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FTIR, NIR 和拉曼对蛋白质表征的优缺点

    

抽象色谱,左侧为紫色和蓝色,右侧为红色和橙色 — 光谱学概念

治疗性蛋白质是一类重要的生物药物,用于治疗从癌症到自身免疫的各种疾病。然而,它们的稳定性明显低于传统的小分子药物,为了解决这个问题,已经开发出固体剂型。然而,这些并非没有局限性。为了稳定并具有所需的治疗效果,蛋白质结构必须在用于开发它们的冻干(冷冻干燥)过程的压力条件下保持。

为确保最终药物产品具有所需的质量,采用了多种光谱方法来评估治疗性蛋白质的物理稳定性和生物活性,以及它们在粉末形式和最终药物产品中的构象稳定性。根据发表在Pharmaceutics上的一篇新评论,冷冻干燥后立即评估蛋白质的二级结构对于预测长期储存稳定性非常有用。作者写道,最常用的技术是傅里叶变换红外光谱 (FTIR)、拉曼光谱和近红外光谱 (NIR)。

他们解释说,红外光谱技术是用于表征溶液和固态蛋白质二级结构的最广泛使用的分析技术之一。FTIR 是一种快速方法,可用于冻干前、复溶后和冻干固体中,使其成为非常流行的二级结构评估方法。然而,它有几个限制:样品中的水会干扰 FTIR 光谱,低分辨率意味着含有各种赋形剂的配方可能过于复杂而无法解释,并且预测固态降解的能力很差。它也只能测量全局蛋白质构象,不能用于检测三级结构变化。

NIR 越来越多地用于分析蛋白质二级结构:“它是最有价值的非破坏性和非侵入性分析方法之一,已在药物二级结构研究中得到广泛应用”。根据审查,它比 FTIR 和拉曼光谱具有许多优点,其中包括:实验时间更快(通常每个样品不超过两分钟);仪器不需要用氮气吹扫来对抗 FTIR 等水分含量的影响;无需样品制备;它是非破坏性的,因此样品在分析后可以保存和恢复;并且不需要大量的数据操作来获得可用的结果。然而,审查警告说,

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这组说,拉曼光谱是对红外分析的补充,因为它可用于研究生物制药样品中不同的聚集状态。与 FTIR 相比,它的优势包括与 NIR 类似,不需要样品制备;弱散射;并降低了水引起的噪音,使其能够用于水相和固态分析。然而,它有一些局限性,包括速度较慢,分析中使用的激光会局部加热样品并损坏它们,并且来自样品内容物(成分、杂质、赋形剂等)的荧光会干扰拉曼信号。

得出的结论是,尽管能够准确表征和/或监测治疗性蛋白质二级结构的变化,但FTIR、NIR 和拉曼与储存稳定性的相关性并不高,相反,他们建议使用其他技术,例如固态荧光和紫外-可见光谱。