Übersicht

Die dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) ist ein leistungsstarkes Analysewerkzeug zur Charakterisierung der thermischen Stabilität von Proteinen und anderen Biomolekülen. Das Verfahren bestimmt die Enthalpie (ΔH) und die Temperatur (Tm) thermisch induzierter struktureller Übergänge von Molekülen in Lösung. Diese Daten liefern wertvolle Erkenntnisse über die Faktoren, die Proteine, Nukleinsäuren, mizellare Komplexe und andere makromolekulare Systeme stabilisieren bzw. destabilisieren. Anhand der Daten kann die Haltbarkeit von biomolekularen Produkten bzw. Biopharmazeutika vorhergesagt werden. Sie ermöglichen den Vergleich zwischen Chargen sowie den Vergleich von Biosimilars mit innovativen Molekülen. Und sie können zur Entwicklung von Aufreinigungsstrategien, zur Charakterisierung und Beurteilung von Proteinkonstrukten und zur Klassifizierung der Affinitäten von Liganden zu ihren Zielproteinen in der Erforschung kleinmolekularer Wirkstoffe herangezogen werden.

Das hochempfindliche System MicroCal PEAQ-DSC verfügt über eine automatisierte Datenanalyse. Diese unterstützt die Generierung von thermischen Stabilitätsdaten mit hoher Integrität sowie die Einhaltung der gesetzlichen Anforderungen. Gleichzeitig ermöglicht sie eine einfache Integration in bestehende Systeme zur Datenverarbeitung und -übertragung. Der unbeaufsichtigte Betrieb nach dem Laden der Probe spart dem Bediener wertvolle Zeit.  Dieses Komplettsystem benötigt keine zusätzlichen Zubehörkomponenten, Reagenzien oder Verbrauchsmaterialien.

Hauptmerkmale

  • Bewährtes stabilitätsanzeigendes Verfahren mit minimaler Assay-Entwicklung
  • Direkte und markierungsfreie Messung der Stabilität von Biomolekülen in der nativen Form in Lösung 
  • Messung sehr hoher Bindungskonstanten, bis zu 1020M-1
  • Manuell bedienbares System mit Pipette und Reinigungsvorrichtung
  • Die leistungsstarke Software MicroCal PEAQ-DSC verringert den Zeitaufwand für die Datenanalyse. Sie umfasst folgende Module:
    • PEAQ-Compliance: Das System ist mit dem Malvern Access Controller (MAC) erhältlich, um den Zugriff auf benutzerdefinierte SOPs und Datenanalysefunktionen zu beschränken. Der Report Generator ermöglicht die Anzeige der Daten mitsamt Benutzerinformationen und eine elektronische Signierung. Hierdurch werden die Integration des Workflows in das Qualitätssystem Ihres Unternehmens und die Einhaltung der Vorschriften nach 21 CFR Part 11 und Annex 11 erleichtert. Diese Komponente ist als optionales Zubehör erhältlich.
    • PEAQ-Performance: Automatische Erkennung und Validierung der Systembereitschaft für optimale Leistung
    • PEAQ-Smart (inklusive PEAQ-Finder): Für SOP-basierte Bedienung und Datenanalyse.  Verfügt über neue Algorithmen, mit denen selbst kleinste Peaks und Schultern detektiert werden können. Hierdurch wird die automatische, objektive Erkennung von Mehrfachübergängen vereinfacht, wie sie bei Multidomänen-Proteinen beobachtet werden.
    • PEAQ-Compare: Für den quantitativen Vergleich von DSC-Kurven im Rahmen von Vergleichbarkeitsstudien. Ideal geeignet für Chargenvergleichsuntersuchungen und Biosimilaritätsstudien.
    • Netzwerkfähig: Versand von E-Mail-Benachrichtigungen während der Analyse zur zeitnahen Information über den Fortschritt des Assays


Mit dem MicroCal PEAQ-DSC automatisiert ist auch eine Ausführung mit einem Autosampler erhältlich.

Funktionsweise

Die von Proteinen und anderen Makromolekülen gebildeten funktionellen Strukturen erfahren häufig thermisch induzierte Konformationsänderungen, wie z. B. eine Entfaltung. Diese strukturellen Umlagerungen bewirken eine Wärmeaufnahme infolge der Umverteilung nichtkovalenter Bindungen innerhalb des Moleküls. Diese Wärmeaufnahme kann mit DSC-Kalorimetern sehr genau gemessen werden.

Die thermische Messkammer des MicroCal PEAQ-DSC enthält eine Probenzelle (mit der zu untersuchenden Probe) und eine Referenzzelle (mit einer abgestimmten Pufferlösung). Beide Zellen befinden sich innerhalb eines Isoliermantels. Diese beiden Zellen werden stets auf gleicher Temperatur gehalten, und während einer Messung werden sie mit einer konstanten Heizrate erwärmt. 

Bei der Entfaltung des Moleküls in der Probe wird Wärme aufgenommen. Dadurch entsteht ein Temperaturunterschied (ΔT) zwischen der Proben- und der Referenzzelle. Es ergibt sich ein Temperaturgefälle zwischen den beiden Seiten der Peltier-Elemente und somit eine proportionale elektrische Spannung. Diese dient wiederum als Steuergröße für einen Regelkreis, durch den ΔT über die Peltier-Elemente auf null ausgeregelt wird.

Da die Proteinentfaltung ein endothermer Vorgang ist, wird im Thermogramm eine positive Auslenkung beobachtet. Der Hochpunkt dieses Proteinübergangs ist der Tm-Wert, und die Fläche unter der Kurve entspricht der Enthalpie (ΔH) des Entfaltungsprozesses (siehe Abbildung unten).

MicroCal-PEAQ-DSC-Automated-How-It-Works

Die Datenanalyse und die gemessenen bzw. abgeleiteten Parameter werden auf der Technologieseite Dynamische Differenzkalorimetrie ausführlicher beschrieben.

Spezifikation

Allgemein

Technologie:
Dynamische Differenzkalorimetrie
Typ der Messung:
Temperaturmittelpunkt (TM)
Enthalpie (ΔH)
Wärmekapazitätsänderung (ΔCp)

Zelle

Zelle:
Kapillarzelle
Zellenmaterial:
Tantal
Zellvolumen:
130 μl

Probe

Probenvolumen:
250 µl (manuelle Befüllung)
Typische Probenkonzentration:
0,01 mg/ml bis 10 mg/ml 1
Probendurchsatz:
Analyse von mind. 6 Proben in 8 h

System

Rauschen:
0,05 µcal/°C 2
Baselinien Wiederholbarkeit:
1 µcal/°C 2
Response-Zeit:
5 s 2
Wiederholbarkeit:
< 0,2 µcal/°C 3
Reproduzierbarkeit:
< 0,08 °C SD TM und < 2 % RSD für ΔH 4
Reproduzierbarkeit des Systems:
< 0,1°C SD TM und < 5 % RSD für ΔH 4
Mehrfach Feedback Modi:
Ja (passiv, hohe Verstärkung und niedrige Verstärkung)
Temperaturbereich:
2 °C bis 130 °C 2,5
Maximale Durchlaufrate:
240 °C/h
Reverse Scanning:
Ja
Druck-Perturbations-Kalorimetrie (PPC):
nicht zutreffend – manuelle Reinigungsvorrichtung mit geführten Arbeitsabläufen
Reinigungslösungsmittel:
Wasser und Reinigungsmittel (Contrad 90) als Standardlösung

Software

21 CFR Part 11:
Ja, mit Softwareoption PEAQ-Compliance
Netzwerkfähig:
Ja, mit E-Mail-Benachrichtigungsfunktion

Betriebsumgebung

Arbeitstemperatur (°C):
+10 °C bis +28 °C
Lagertemperatur:
-20 °C bis +50 °C
Luftfeuchtigkeit:
10 % bis 70 %, nicht kondensierend (10 % bis 90 % für Lagerung)
IP Überlastungsschutz (IP):
IP21
Versorgung:
100 bis 240 V (Wechselspannung), 70 W (Zelle), PC wie geliefert
Zertifizierung:
CE (EN 61010-1), EMV (EN 61326-2-1, EN 61326-1, FCC, ICES, VCCI), ISO 9001:2008

Gewicht und Abmessungen

Abmessungen (B, T, H):
20 cm × 44 cm × 19 cm
Gewicht:
8,2 kg

Hinweise

:

1 Probenabhängig

Typische Ergebnisse für Ribonuklease (RNase) in 50-mM-KAc-Puffer bei pH 5,5 und 60 °C/h mit hohem Feedback

3 Erneute Durchläufe mit stabilem Puffer

4 Mit Ribonuklease (RNase)

5 Bereich auf Anfrage erweiterbar bis -10 °C

Support

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Ja
Nein
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Ja
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Ja
Nein
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Technik & Software Support
Ja
Ja
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IQ/OQ (Pharma)***
Ja
Ja
Ja

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