Neue mehrfach-ionische Beschichtungen für hocheffiziente, diffusionslimitierte Trennung intakter Proteine mit Kapillarelektrophorese und Kapillarelektrophorese-Massenspektrometrie

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Neusüß; Professor Dr. Norbert Schaschke
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446330632

Kapillarelektrophorese (CE) wird wegen ihrer Selektivität und hohen Trenneffizienz zunehmend wichtiger für die Analytik von intakten Proteinen. Dies gilt insbesondere in der Kopplung mit der Massenspektrometrie (MS), da nachweisstärkere Kopplungen für die CE-MS sowie bessere massenspektrometrische Möglichkeiten, wie etwa top-down MS/MS-Fragmentierung verfügbar werden. Allerdings erreicht die Trenneffizienz der CE meistens überhaupt nicht die theoretisch erwarteten Werte, weil Protein-Kapillarwand-Wechselwirkungen auftreten. Um diese Adsorptionsphänomene zu verhindern wurden eine Vielzahl von Kapillarbeschichtungen entwickelt. Die sogenannten mehrfach-ionische-Beschichtungen (Successive Multi-Ionic Layers (SMIL)), wie in unseren Laboren entwickelt sind darunter aktuell die Besten. Allerdings werden die Effizienzen bei der CE-Trennung von Proteinen durch die kleinen noch vorhandenen Adsorptionen trotzdem noch stark begrenzt. In diesem Projekt beabsichtigen wir die Synthese von neuen kationischen Polymeren (für die äußere Lage der Beschichtung, die mit den Proteinen wechselwirkt) mit bestmöglichen Eigenschaften im Hinblick auf (i) Stabilität der Beschichtung (ii) Fehlen von Proteinadsorption sowie (iii) Einstellbarkeit des elektroosmotischen Flusses (EOF). Die vorgeschlagene Strategie beinhaltet nicht nur neuartige kationische Polymere mit zusätzlichen zwitterionischen Eigenschaften zur Verhinderung von Proteinadsorption, sondern auch erstmalig homogene Polymere mit peptidischen Eigenschaften. Die neuen Polyelektrolyte werden mittels der Trennung von Modellproteinen in der CE getestet indem diese in 5-Lagen SMIL-Beschichtungen mit Poly(lysin-citramid) und Poly(methacrylsäure) kombiniert werden. Die neuen Beschichtungen werden im Hinblick auf Restadsorption, Trenneffizienz und EOF charakterisiert. Die besten Beschichtungen werden auf verschiedene biologische und biopharmazeutische Fragestellungen der intakten Proteinanalytik mittels CE-MS angewendet. Das beinhaltet die Charakterisierung der Ladungsheterogenität von biopharmazeutisch-relevanten Antikörpern ebenso wie die Analytik von komplexen Proteingemischen von Zellkulturen und biologischen Flüssigkeiten. Um die bestmögliche Robustheit und Nachweisstärke zu erreichen wird eine CE-MS Kopplung mittels Schleierflüssigkeit im Flussbereich von nanoLiter pro Minute so verändert, dass es die relativ hohen Flüsse dieser SMIL-Beschichtungen verträgt. Übergreifend erwarten wir die Entwicklung von neuartigen Beschichtungen zur Verhinderung von Proteinadsorption auf Glasflächen, was die hocheffiziente CE und CE-MS Analytik von Proteinen ebenso ermöglicht wie zahlreiche andere Anwendungen im Bereich der Bioanalytik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Hervé Cottet; Dr. Laurent Leclercq