Partikelgrößenverteilung von Biopharmazeutika
Die Biotechnologie gewinnt in der Herstellung von Medikamenten immer mehr an Bedeutung. Ziel ist es hierbei, Proteine (Biopharmazeutika) herzustellen, die direkt in die Vorgänge des Organismus eingreifen. Dabei handelt es sich nicht um „kleine“ Wirkstoffmoleküle, sondern um komplexe Moleküle. Zur Produktion solcher Biopharmazeutika werden zumeist Organismen, tierische oder pflanzliche Zellen eingesetzt, die in sogenannten Bioreaktoren die Proteine erzeugen.
Proteine neigen dazu Aggregate zu bilden, mehrere Proteine haften dabei aneinander und bilden Agglomerate. Mit der Bildung großer Proteinverbünde sinkt die Wirksamkeit der Biopharmazeutika. Für viele Hersteller von Biopharmazeutika ist die Bestimmung der Partikelgröße ein wesentliches Instrument zur Beurteilung der Produktqualität.
Die Größen von Proteinen sind sehr unterschiedlich; sie können im Bereich von zehntel Nanometern bis hin zu mehreren hundert Nanometern groß sein. Die entstehenden Aggregate können Verbünde aus bis zu mehreren tausend Proteinen oder mehr sein.
Shimadzu bietet mit seinem „Aggregate Sizer“ ein Analysensystem an, das speziell für die Partikelgrößenanalyse von Proteinen entwickelt wurde. Es arbeitet mit der statischen Laserbeugung und hat einen Messbereich von 7 nm bis 800 µm. 78 einzelne Detektorelemente erfassen die Lichtverteilung des erzeugten Beugungsmuster. Neben der Größenbestimmung der Agglomerate kann mit diesem System auch deren Konzentration verlässlich bestimmt werden. Zudem steht eine Software zur Verfügung, die alle Vorgaben an die Hersteller von Pharmazeutika erfüllt (GMP, GLP, FDA-Compliance).
Messzelle auch für kleine Probenmengen
Die Proteine sind aufgrund der aufwendigen Herstellungsverfahren entsprechend kostbar. Der Einsatz großer Probenvolumina sollte daher möglichst gering gehalten werden. Für Anwendungen von sehr kleinen Probenvolumina steht eine weitere Messzelle zur Verfügung. Hier genügen Probenmengen von etwa 0,4 ml, um die Proteine zu vermessen.
Um die Proteinsuspension zu messen, stehen zwei verschiedene Messzellen zur Verfügung. Bei der sogenannten Batch-Cell handelt es sich um eine Küvette mit einem Füllvolumen von etwa 5 ml. Eine integrierte Rührplatte hält die Suspension homogen.
Für Testmessungen wurde eine Albumin-Suspension herangezogen. Das eigentliche Messsignal ist die Lichtverteilung auf den Detektorelementen. Die grünen Balken entsprechen dem Lichteinfall auf dem jeweiligen Detektorelement, das durch Beugung und Streuung auf den Detektor gelangt. Aus dieser Lichtverteilung wird schließlich die Partikelgrößenverteilung berechnet.
Ergebnisse
Man sieht, dass die Albumin-Proteine Aggregate in verschiedenen Größenbereichen gebildet haben. Die kleineren Aggregate liegen in einem Größenbereich von 110 nm – 340 nm, die größeren Aggregate im Bereich von 650 – 1400 nm.
Empfohlenes Gerät / Ausstattung
Aggregate Sizer
BC-75
HC-75
Albumin-Protein-Aggregate in verschiedenen Größenbereichen