新的纳米流体装置加速了生物制剂的质量控制

来自麻省理工学院的工程师已经设计了一种新的方法来分析生物学的生产。在蛋白质进入纳米过滤器阵列装置之后，它们被引导到墙壁的一侧。然后，这种窄线遇到一系列具有微小毛孔的倾斜过滤器，设计成使得较小的蛋白质可以容易地融合它们，而较大的蛋白质将沿着对角线移动一定距离，然后通过其中一个孔移动一定距离。

来自麻省理工学院的工程师开发了一种纳米流体装置，可以快速测试活细胞产生的蛋白质药物。

用活细胞制造的药物，也称为生物学，是制药行业最快的段之一。这些药物通常是抗体或其他蛋白质，用于治疗癌症，关节炎和许多其他疾病。

然而，监测这些药物的质量已被证明挑战，因为活细胞的蛋白质产生比传统药物的合成更难以控制。通常，这些药物由一系列化学反应产生的小有机分子组成。

麻省理工学院工程师已经设计了一种新的方法来分析生物学，因为它们产生了更快，更高效的这种药物的安全测试。该系统基于一系列纳米级过滤器，也可以在施用之前部署以测试药物，以确保它们在到达患者之前没有降级。

“现在没有机制检查蛋白质postreLease的有效性，”电气工程与计算机科学教授Jongyoon Han说。“如果您有分析，可以消耗非常少量的样本，但也提供有关聚集和绑定的关键安全信息，我们可以考虑护理点分析。”

韩是本文的高级作者，它出现在5月22日的自然纳米技术问题。本文的铅作者是MIT Postdoc Sung Hee Ko。

一个复杂的过程

许多生物学在由已经设计的细胞填充的“生物反应器”中产生，以产生大量某些蛋白质如抗体或细胞因子（免疫系统使用的一种信号传导分子）。其中一些蛋白质药物还需要通过称为糖基化的方法加入糖分子。

“蛋白质本质上比小分子药物更复杂。韩表示，即使你经常运行相同的生物反应器进程，你可能最终有不同的蛋白质，不同的糖基化和不同的活动，“韩表示。

虽然制造商可以监测生物反应器条件，如温度和pH值，虽然可能会警告潜在的问题，但没有办法测试蛋白质的质量，直到生产完整后，该过程可能需要数月。

“在该过程结束时，您可能会或可能不会得到一个很好的批量。如果你碰巧批量糟糕，这意味着整体制造工作流程中的大量浪费，“韩说。

韩认为，他以前开发的纳诺膜可以适应在流过微小通道时按尺寸对蛋白质进行分类，这可能允许连续，自动监测作为产生蛋白质。这种尺寸的信息可以揭示蛋白质是否聚集在一起，这是蛋白质失去其原始结构的标志。

在蛋白质进入纳入过滤器阵列装置之后，它们被引导到墙壁的一侧。然后，这种窄线蛋白质遇到一系列具有微小孔（15至30纳米）的倾斜过滤器。设计孔隙使得较小的蛋白质将容易地融合它们，而较大的蛋白质将在孔中沿着对角线移动一定距离，然后通过其中一个孔。这允许基于其尺寸分离蛋白质：较小的蛋白质保持靠近它们开始的侧面，而较大的蛋白质朝向相对的侧面漂移。

通过改变毛孔的大小，研究人员可以使用该系统将蛋白质分离为20至数百千罗德尔顿的蛋白质。这使得它们可以确定蛋白质是否形成了大块的丛，这可能会引起患者的危险免疫应答。

研究人员在三种蛋白质上测试了它们的装置：人体生长激素;干扰素α-2b，一种被视为癌症药物的细胞因子;和粒细胞 - 菌落刺激因子（GCSF），用于刺激白细胞的产生。

为了证明该设备揭示蛋白质降解的能力，研究人员将这些蛋白质暴露于有害的条件，例如热，过氧化氢和紫外线。将蛋白质通过纳米过滤器阵列装置分离，允许研究人员准确地确定是否已经降级了。

按大小排序还可以揭示蛋白质是否与其预期目标绑定。为此，研究人员将生物学与蛋白质片段混合，药物意味着靶向。如果生物学和蛋白质片段正确结合，它们形成具有独特尺寸的较大蛋白质。

快速分析

该纳米流体系统可以在30至40分钟内分析小蛋白质样品，加上制备样品的几个小时。然而，研究人员认为他们可以通过进一步小型化装置来加速。

“我们可能能够在几十分钟内完成，甚至几分钟，”韩说。“如果我们意识到，我们可能能够做实际的护理点检查。这是未来的方向。“

该研究由国防高级研究项目机构，Spawar Systems Center太平洋，一些作者得到了Siebel奖学金和三星奖学金的支持。

出版物：Sung Hee Ko等，“用于持续多游艇物质的生物学纳米流体装置，”自然纳米技术，（2017）; DOI：10.1038 / nnano.2017.74