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Bioanalytik formulierter Proteine

Aufgrund mangelnder Stabilität oder fehlender Gewebespezifität ist die Formulierung und Darreichung pharmakologisch relevanter Proteine bisher stark eingeschränkt [1]. Daraus resultiert ein großes Interesse an innovativen Formulierungsprozessen, die zu einer Stabilisierung sowie zu einer verbesserten Bioverfügbarkeit von proteinbasierten Arzneimitteln führen. In diesem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanzierten Kooperationsprojekt des SPP1934 mit dem Bereich Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie der Universität Bonn fokussieren wir uns daher auf die Analyse von unterschiedlich formulierten Peptiden und Proteinen. Neben deren struktureller Aufklärung sind hierbei Untersuchungen zur Stabilität, Aktivität sowie der in-vitro Freisetzungskinetik der untersuchten Zielsubstanzen notwendig. Die im Rahmen des Projekts verwendeten Modellpeptide/-proteine besitzen u.a. posttranslationale Modifikationen (PTMs) wie mehrere Disulfidverbrückungen, deren korrekte Verknüpfung essentiell für die Tertiärstruktur und somit auch für die Aktivität dieser Substanzen ist. Der Erhalt der korrekten Verbrückung ist dabei ein ausschlaggebendes Kriterium für die Etablierung von effektiven Formulierungsverfahren sowie die Entwicklung geeigneter analytischer Standards [2]. Dennoch fehlen aktuell systematische Untersuchungen zum Einfluss der Formulierungsprozesse auf die Disulfidverbrückung cysteinreicher Peptide/Proteine und anderer PTMs sowie der daraus resultierenden Bioaktivitäten. Hierzu sollen zukünftig Kombinationen verschiedener Methoden, wie bspw. LC-gekoppelte Massenspektrometrie, Aminosäureanalyse und N-terminale Proteinsequenzierung nach Edman eingesetzt werden. Insbesondere die letztgenannte Methode wurde in den letzten Jahrzehnten stark vernachlässigt und nur selten mit den MS-Methoden kombiniert angewendet. Unsere Arbeitsgruppe kann hinsichtlich solcher Analysen auf einen Proteinsequenzer Modell PPSQ-53A der Firma Shimadzu zurückgreifen, der im Rahmen der Core Facility „Proteinsynthese und Bioanalytik“ beschafft wurde. Wir möchten durch die Erweiterung des methodischen Werkzeugkastens im Rahmen dieses Projekts dazu beitragen, die Zuverlässigkeit struktureller und funktioneller Analysen von formulierten Peptiden und Proteinen als Beispiele für wirkstoffrelevante Biomakromoleküle zu steigern.

Bioanalytics of formulated proteins

[1] Antosova, Z., Mackova, M., Kral, V., Macek, T., Trends Biotechnol. 27 (2009) 628-635.

[2] Heimer, P., Tietze, A. A., Bäuml, C. A., Resemann, A., Mayer, F.J., Suckau, D., Ohlenschläger, O., Tietze, D., Imhof, D., Anal. Chem. 90 (2018) 3321–3327.

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