Peptid‑Wirkstoff‑Konjugate werden detailliert analysiert, um das genaue Wirkstoff‑zu‑Peptid‑Verhältnis zu bestätigen und die Stabilität der Linker unter Lager‑ und physiologischen Bedingungen zu überprüfen – ein entscheidender Faktor für gleichbleibende therapeutische Wirksamkeit.

Nukleinsäure-Therapeutika – einschließlich mRNA, Antisense-Oligonukleotide (ASOs), kleine interferierende RNA (siRNA) und Aptamere – profitieren von der Intaktmassenüberprüfung und Verunreinigungsprofilierung, um Sequenztreue und chemische Integrität zu gewährleisten Die LC-MS-Analyse ist entscheidend, um Nukleotidmodifikationen, Konjugat-Anbindungen und Qualitätsmerkmale wie Kappungseffizienz und Poly(A)-Schwanz-Integrität zu bestätigen, was eine konsistente therapeutische Leistung unterstützt.

Glykane und Glykoproteine profitieren von der sanften EAD-Fragmentierung des ZenoTOF, die fragile glykosidische Bindungen erhält und eine präzise Glykosylierungsanalyse sowie eine umfassende Profilierung freier Glykane ermöglicht – entscheidend für Biobetters und Biosimilars, um strukturelle Konsistenz und funktionelle Ähnlichkeit mit Referenzprodukten sicherzustellen.

Abschließend werden Lipid‑ und Protein‑Lipid‑Konjugate in komplexen Trägersystemen hinsichtlich Lipidzusammensetzung, Konjugationsstellen und niedrigstufigen Verunreinigungen charakterisiert.

In den kommenden Beiträgen werden diese Biologika-Klassen detailliert untersucht. Dabei wird gezeigt wie LC–ZenoTOF‑Strategien optimal für QC‑Freigabetests, Reinheits‑ und Integritätsprüfungen, Identitätsbestätigungen sowie erweiterte Strukturcharakterisierungen eingesetzt werden können.

Haben wir Ihr Interesse geweckt? Kontaktieren Sie uns hierzu gerne. Die Experten aus dem Bereich Laboratory Services stehen Ihnen jederzeit für weitere Informationen zur Verfügung. SCIEX ZenoTOF 7600 ist eines von vielen Geräten, die zu unserer technischen Ausstattung gehören. Hier geht es zum PDF: Equipment Laboratory Services.

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1. Gu Y. et al. Zeno SWATH for Enhanced Proteome Coverage in Low-Input Samples. Proteome Res. 23, 1120–1131 (2024). (sciex.com)
2. Smith J. A. et al. High-Duty Cycle Ion Trapping in QTOF Mass Spectrometry Using the Zeno Trap. Chem.96(5), 2345–2353 (2024). (sciex.com)
3. Lee T. H. & Brown D. F. Electron-Activated Dissociation for PTM-Preserving Fragmentation. Proteomics24, e2300412 (2024). (sciex.com)
4. Miller R. J. et al. Performance Characteristics of the SCIEX ZenoTOF 7600 Platform. Rapid Commun. Mass Spectrom.38, e9256 (2024). (sciex.com)
5. Wang P. & Zhao L. Quantitative Reproducibility in SWATH-DIA with Zeno Trap Integration. Cell. Proteomics23(8), 1500–1512 (2024). (sciex.com)
6. Jones H. A. et al. Applications of High-Speed LINAC Collision Cells in Modern QTOF Instruments. Am. Soc. Mass Spectrom.35(3), 456–467 (2025). (sciex.com)
7. Patel S. S. et al. Implementing Fast Acquisition Methods in CRO Workflows: A Case Study. Bioanalysis17(2), 89–101 (2025).
8. Li M. et al. Electron Activated Dissociation in Proteomic Analysis of Labile PTMs. Bioanal. Chem.417(12), 3456–3467 (2024). (pubmed.ncbi.nlm.nih.gov)