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寡核苷酸藥物的現(xiàn)狀

在1998年至2021年間獲得批準(zhǔn)上市的寡核苷酸藥物有13種，見表1^[1]。多年來，基于寡核苷酸的治療方法在臨床上取得了快速的進(jìn)展，可用于多種疾病的治療，如心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、代謝疾病、癌癥等。目前正在進(jìn)行大量涉及寡核苷酸藥物治療的臨床試驗(yàn)。

表1. 已獲批的寡核苷酸藥物的作用機(jī)理

和靶向疾病^[1]

02

寡核苷酸藥物（RNA治療）的優(yōu)勢(shì)

眾所周zhi，RNA藥物已經(jīng)成為各種新的治療策略的理想候選方案，其相對(duì)于傳統(tǒng)治療藥物的主要優(yōu)勢(shì)如下^[1]。

01

可靶向“無藥可治"的目標(biāo)

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以RNA為基礎(chǔ)的藥物能夠靶向細(xì)胞內(nèi)幾乎任何遺傳成分，見圖1^[1]；其中許多成分使用其他技術(shù)可能被認(rèn)為是“無藥可治"的，包括小分子和抗體藥物。

圖1.RNA療法可以靶向不同的細(xì)胞遺傳成分^[1]

02

可快速生產(chǎn)

?

一般來說，新型小分子或抗體藥物從開發(fā)到生產(chǎn)需要數(shù)年時(shí)間。然而，一旦確定了RNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)和遞送方式，RNA藥物就可以被快速設(shè)計(jì)、合成并用于臨床試驗(yàn)。CO  VID-19大流行能夠被遏制且顯著降低感染者疾病嚴(yán)重程度的原因之一是針對(duì)CO  VID-19的疫苗開發(fā)和生產(chǎn)速度極快。

03

具有長效作用

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雖然天然RNA很容易被天然核酸酶降解，但合成RNA進(jìn)行各種修飾后，其穩(wěn)定性將大大提高。此外，當(dāng)RNA被脂質(zhì)體等載體包裹時(shí)，在系統(tǒng)給藥后，RNA能有效避免核酸酶的攻擊，從而延長壽命。

04

可進(jìn)行個(gè)性化治療

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對(duì)RNA化學(xué)結(jié)構(gòu)及其遞送系統(tǒng)進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，即可針對(duì)個(gè)體特殊疾病開發(fā)對(duì)應(yīng)的RNA藥物，且速度快、成本低。

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無遺傳毒性風(fēng)險(xiǎn)

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與DNA藥物治療相比，RNA治療沒有顯著的遺傳毒性。這是因?yàn)镈NA分子通過病毒載體被傳遞到細(xì)胞中，這種載體有可能整合到基因組中并導(dǎo)致突變。而使用RNA藥物治療可以避免這種潛在風(fēng)險(xiǎn)。

03

寡核苷酸藥物(mRNA疫苗)的商業(yè)化

CO   VID-19使mRNA 疫苗從一項(xiàng)相對(duì)小眾的技術(shù)迅速成為主流，目前全球使用了數(shù)億劑mRNA疫苗。由于mRNA生產(chǎn)具有模塊化特性，Moderna、BioNTech和CureVac等公司開發(fā)mRNA用于癌癥疫苗、蛋白質(zhì)替代療法和其他疫苗。這是因?yàn)閙RNA不同于小分子和蛋白質(zhì)藥物，它可以被定制以編碼幾乎任何蛋白質(zhì)，同時(shí)保留幾乎相同的化學(xué)特征。這使得核苷酸修飾、脂質(zhì)納米顆粒（LNP）配方和制造等其他關(guān)鍵技術(shù)在本質(zhì)上可以保持不變。自2012年以來，一項(xiàng)臨床前概念研究表明，mRNA疫苗非常適合快速應(yīng)對(duì)流行疾病，而CO   VID-19在全球的肆虐提出了將這些技術(shù)商業(yè)化的迫切需求^[2]。

04

賽默飛Vanquish Flex-ISQ EM結(jié)合Chromeleon IPD助力寡核苷酸分析

賽默飛生物兼容的Vanquish Flex超高效液相色譜儀結(jié)合單四級(jí)桿質(zhì)譜儀ISQ EM，見圖2，在離子對(duì)反相色譜流動(dòng)相體系下使15T、20T、25T、30T、35T的寡聚胸腺嘧啶脫氧核苷酸（Oligodeoxythymidines，Oligo (dT)n）實(shí)現(xiàn)分離。并通過Chromeleon色譜數(shù)據(jù)系統(tǒng)配備去卷積權(quán)限（Intact Protein Deconvolution，IPD）同時(shí)運(yùn)行色譜方法、采集質(zhì)譜數(shù)據(jù)，以及利用IPD功能確定不同長度寡核苷酸片段的分子量。

圖2.Vanquish Flex超高效液相色譜儀-單四級(jí)桿質(zhì)譜儀ISQ EM

儀器配置：

• 系統(tǒng)底座：Vanquish System Base (VF-S02-A-02)

• 泵：Vanquish Dual Pump F（VF-P32-A, 150µl靜態(tài)混合器，50µl 毛細(xì)管混合器）

• 自動(dòng)進(jìn)樣器：Vanquish Dual Split Sampler FT (VF-A40-A, 25µL定量環(huán))

• 柱溫箱：Column Compartment H (VH-C10-A，主動(dòng)預(yù)加熱器)

• 檢測器：Variable Wavelength Detector C (VC-D40-A，2.5ul流通池)

              ISQ EM

•色譜軟件： Chromeleon 7.3.0配備去卷積權(quán)限PN:7200.0046

色譜條件：

• 色譜柱：C18 column，1.7µm，2.1×50mm

• 流動(dòng)相：A：15mM TEA和400mM HFIP水溶液；B：50%流動(dòng)相A-50%甲醇

• 流速：0.2 mL·min-1，梯度洗脫見表2

• 進(jìn)樣量： 25ul

• 柱    溫： 60℃（still air）

• UV檢測器：260nm，5Hz

• 自動(dòng)進(jìn)樣器溫度：4℃

表2. 梯度洗脫程序

質(zhì)譜參數(shù)：

• Vaporizer temperature：350℃

• Ion transfer tube temperature：350℃

• Source voltage：-2000 V

• Sheath gas pressure：75 psi

• Aux gas pressure：7.5 psi

• Sweep gas pressure：0 psi

• Full scan Mass range：600-2000 m/z

• Dwell/scan time：0.5 s

• Polarity：Negative

#

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

如圖3所示，在該色譜條件下五種寡核苷酸可實(shí)現(xiàn)良好分離。在m/z 600-2000范圍內(nèi)對(duì)15T、20T、25T、30T、35T寡核苷酸的所有電荷態(tài)進(jìn)行質(zhì)量確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)不同長度寡核苷酸的質(zhì)量準(zhǔn)確度良好，質(zhì)量偏差＜0.2 Da。

圖3. Oligo (dT)n紫外色譜圖和總離子流圖

利用Chromeleon色譜數(shù)據(jù)系統(tǒng)的IPD功能解析寡核苷酸分子量，分析參數(shù)設(shè)置與結(jié)果界面如圖4所示。連續(xù)進(jìn)樣4次，通過IPD去卷積功能確認(rèn)15T、20T、25T、30T、35T寡核苷酸的相對(duì)分子質(zhì)量，見表3，質(zhì)量準(zhǔn)確度范圍為0.00Da-0.47Da，且重復(fù)性很好，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）＜0.006%。  

圖4. Chromeleon去卷積功能解析分子量軟件界面

（1）進(jìn)樣序列；（2）目標(biāo)組分列表；（3）去卷積參數(shù)設(shè)置；（4）和（6）總離子流圖；（5）全掃描質(zhì)譜圖；（7）去卷積譜圖；（8）源質(zhì)譜圖；（9）去卷積結(jié)果組成列表（點(diǎn)擊查看大圖）

表3. 寡核苷酸去卷積結(jié)果

展望

寡核苷酸的質(zhì)量控制需要開展大量實(shí)驗(yàn)，以進(jìn)行分子量確認(rèn)和樣品純度與產(chǎn)率的測定。由于寡核苷酸在260 nm處有很強(qiáng)的吸收，因此可以很容易地通過紫外檢測進(jìn)行定量。然而，分子量確認(rèn)需要質(zhì)譜分析；質(zhì)量控制也需要一個(gè)快速和穩(wěn)健的方法，以確保實(shí)現(xiàn)高通量檢測。以上均可以通過將賽默飛生物兼容的Vanquish Flex超高效液相色譜儀與單四極桿質(zhì)譜儀ISQ EM結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。ISQ EM是專為色譜儀的日常應(yīng)用和操作而設(shè)計(jì)的，它*集成到Chromeleon色譜數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，該系統(tǒng)具有完整蛋白、多肽和寡核苷酸ISQ EM數(shù)據(jù)去卷積分析能力，具體方法可參照相關(guān)應(yīng)用文獻(xiàn)^[3-6]。

參考文獻(xiàn)：

[1] Kim YK. RNA therapy: rich history, various applications and unlimited future prospects. Experimental & Molecular Medicine. 2022, 19, 1-11.

[2] Webb, C., et al. Current status and future perspectives on MRNA drug manufacturing. Molecular pharmaceutics. 2022, 19, 1047-1058.

[3] AN 000457: High-throughput analysis of oligonucleotides using a single quadrupole mass spectrometer for quality control.

[4] AN 72820：Oligonucleotide characterization for quality control and increased productivity by single quadrupole mass spectrometer with extended mass range.

[5] AN 22013：基于Chromeleon軟件的核酸樣品分子量合規(guī)質(zhì)量控制.

[6] TN 73670：Quality control of oligonucleotides with a single quadrupole mass.

[7] AN 72818:  Impurity profiling of the synthetic peptide LL-37 using high-performance liquid chromatography with combined UV and single quadrupole mass spectrometric detection