生化仪器分析与实验技术在药物质控研究中应用

1、生化仪器分析与实验技术在药物质控研究中应用生化仪器分析与实验技术生命学科研究集多学科为一体：光学、电学、化学、生物化学、免疫学 综合性实验技术四大实验技术：光谱分析、电泳技术、免疫学技术、层析技术生化仪器特点：功能多样化、操作智能化、测定微量化生化药品的定义与分类 一般系指从动、植物及微生物中提取、分离、纯化，或用生物化学半合成或用现代技术制得的具有生物化学活性的一类用于临床治疗的药物:氨基酸及其衍生物 酶与辅酶核苷酸及其衍生物肽与蛋白多糖 类脂类基因工程药物的质控特点 目前，研发成果主要集中在蛋白质和多肽类药物，其质控内容主要有： 结构确认 理化性质鉴别 纯度与杂质检查 效价与含量测定 生物

2、活性测定 基因工程药物来源于活的生物体（细菌或细胞，它的生产涉及到生物材料和生物学过程，如发酵、细胞培养、分离纯化目的产物等，这些过程有其固有的易变性， 必须对原材料、培养过程、纯化工艺过程、最终产品进行全面的质量控制。临床应用 溶栓类 tPA UK SK K2 tPA TNK tPA 纤溶酶 人水蛭素类似物 抗肿瘤 门冬酰胺酶 TNFa 人精氨酸酶 抑肽酶 舍雷肽酶 蕲蛇酶 抗病毒 利巴韦林 阿昔洛韦 干扰素 聚肌胞苷酸 肌苷 环磷腺苷 降血糖 人胰岛素及其类似物、人促胰岛素分泌素 治疗心脑血管病 弹性蛋白酶 胰激肽原酶 生长抑素 促生长 人生长激素制剂 促生殖 卡贝缩宫素 人促卵泡激素 人

3、绒促性素 人促黄体生成素 曲普瑞林制剂 抗炎症 胰蛋白酶 糜蛋白酶 复合凝乳酶 木瓜酶 超氧化物歧化酶 胶原酶 凝乳酶 菠萝蛋白酶 酸性蛋白酶 溶菌酶 玻璃酸酶 止血 尖吻蝮蛇凝血酶、血凝酶、凝血酶、巴曲酶、蛇毒激凝酶 消化 复方消化酶片 胰酶 胃蛋白酶 中性蛋白酶 淀粉酶 胰脂酶治疗高尿酸血症 假丝酵母尿酸氧化酶治疗I型戈谢病 阿糖苷酶 -葡萄糖脑苷脂酶补充营养增强免疫力 氨基酸输液 脂肪乳 脑磷脂 卵磷脂 猪苓多糖生物化学实验技术1.光谱分析技术2.层析技术3.色谱分析技术4.电泳技术5.免疫学技术6.离心技术7.膜分离技术光谱技术: (1) 紫外: 氨基酸、核苷酸、肽、蛋白、酶、糖；(2

4、) 红外: 氨基酸、核苷酸、辅酶；(3) 核磁: 氨基酸、核苷酸、辅酶、肽、衍生物；(4) 质谱: 氨基酸、小肽、核苷酸；(5) 拉曼光谱: 蛋白 、糖；(6) 圆二色光谱:蛋白 、 糖 (7) 原子吸收：蛋白和酶中的金属离子 (8) 荧光发射 ： 氨基酸、核苷酸、肽、蛋白；层析与色谱分析技术(1) 纸层析: 氨基酸、糖、核苷酸(2) 板层析: 氨基酸、核苷酸、脂；(3) 柱层析: 氨基酸、核苷酸、蛋白脂；(4) 气相色谱: 有机残留杂质；(5) 液相色谱: 氨基酸、肽、蛋白、核酸、糖、脂 (6) 气质联用：脂、肽、蛋白、核糖； (7)液质联用：肽、蛋白、核糖； (8) 临界色谱：肽、蛋白、核

5、糖。电泳技术: (1) 纸电泳 氨基酸、糖、核苷酸 (2) 淀粉电泳 氨基酸、核苷酸 (3) 淀粉凝胶电泳 糖、核苷酸 (4) 琼脂凝胶电泳与免疫电泳 核酸 蛋白质 (5) PAGE 核酸 多肽 蛋白质 酶 (6) SDS多肽 蛋白质 酶 (7)等电聚焦电泳 多肽 蛋白质 酶 (8) 毛细管电泳 核酸 多肽 蛋白质 (9) 等速电泳 多肽 蛋白质 酶 现代仪器分析序列仪2.氨基酸序列仪 N末端aa序列3.飞行时间质谱分析仪 MALDI-TOF/MS 分子量 质量肽图 纯度 糖蛋白微观不均一性4.电喷雾质谱分析仪 分子量微观不均一性5.多功能电泳仪 分子量 纯度 等电点 电印记 双向电泳末端肽段

6、分馏仪7. 园二色光谱仪 蛋白质二级结构8.激光拉曼光谱仪: 蛋白二级结构与构象 生物膜结构9.库仑水分测定仪 684KF 微量水分10.多功能荧光微板仪 SPECTRA MAX GEMINI XS 体外细胞活性 残余DNA11.多功能酶标仪 SPECTRA MAX 190型 体外细胞活性 宿主蛋白12.液相色谱质谱仪 分子量 质量肽图13.不溶性微粒测定仪 HIAC/ROYCO 8103型 制剂中微粒14.高效液相色谱仪 岛津 惠普 沃特斯 纯度与杂质检查 效价与含量测定 肽图谱15.高效毛细管电泳仪 肽图谱 纯度 含量16.液闪仪 放免活性测定17.多角光散射仪 多亚基蛋白 多糖质控内容

7、结构确认 理化性质检测 纯度与杂质检查 含量测定 生物活性测定 效价测定 安全性检查主要质控技术 生化分析技术 生物学技术 (1)HPLC法（分子筛、反相、疏水相互作用、阴离子交换、氨基柱）鉴别和肽图谱测定（胰酶、V8酶、胃蛋白酶）；检查有关物质或高分子蛋白或游离PEG；含量测定； (2) 多肽与蛋白质的Western-blotting及其免疫学测定 (3)等电聚焦法电泳法检测等电点和异构体；（4）SDSPAGE法测定蛋白和多肽分子量和纯度； (5)底物法或凝块裂解法测定酶活性； (6)分子杂交免疫法检测残余DNA； (7)免疫分析法检测肽或宿主蛋白； (8) 体外细胞培养法测定效价；（9）高

8、校毛细管电泳检测纯度；（10）银染SDSPAGE法检测解离亚基或聚合物； 肽图谱测定与分析目的 鉴别蛋白质一级结构是否改变方法 裂解-分离-检测 裂解：化学法-溴化氢（Met羧基端，酸性条件）； 5，5-二硝基苯甲酸（）； 酶法-专一性蛋白水解酶 胰蛋白酶：碱性aa Arg 和 Lys羧基端，对Arg-Pro,Lys-Pro健无作用 胰凝乳蛋白酶：芳香族aa羧基端， 内肽酶： Lys羧基端； V8蛋白酶 ：酸性aa Asp 和Glu 羧基端（PBS，） ， Asp-X （乙酸BS，） 梭菌蛋白酶： Arg 羧基端， 凝血酶：专一裂解Arg-Gly键 胃蛋白酶： 肽段分离： HPLC：C18 C

9、8 HPCE ：胶束，聚焦，区带，凝胶模式，SDS：15%胶浓度，Tricine-三甲基甘氨酸，肽段检测： 紫外检测器 214nm 肽图谱 质谱检测器 肽段分子量 质量肽图 重组人胰岛素及其类似物理化性质人胰岛素甘精胰岛素门冬胰岛素赖脯胰岛素地特胰岛素谷赖胰岛素生产企业多家企业Aventis 公司 丹麦Novo Nordisk公司美国Lilly公司丹麦Novo Nordisk公司Aventis 公司商品名多种来得时Lantus 诺和锐NovoRapid优泌乐Humalog诺和平Levemir艾倍得Apidra分子式C257H383N65O77S6C267H404N72O78S6C256H381

10、N65O79S6C256H381N65O79S6C267H402N64O76S6C258H384N64O78S6分子量5807.6960635825.85807.585916.95823等电点5.46.75.15.45.45.1起效时间速效长效 长效 速效长效速效 人胰岛素与胰岛素类似物肽图分析人胰岛素V8酶切位点示意图人胰岛素及其类似物的RP-HPLC肽图谱 1.片段 2.片段 3.片段 4.片段 5.片段和的聚合 等电聚焦电泳分析材料，试剂及仪器等电点标准蛋白、凝胶支持膜（Gel Bond R PAG film）、电泳电源（EPS 3500）、恒温水循环器（MultiTemp II ）、水

11、平电泳槽（Multiphor II）均为Pharmacia 公司产品；电泳玻璃板及其固定装置（Bio-Rad Mini 型）。实验方法溶液的配制 丙烯酰胺贮液(10%) ； 过硫酸铵溶液(10% AP) ；电极液 阴极液 ：1mol/L NaOH；阳极液：1mol/L 磷酸。甲基红指示液；固定液 ；脱色液；染色液 考马斯亮蓝，加脱色溶液100ml。等电点标准蛋白溶液的制备 取一小瓶等电点标准蛋白，溶于100l无离子水中，4存放待用。样品溶液制备 取rhbFGF脱盐样品适量，用水配成3mg/ml的溶液。取此溶液90l加Amphline 10l，甲基红指示液2l，混匀备用。 凝胶的制备玻璃板的处理

12、 将水平制胶模具中的小玻璃板一面加几滴硅烷化试剂，用擦镜纸均匀涂布于玻璃板表面，室温放置干燥后，用无离子水冲洗表面，去掉水滴，备用。制胶 将凝胶支持膜疏水面一侧紧贴在大玻璃板上，膜两侧边缘放置隔片带(0.5-0.7mm)，将小玻璃板硅烷化处理的一面朝膜放在隔片带上，固定。凝胶液(丙烯酰胺无离子水载体两性电解质1.2)经充分脱气处理后，加10AP和：0.06)，混匀，沿平板一端灌入，勿使产生气泡，凝胶凝固后，去掉玻璃板，待用。预电泳 将制好的胶铺在电泳槽内冷却板中央，4预冷30分钟。将电极条分别用阴、阳极电极液充分湿润，去掉多余电极液后，平行置于凝胶两端。电极垂直平置于电极条上，保持适当的压力。

13、200V，预电泳20分钟。加样 先将滤纸片（）排放在距阴极端2或3cm处，分别样品液、标准液各10l加在滤纸上。电泳 先200V恒压电泳20min后，恒流8mA，电压升至550V后，再恒功率12W电泳，当电压升至1200V时，停止电泳。固定与染色 将胶片置于固定液中1小时，取出置脱色液中平衡30分钟，再置染色液中20分钟，最后将胶片置脱色溶液中直至本底透明。 2.2 凝胶的制备等电聚焦方法学的考虑 等电聚焦分析的条件 凝胶中有稳定的、连续的和线性的pH梯度。常用两性缓冲离子建立载体两性电解质pH梯度；或是将缓冲基团成为凝胶介质的一部分即固相pH梯度。后者灌胶技术比较复杂，电泳时需要高电压，且电

14、泳时间长。原理 在支持介质中放入载体两性电介质，通以直流电后，在两极之间形成稳定、连续和线性的pH梯度。当带电的蛋白质分子进入此体系时，移动并聚焦于相当其等电点的位置。由此可见，IEF是依照等电点的不同将蛋白质分子分离。根据蛋白带在pH梯度中的位置可测得该蛋白质的等电点 。等电聚焦实验条件的考查支持介质 在分析IEF中常用聚丙烯酰胺凝胶和琼脂糖凝胶作为支持介质。前者适于分析分子量小于30万蛋白质，后者适于分子量大至200万的大分子。我们用聚丙烯酰胺凝胶为支持介质，并考查了凝胶浓度为3、5、9和交联度为3时对结果的影响，实验中发现，3胶太软，难操作， 而9胶又较硬，易断裂，结果以5T较合适。载体

15、两性电介质 是IEF最关键的试剂，它直接关系到pH梯度的形成以及蛋白带的聚焦。我们比较了市售产品Ampholine(LKB)、Pharmalyte(Pharmacia)和国产Ampholine国产的试剂在有效期内使用可以达到国外同类产品的效果在凝胶和样品溶液中，载体两性电介质的最适浓度为10。阳、阴极电极溶液 作用是为了避免样品或载体在阳极氧化或在阴极还原。电极液的选择会影响最终的pH梯度，特别是在靠近电极条位置。我们比较了1mol/L的磷酸乙二胺、NaOH-HPES、NaOH-H3PO4电极液，结果以NaOH-H3PO4为最适。盐离子干扰 pH梯度的形成并使蛋白带畸变。有些离子还会产生高电流

16、而导致烧胶样品中有盐（大于时），应先脱盐。样品加样位置 影响聚焦效果，采用滤纸片加样法可把样品加在凝胶上不同的位置，对碱性蛋白而言，应靠阴极加样，即两电极距离的1/3处，有助于蛋白快速聚焦。pH梯度和pI的测定 平板电泳胶可以用表面电极或等电点标准蛋白测定pH梯度。但前者需要昂贵的表面电极和pH计，操作麻烦，干扰因素多， 常采用等电点标准蛋白测定pH梯度。以蛋白迁移距离为横座标，等电点为纵座标，绘制pH梯度曲线。由样品的迁移距离即可求出其pI值。 线性回归方程为 y=。 由IEF图谱可见rhbFGF样品聚焦在附近， 由pH梯度曲线得到的等电点为（n= 5，RSD%=1.0%）， 与文献值(pI

17、=9.6)相比,重组rhbFGF的等电点偏低，这可能是因为重组rhbFGF含有17个氨基酸的融合蛋白，使其组成与天然hbFGF有差别。 rhbFGF的IEF图谱（见图1），pH梯度曲线（见图2）。rhbFGF IEF图谱Lane 1,2,3：rhbFGF样品 Lane 4：等电点标准蛋白pH梯度曲线 rh-PTH(134)的IEF电泳结果 Result of the IEF gel electrophoresislane2: standard of PTH(134)lane35: samples of rh-PTH(134)SDS检测分析多肽与蛋白质多肽分离 TricineSDSPAGE 凝胶

18、的配制 浓缩胶 空间胶 分离胶 组成 16.5% 10% 4% 丙烯酰胺溶液 1.0ml 6.1ml 10ml 凝胶缓冲液 3.1ml 10ml 10ml 甘油 10%AP溶液 80l 120l 120l TEMED 8l 12l 12l 加水至终体积 12.5ml 30ml 30ml分离原理 凝胶组成：浓缩胶、空间胶、分离胶。 浓缩胶的主要作用在于防止对流及浓缩样品， 空间胶有助于提高分子量低于5KD多肽的分辨率。 在范围内,Tricine（）作为尾随离子, 在浓缩胶中具有较大的相对迁移率,移动比甘氨酸快,因此对样品的浓缩效应集中在低分子量范围。 多肽的分离效果与3种胶的高度比有关，通过试验

19、我们发现浓缩胶、空间胶、分离胶的高度比为1:1:4比较合适。 不同的起始电压也影响分离效果, 我们试用了80V和35V，发现35V更有利于多肽的分离。凝胶染色方法，银染法 灵敏度高，标准多肽分子量染色清晰，但地龙、水蛭提取物银染后，背景较深，小分子蛋白难与其它着色物质分开，这可能是由于提取物中所含糖类和其它物质干扰银染。考马斯亮蓝R-250和G-250 染色 R-250：样品中小分子蛋白条带不易着色，这可能是受所含糖类物质的干扰。 G-250：凝胶着色均匀，而且背景着色易脱去，显出清晰的条带。电泳样品的处理1 还原SDS处理 在样品溶液加入SDS，还原剂-巯基乙醇:4-5%,有臭味 DTT:2

20、-3%,无味，不会影响其他样品，100 3-5min, 有时还原剂可能被氧化，冷却后补加，以防蛋白质重新折叠和亚基的缔合，加入EDTA可防止DTT氧化。2非还原SDS处理 在样品溶液加入1%SDS， 100 3-5min, 二硫键未断裂，不完全去折叠。 3烷基化还原SDS处理 碘乙酰胺：保护巯基不被氧化，多巯基蛋白质测定的分子量略有增加。 蛋白印迹与免疫学测定应用 原料与制剂中不同蛋白组分的鉴别与定量方法与原理 将电泳分离的蛋白或多肽转移到固定基质上，以特异性抗体为探针，它与附着于固定基质上靶蛋白或多肽发生特异性反应，对蛋白或多肽电泳图谱上的特定组分进行定性定量分析。 实验步骤 电泳转移封闭免

21、疫检测特点 将高分辨率的电泳技术与灵敏专一的免疫探测技术结合起来。灵敏度1-5ng，蛋白质或多肽条带不会扩散，操作简便，试剂用量少，便于对蛋白质或多肽进行各种分析。 关于实验上的一些考虑1.电泳 ： SDS对被分离组分活性的影响2.固相纸膜： NC膜 常用，分子量小于20000时， 用小孔膜，。还有尼龙膜，重氮苄氧甲基纤维膜 3.转移：缓冲液离子强度，pH值，稳定性， Towbin缓冲液：tris-甘氨酸，加甲醇20 甲醇作用：解离SDS蛋白复合物中的SDS，增强与膜 的结合能力。 电泳印迹 阳极NC膜 凝胶阴极 垂直槽式：12Hr, 大量转移缓冲液，高场强，需冷却（）海绵垫滤纸NC膜凝胶滤纸

22、海绵垫（） 水平半干式：，低电流，少量转移缓冲液，（）板滤纸NC膜凝胶滤纸版（） 水平半干式转印 取6张滤纸浸泡于转移缓冲液中,取硝酸纤维膜(0.45m)一张浸泡于去离子水中, 510min；用水淋洗石墨板,用纸巾擦干电极板上的液滴,将电泳后的胶片浸于转移缓冲液中。 依次放置阳极板3层滤纸硝酸纤维素膜电泳胶片3层滤纸阴极板。 滤纸、纤维素膜和胶片应大小相同，每放一层要精确对齐,各层之间不留气泡。 以设置电流, 恒流转移1-2hr, 关闭电源，停止转印。4.封闭 用封闭试剂将膜上非蛋白结合区饱和，以减少非特异性结合，降低显色背景。 (2 m l封闭液/c m2 ) 封闭试剂：3%脱脂奶粉，BSA

23、，明胶，加入0.3%吐温20可改善封闭效果5.蛋白多肽检测 非特异性检测 了解分离情况，转印效果 丽春红S染色显色短，能被洗去，不影响免疫显色 印度墨水总蛋白染色，显色久，便宜，灵敏度高 氨基黑10B，考马斯亮蓝影响免疫显色 特异性检测 加 入蛋白或多肽的抗体溶液 , 4反应过夜 , 用Tris盐 溶 液 洗 膜 3次 , 每 次 10 m i n ；加 入 酶 标 抗 体 溶 液 ，置 室 温 反 应12 h r，洗 膜 同 前。取 出 膜 置 显 色 液中,室温下显色，至 出 现 色 斑 ，用 水 漂 洗 ，观 察 结 果 。 标记酶 底物 显色 特点 碱性磷酸酶 BCIP/NBT 蓝紫色

24、 显色久辣根过氧化物酶 DAB 棕色 色易退BCIP ：5溴4氯3吲哚磷酸NBT： 氮蓝四唑DAB： 3，3二氨基联苯胺 甲状旁腺激素（parathyroid hormone，PTH）是维持机体血钙平衡的重要激素之一，其基本生理作用是通过增加成骨细胞及破骨细胞数目，促进骨吸收及生长。大量临床应用研究表明，PTH是目前治疗骨质疏松症的最重要药物之一 。 目前应用于临床研究的主要有hPTH (1-84)、(1-38)及(1-34)片段，均为基因工程产品。 有关此类产品的质控方法 研究重点： 生物学活性 肽含量测定 国际标准品 同一性鉴别 杂质分析 理化对照品氨基酸分析方法柱前衍生法： PITC衍生法 OPA-FMOC衍生法 AQC衍生法 DNFB衍生法柱后衍生法: 茚三酮衍生检测法 OPA衍生检测法直接分析法： 电化学检测法 蒸发光散射检测法方法及灵敏度的比较：1 柱后茚三酮衍生的自动分析仪法 （50-100 ng）2 柱后OPA衍生的自动分析仪法 （15 ng）3 柱前异硫氰酸苯酯衍生法 （100-150 ng）4 柱前OPA衍生法 （3 ng）5 柱前AQC衍生法 （10 ng）6 柱前二硝基氟苯衍生法 （ 100 ng）7