HCP抗体覆盖率验证解决方案

时间:2022-12-22

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01-宿主细胞蛋白(HCP)

宿主细胞蛋白(HCP)是在重组技术生产治疗性蛋白药物的过程中,由宿主细胞(如细菌、酵母、哺乳动物与昆虫或植物细胞)所产生的一类蛋白质混合物。残留在治疗性蛋白药物产品中的HCP具有潜在的免疫原性,患者暴露于含有HCP的产品中可能会产生抗HCP抗体、抗药抗体,影响产品的质量、安全性及有效性。因此HCP被认为是一种关键质量属性(CQA),需要建立合适的策略监测工艺过程中HCP的去除水平,并控制终产品中HCP含量符合药物质量要求。

中国药典(ChP)规定HCP残留量应不高于蛋白质总量的0.01%。美国药典(USP)规定单抗制品中残留HCP不得超过100 ppm,其它蛋白类药物其所允许的HCP一般也低于100 ppm。


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02-HCP残留检测方法


国际人用药品注册技术协调会(ICH)指南ICH Q6B指出,对于HCP,通常选用可检测比较广范围蛋白质杂质、又较灵敏的方法进行,如免疫分析法。以夹心酶联免疫吸附法(EILSA)形式进行的免疫测定由于其高灵敏度和高通量成为HCP检测的行业金标准。通过向动物(例如山羊、兔子等)体内注射HCP混合物引发免疫反应,动物将产生针对这些HCP的多克隆抗体,使用这些多克隆抗体可以开发出多分析物夹心ELISA试剂盒。在检测过程中,抗HCP多克隆抗体捕获样品中的HCP蛋白,并将其固定在96孔板上,检测抗体与捕获的HCP结合,经过辣根过氧化物酶(HRP)催化产生荧光信号,信号强度与HCP含量相关。


商品化的ELISA试剂盒中的多克隆抗体能够识别大多数HCP混合物中的蛋白质,但可能无法检测特定制造过程中的HCP成分。通过ELISA法检测HCP残留的准确性主要依赖于多克隆抗体对HCP的覆盖率。因此,监管机构要求在治疗性蛋白产品在商业化申报之前,用于检测HCP残留的多克隆抗体对于产品中HCP的覆盖率需要经过验证。


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03-HCP抗体覆盖率验证

3.1. HCP 抗体覆盖率检测方法

USP <1132>章节阐述了两种用于测定ELISA试剂盒中多克隆抗体对HCP覆盖率的方法,一种是二维凝胶电泳后连用免疫印迹分析(2-D SDS-PAGE/Western blot, 2D-WB),另一种是免疫亲和结合后连用凝胶电泳技术(Immunoaffinity binding/1- or 2-D SDS-PAGE)。第一种方法通过对比免疫印迹染色点数与经荧光染色或银染获得的总蛋白点数来获得抗体覆盖率(如Figure 1所示)。第二种方法通过对比样品从固定了HCP抗体的凝胶柱上流穿和洗脱的蛋白数量计算抗覆盖率。


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Figure 1- Left panel: 2-D IEF/SDS-PAGE analysis of representative CHO HCP calibration standard stained with a sensitive fluorescent. Right panel: Western blot analysis of the same gel shown in the left panel. (Excerpt from USP <1132>)


3.2. 双向差异荧光印记法(2D-DIBE)

双向差异荧光印记法(2D-DIBE)是测定ELISA试剂盒中抗体的覆盖率的常用方法,是2D-WB方法的改进,其主要的操作步骤如下。

HCP首先通过第一维的等电聚焦电泳依据等电点分离带不同性质电荷的蛋白,随后转移至第二维的SDS-PAGE凝胶电泳,依据蛋白分子量大小不同进行分离。经过两个维度的电泳分离,极大的提高了HCP的分离效果。

二维凝胶电泳原理如Figure2所示:


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Figure 2 - Schematic of Two-dimensional gel electrophoresis


将经二维凝胶电泳分离的宿主细胞蛋白由分离凝胶转印至PVDF膜上,使用荧光染料SYPRO Ruby进行染色,经成像仪荧光模式检测获得蛋白信号。随后将PVDF膜与ELISA试剂盒中的抗HCP抗体共同孵育,进行免疫印迹(Western blot)反应。反应结束后加入可与抗HCP抗体结合的二抗。二抗带有辣根过氧化物酶,能够催化底物产生光信号或其他信号,经成像仪化学发光模式检测可获得产生免疫反应的蛋白点数。

Western blot原理如Figure3所示:

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Figure 3 - Schematic of Western blot


由于蛋白荧光信号和与HCP抗体结合的二抗信号在同一张膜上显示,避免了两张膜不同分离效果带来的差异。可以利用软件方便的进行图像叠加和数据分析,准确匹配两者重合的点数并计算抗体覆盖率:

总蛋白点数=SYPRO Ruby染色识别点数+Western blot信号点数-两者重合的点数

抗体覆盖率= Western blot信号点数/总蛋白点数×100%


04-赋成生物HCP抗体覆盖率验证平台介绍


赋成生物采用2D-DIBE方法建立了完整的HCP抗体覆盖率验证平台,协助多家大型企业进行关键临床阶段及BLA上市申报前的HCP抗体覆盖率验证,并与之建立了长期合作关系。赋成生物目前已完成30+项目的抗体覆盖率评估,涉及市面大多数常用ELISA试剂盒品牌的验证评估,并协助客户进行试剂盒替换对比。

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Figure 4展示了赋成生物HCP抗体覆盖率验证案例,该项目对比分析了两种HCP试剂盒内的HCP抗体对样品HCP的覆盖率。经SYPRO Ruby染色,荧光检测成像,样品中HCP在两张膜中检测到的点较接近,表明试验的精密度良好(如图2A、2B)。再将转模后的样品进行Western blot识别,分别得到两种HCP试剂盒SYPRO Ruby和Western blot信号的重叠图(如图2C、2D)。按照总蛋白点数=SYPRO Ruby染色识别点数+ Western blot信号点数-两者重合的点数、抗体覆盖率= Western blot信号点数/总蛋白点数×100%,计算表明两种HCP试剂盒中抗体覆盖率均为80%左右,均满足HCP检测需要。但Kit 1中抗体识别的HCP点要多于Kit 2,表明Kit 1可以获得更好的灵敏度和线性范围,更适合于该项目HCP检测。

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Figure 4 - Comparison of HCP Antibody in Kit 1 and Kit 2

(A: SYPRO Ruby detection profile of Kit 1; B: SYPRO Ruby detection profile of Kit 2; C: Western blot detection profile of Kit 1; D: Western blot detection profile of Kit 2 )

( Red signal: SYPRO Ruby signal; Green signal: Western blot signal )


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参考文献

[1].Slaney, Thomas, Song, et al. Identification of a host cell protein impurity in therapeutic protein, P1[J]. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis: An International Journal on All Drug-Related Topics in Pharmaceutical, Biomedical and Clinical Analysis, 2017;32-38.

[2].Seisenberger C, Graf T, Haindl M, et al. Questioning coverage values determined by 2D western blots: A critical study on the characterization of anti‐HCP ELISA reagents[J]. Biotechnology and Bioengineering. 2020;1–11.
[3].International Conference on Harmonization. ICH Q6B Specifications: Test Procedures and Acceptance Criteria for Biotechnological/Biological Product [M]. 2005.
[4].The United States Pharmacopieial Convention. USP <1132> Residual Host Cell Protein Measurement in Biopharmaceuticals[M].2021.

[5].国家药典委员会. 中华人民共和国药典(2020年版):三部, 尼妥珠单抗注射液[M]. 北京:中国医药科技出版社,2020.



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