Die Rolle der Differenziellen Scanning-Fluorimetrie (DSF) und der Differenziellen Scanning-Kalorimetrie (DSC) bei der Bewertung der Protein-Stabilität

Die Bewertung der Protein-Stabilität ist ein äußerst wichtiger Parameter in der biopharmazeutischen Forschung. In den letzten Jahren hat sich die Differenzielle Scanning-Fluorimetrie (DSF) als weit verbreitete Methode zur Bewertung der Entfaltungseigenschaften von Proteinen etabliert. Da DSF relativ einfach ist und eine schnelle Screening-Möglichkeit mit kleinen Probenmengen bietet, ist es in der frühen Phase der Forschung nützlich.

In der Arzneimittelentwicklung steigt jedoch der Bedarf an allgemeineren Messmethoden aufgrund der Einführung vielfältiger Modalitäten wie Antikörper-Wirkstoff-Konjugate, bispezifische Antikörper, Nukleinsäuren und mRNA-Lipid-Nanopartikel (LNP). In diesem Zuge sind auch Einschränkungen im Anwendungsbereich von DSF zu beobachten.

Andererseits ist die Differenzielle Scanning-Kalorimetrie (DSC) eine vielseitige Methode, die nicht nur zur Messung der thermischen Stabilität von Proteinen, sondern auch für viele andere Anwendungen eingesetzt werden kann. Zudem kann DSC ein umfassenderes Bild liefern, wenn die thermische Stabilität von Proteinen gemessen wird, was zur Verbesserung der Entscheidungsfindung und zur Verringerung der Wahrscheinlichkeit von falsch-positiven Ergebnissen beitragen kann.

Was ist die Differenzielle Scanning-Fluorimetrie (DSF)? Merkmale und Hinweise

DSF ist eine Methode, die mit Hilfe von Fluoreszenzfarbstoffen die Veränderungen in der Fluoreszenz erfasst, die mit der Denaturierung von Proteinen einhergeht. Durch den Temperaturanstieg interagiert der Fluoreszenzfarbstoff mit den hydrophoben Bereichen des Proteins und erfasst so den Fortschritt der Entfaltung. Diese Methode ist schnell und kann auch mit kleinen Probenmengen durchgeführt werden, was einen Vorteil darstellt.

Da sie jedoch von Fluoreszenzfarbstoffen abhängig ist, kann die Zuverlässigkeit der Ergebnisse bei Proben, die nicht mit dem Farbstoff interagieren oder von koexistierenden Verbindungen beeinflusst werden, verringert werden. Zudem beschränkt sich DSF hauptsächlich auf die Messung der T_m (Denaturierungstemperatur), ohne andere thermodynamische Informationen wie Enthalpie oder Wärmekapazität zu liefern.

DSC für eine umfassendere Analyse

Die Differenzielle Scanning-Kalorimetrie (DSC) benötigt keine Fluoreszenzfarbstoffe und misst direkt die Wärmeaufnahme- und -freisetzung während der Entfaltung von Proteinen. Mit DSC können detaillierte thermodynamische Profile wie Enthalpieänderung (ΔH) oder Wärmekapazität (C_p) zusammen mit T_m erstellt werden, was tiefere Einblicke ermöglicht.

DSC ist nicht anfällig für optische Artefakte und kann auf verschiedene Arten von Biomolekülen (Proteine, Nukleinsäuren, Lipide usw.) angewendet werden, was zu einer höheren Reproduzierbarkeit und Vielseitigkeit führt.

Vergleich und Auswahl von DSF und DSC bei der Bewertung der Protein-Stabilität

DSF ermöglicht High-Throughput-Screening mit kleinen Probenmengen und ist daher für das schnelle und effiziente Screening in den frühen Phasen der Forschung äußerst nützlich. Aufgrund seiner Einfachheit wird es weit verbreitet zur Unterstützung von Entscheidungen in der Anfangsphase der Forschung eingesetzt.

Da es jedoch auf der Fluoreszenzsignal-Messung basiert, kommt es leicht zu Signalvariationen durch Einflüsse koexistierender Substanzen oder Farbstoffinteraktionen, und es gibt auch Fälle, in denen es unter bestimmten Probenbedingungen schwer anwendbar ist.

Andererseits bietet DSC umfassendere und reproduzierbare thermodynamische Daten und ist daher besonders effektiv in Szenarien, in denen eine genaue Bewertung erforderlich ist, wie die Entwicklung von biopharmazeutischen Formulierungen, die Bewertung von Biosimilars und die Erstellung von Antragsunterlagen für Regulierungsbehörden. DSC ist weniger anfällig gegenüber optischen Artefakten und behält eine hohe Zuverlässigkeit unter verschiedenen Puffer- und Cosolventbedingungen bei, sodass es auch für die Qualitätsevaluation in der späteren Phase der Entwicklung verlässlich eingesetzt werden kann.

DSF und DSC haben jeweils ihre Stärken und sollten je nach Forschungsziel differenziert eingesetzt werden. Beispielsweise eignet sich DSF für das Screening in der Anfangsphase oder zur schnellen Bewertung einer großen Anzahl von Proben. Für detailliertere und präzisere Stabilitätsbewertungen, die bei der Entwicklung von Formulierungen, der Bewertung von Biosimilars und der Erstellung von Einreichungsunterlagen an Regulierungsbehörden erforderlich sind, ist DSC eine hervorragende Wahl.

In der biopharmazeutischen Entwicklung ist die Stabilitätsbewertung ein entscheidender Schritt, der sich direkt auf die Formulierungsgestaltung, das Qualitätsmanagement und regulatorische Zulassungen auswirkt. Hochpräzise DSC-Geräte wie das MicroCal PEAQ-DSC bieten zuverlässige thermodynamische Daten und sind äußerst nützliche Werkzeuge für Forscher. Die Auswahl einer geeigneten Bewertungstechnik, die auf die Entwicklungsstufe und das Ziel abgestimmt ist, trägt erheblich zum Erfolg der Produktentwicklung bei.

MicroCal DSC-Serie zur Stabilitätsanalyse von Biomolekülen in Lösung

Ein hochsensibles und hochreproduzierbares Gerät zur Bewertung der thermischen Stabilität von Biomolekülen in Lösung, das direkt die extrem geringen Wärmeänderungen misst, die mit der Denaturierung von Biomolekülen unter temperaturkontrollierten Bedingungen verbunden sind.

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