特性解析(キャラクタリゼーション)
インタクト・サブユニット・ペプチドレベルで分子量と構造を確認する。
- インタクト質量
LC-MSは、液体クロマトグラフィーで分離した成分をエレクトロスプレーイオン化(ESI)で気相イオンに変え、質量分析計で質量電荷比(m/z)を測定する手法です。タンパク質医薬では、インタクト質量、サブユニット質量、ペプチドマッピング、糖鎖プロファイル、翻訳後修飾(PTM)の同定、宿主細胞タンパク質(HCP)のMS定量などに使われ、近年はこれらを一つの試験法に統合するMulti-Attribute Method(MAM)の基盤にもなっています。
LC-MSは、LCで複雑な混合物を分離し、ESIでイオン化したうえで質量分析計に導入して、各成分の正確な質量を測定する手法です。タンパク質はESIで多価イオン(多数の電荷状態)として検出されるため、得られた多価スペクトルをデコンボリューションして、実際の分子量(中性質量)に変換します。これにより、抗体や組換えタンパク質のインタクト質量、軽鎖・重鎖・Fc/Fabなどのサブユニット質量を直接確認できます。
酵素消化(トリプシンなど)で得たペプチドをLC-MS/MSで測定するペプチドマッピングでは、配列の確認に加え、酸化、脱アミド、C末端Lys、N末端ピログルタミン酸といったPTM、糖鎖修飾の部位と相対量を評価できます。糖鎖はPNGase Fで遊離させた後に標識してプロファイルを取得することも、ペプチド上のグリコフォームとして観察することもあります。これらの属性を一つのペプチドマッピング法でまとめて測定・定量し、新規ピークの検出(new peak detection)まで含めて工程管理に使う運用がMAMです。
宿主細胞タンパク質(HCP)の評価では、ELISAを補完する形で、LC-MS/MSによる個々のHCP種の同定と定量(スパイクド標準ペプチドなどを用いた絶対・相対定量)が行われます。装置はQ-TOFやOrbitrapなどの高分解能質量分析計が主流で、用途によっては単四重極の小型システムも使われます。
基本的には、測定目的に合わせて試料を調製(脱糖・還元・酵素消化など)し、LCで分離、ESIでイオン化したうえでMSまたはMS/MSスペクトルを取得し、デコンボリューションや配列照合を経て同定・定量し、結果をレポートにまとめます。
従来は電荷異性体をicIEF、糖鎖をHILIC、サイズをCE-SDSというように属性ごとに別々の試験法で評価していました。MAMは、これらの属性をペプチドマッピングベースのLC-MSで一括して測定・定量しようとする考え方です。
従来法は確立した属性別の試験法、MAMは複数の品質特性を一つのLC-MS法で測定・定量し新規ピークまで監視する手法。両者は置き換えではなく目的に応じて併用される。
属性ごとに別の試験法を実施
ペプチドマッピングを基盤に複数属性を一法で測定
電荷分布・糖鎖分布などのプロファイル
部位特異的な修飾と相対量、配列レベルの情報
対象属性以外は捉えにくい
new peak detectionで未知ピークを検出できる
ピーク比などで相対評価
抽出イオンクロマトグラム等で各属性を相対定量
比較的簡便、CE/HPLCで運用しやすい
高分解能MSと解析・データ管理の整備が必要
確立した試験法として広く運用
CSV・データインテグリティ対応を前提に運用設計
規格試験・ルーチンQCで定着
特性解析〜工程管理を一法で担う発展的手法
| 測定目的 | 内容 | 主な情報 |
|---|---|---|
| インタクト質量 | 脱糖・還元せず全体の分子量を測定する | 分子量の確認、主要グリコフォーム、全体構造の妥当性 |
| サブユニット質量 | 還元やIdeS消化で軽鎖・重鎖・Fc/Fab等に分けて測定する(中分子) | 鎖ごとの分子量、修飾の局在の絞り込み |
| ペプチドマッピング | 酵素消化したペプチドをLC-MS/MSで測定する | 配列確認、PTM(酸化・脱アミド・C末端Lys・N末端ピログルタミン酸)の部位と相対量 |
| 糖鎖プロファイル | 遊離糖鎖の標識分析、またはグリコペプチドとして測定する | 糖鎖構造の同定と相対量、グリコフォーム分布 |
| 翻訳後修飾(PTM) | 修飾の種類・部位・相対量を評価する | 酸化、脱アミド、糖化、C末端/N末端修飾などの特定 |
| HCPのMS定量 | 宿主細胞タンパク質を個別に同定・定量する | HCP種の同定、残存量の推定(ELISA補完) |
| 注意点 | 内容 |
|---|---|
| 試料調製アーチファクト | 消化や保存の過程で生じる脱アミド・酸化などの人為的修飾を、本来の品質特性と区別する |
| イオン化抑制(マトリックス効果) | 共溶出成分や塩、夾雑によるESIのイオン化抑制が定量に影響する |
| 質量精度・分解能の管理 | 校正やシステム適合性で質量精度・分解能を維持し、誤帰属を避ける |
| デコンボリューションの妥当性 | 多価スペクトルの変換条件によって分子量やピーク帰属が変わりうる |
| データ量・解析の負荷 | 高分解能データは大容量で、解析パラメータや手順の標準化が必要 |
| 規制対応 | MAM等をQCで運用する場合はCSV・データインテグリティ・試験法バリデーションが前提 |
LC-MSは、原薬・製剤の特性解析から構造確認、修飾の同定、工程管理、類似性評価まで、品質特性の理解が必要な多くの工程で使われます。
インタクト・サブユニット・ペプチドレベルで分子量と構造を確認する。
理論質量や配列との照合で目的分子であることを確認する。
糖鎖プロファイルやPTMの部位と相対量を評価する。
複数の品質特性を一法で測定・定量し、新規ピークを監視する。
宿主細胞タンパク質を個別に同定・定量し、ELISAを補完する。
先行品と後続品の質量・修飾・糖鎖を比較し同等性を評価する。
精製中間体の不純物・修飾の変化をモニターし条件を最適化する。
保存・ストレス条件下での酸化・脱アミドなどの変化を追跡する。
アンチセンスやsiRNAの質量確認・不純物・代謝物を評価する。
規格試験・確認試験・申請資料・ロット評価で用いる。
LC-MSは、タンパク質医薬を中心に、糖鎖・電荷修飾や質量確認が重要な幅広いモダリティーで使われます。