固体状態におけるタンパク質の安定性の予測を前進させる

Advancing predictions of protein stability in the solid state.

• Maarten Batens
• Talia A Shmool
• Jan Massant
• J Axel Zeitler
• Guy Van den Mooter

抄録

サブガラス転移温度(Tg,β)に関連するβ緩和は、一次ガラス転移温度(Tg,α)以下で発生する高速で局所的な分子運動に起因する。Tg,βが貯蔵温度よりもかなり低い温度で観察されていることから、β緩和に関連した運動は、固体状態でのタンパク質の安定性に影響を与え、その結果、吸入、再構成、注射用のタンパク質粉末などの品質に影響を与える可能性があるという仮説が立てられています。乾燥後、すぐに再構成しても同様の凝集プロファイルを持つ異なる固体状態のタンパク質製剤が、長期保存後に再構成したときに異なるプロファイルを示すのはなぜでしょうか？システムのβ緩和過程に関連するTg,βの値は、固体状態でのタンパク質の挙動を特徴づけるための信頼できるパラメータなのでしょうか？このことを念頭に置き、本研究では、テラヘルツ時間領域分光法と動的力学解析を用いて、ガラス状の固体状態のモノクローナル抗体製剤の異なる緩和ダイナミクスをさらに探求します。一連の多成分噴霧乾燥製剤について52週間の安定性研究を行うことにより、固体状態のダイナミクスを特徴づけ分析するためのアプローチと、それらがタンパク質の安定性にどのように関係しているかを概説します。

The β-relaxation associated with the sub-glass transition temperature (Tg,β) is attributed to fast, localised molecular motions which can occur below the primary glass transition temperature (Tg,α). Consistent with Tg,β being observed well-below storage temperatures, the β-relaxation associated motions have been hypothesised to influence protein stability in the solid state and could thus impact the quality of e.g. protein powders for inhalation or reconstitution and injection. Why then do distinct solid state protein formulations with similar aggregation profiles after drying and immediate reconstitution, display different profiles when reconstituted following prolonged storage? Is the value of Tg,β, associated with the β-relaxation process of the system, a reliable parameter for characterising the behaviour of proteins in the solid state? Bearing this in mind, in this work we further explore the different relaxation dynamics of glassy solid state monoclonal antibody formulations using terahertz time-domain spectroscopy and dynamical mechanical analysis. By conducting a 52 week stability study on a series of multi-component spray-dried formulations, an approach for characterising and analysing the solid state dynamics and how these relate to protein stability is outlined.