프로테옴 규모 연구를 통해 플라스틱 표면과 교반이 단백질 응집을 촉진하는 방법이 밝혀졌습니다.

Oct 03, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 1227(2023) 이 기사 인용

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바이오치료제의 단백질 응집은 활성과 효과를 감소시킬 수 있습니다. 또한 심각한 부작용을 일으키는 면역 반응을 촉진할 수도 있습니다. 단백질 불안정화에 대한 플라스틱 재료의 영향은 완전히 이해되지 않았습니다. 여기에서는 물질 표면, 공기/액체 계면 및 교반의 효과를 분리하여 단백질 불안정화 및 응집에서 각각의 역할을 해독할 것을 제안합니다. 우리는 정제된 단백질(소 혈청 알부민, 헤모글로빈 및 α-시누클레인)의 안정성과 교반 중 6000개의 가용성 단백질로 구성된 세포 추출물에 대한 폴리프로필렌, TEFLON, 유리 및 LOBIND 표면의 효과를 분석했습니다(P = 0.1–1.2 W/ 킬로그램). Proteomic 분석에 따르면 샤페로닌, 본질적으로 무질서한 단백질 및 리보솜은 물질 표면과 교반의 결합 효과에 더 민감한 반면 작은 대사 올리고머는 동일한 조건에서 보호될 수 있는 것으로 나타났습니다. 라만 현미경, 동적 광 산란 및 단백질체학과 결합된 단백질 손실 관찰을 통해 우리는 플라스틱에 의한 단백질 불안정화의 기계적 모델을 제안할 수 있었습니다. 우리의 결과는 단백질 손실이 주로 용액 내 작은 응집체의 핵형성으로 인한 것이 아니라 물질 표면에 노출된 단백질의 불안정화와 전단된 공기/액체 경계면에서의 후속 응집으로 인해 발생한다는 것을 시사합니다. 이는 LOBIND를 사용하여 방지할 수 없는 효과입니다. 튜브. 이러한 부작용을 최소화하는 방법에 대한 지침이 수립될 수 있습니다. 재료, 공기(일부라도) 또는 교반과 같은 결합된 스트레스의 구성 요소 중 하나를 제거하면 단백질이 보존됩니다.

단백질 기반 치료제의 수가 빠르게 증가하고 있다. 그러나 단백질은 제조 과정에서 스트레스에 노출되어 안정성에 영향을 미칩니다. 바이오치료제에서 단백질의 응집은 그 활성과 효과를 감소시킬 수 있지만 알레르기 반응 및 아나필락시스1와 같은 심각한 부작용을 일으키는 면역 반응을 촉진할 수도 있습니다.

현지 환경과 공정을 주의 깊게 제어하거나 샘플링 전에 응집체를 제거함으로써 바이오치료제 처리 중에 단백질 응집을 방지하기 위한 다양한 전략이 개발되었습니다. 단백질의 안정성을 결정하거나 단백질의 응집을 유발하는 물리적, 화학적 요인은 오랫동안 제약 및 생화학 분야의 연구 주제였습니다. 교반, 온도, pH 및 이온 강도는 단백질 응집을 유도하는 것으로 알려져 있습니다1,2,3.

바이오치료제 공정에서 단백질 안정성에 대한 물질의 영향은 상대적으로 덜 연구되었습니다. 실제로, 현재의 상황은 오랫동안 표면 흡착에 의한 단백질 손실을 최소화하는 것 중 하나였으며, 여기서 단백질/물질 상호 작용은 용액에 남아 있는 유리 단백질에 영향을 주지 않고 표면 패시베이션만 초래합니다. 1970년대부터 Leo Vroman4,5은 단백질 흡착이 정적 과정이 아니라 단백질 농도와 표면 친화도에 따라 유리 단백질과 흡착 단백질 사이의 액체-고체 경계면에서 교환이 일어나는 동적 과정임을 입증했습니다. 이 모델은 이제 표면과의 약한 상호작용에 따른 단백질 안정성의 부분적 손실과 용액에서의 후속 방출로 완성될 수 있습니다. 이는 인터페이스의 원격 효과에 대한 첫 번째 단계입니다.

최근 연구에 따르면 단백질 안정성에 대한 고체/액체 계면의 불안정화 효과는 처음에 믿었던 것보다 더 심오하며 교반을 통해 강화될 수 있음이 입증되었습니다. 항체 응집에 대한 흐름과 표면의 시너지 효과는 이미 설명되어 있습니다. 다른 연구에서는 기포9,10의 역할을 강조했습니다. 이러한 관찰은 바이오치료제 생산 중 새로운 공정이나 재료의 효과를 고려할 때 고체/액체, 공기/액체 계면 및 교반이 핵심 요소임을 시사합니다. 그러나 관련된 프로세스와 다양한 인터페이스 간의 상호 작용 및 단백질 안정성에 대한 교반을 설명할 수 있는 기계적 설명이 누락되었습니다. 더욱이, 대부분의 실험 연구는 단일 정제된 단백질을 사용하여 수행되었는데, 이는 서로 다른 단백질이 포함될 때 단백질-단백질 상호 작용의 역할, 경계면에서 단백질 복합체의 가능한 결합 및 해리, 이러한 스트레스에 대한 단백질 민감도의 변화를 설명할 수 없습니다.