MALDI-TOF丨药用注射剂中聚合物辅料分析的有力工具

☆ 导读 ☆

聚合物是由被称为单体的次级单元重复连接而成的分子，由于其独特的物理和化学性质，在医学、药学等各个领域发挥着重要的作用。其中，聚乙二醇（PEG）因具有优良的润滑性、保湿性、分散性，是良好的粘接剂、抗静电剂、柔软剂，在制药、化妆品、化纤、橡胶、塑料、农药及食品加工等行业中均有着极为广泛的应用。如人用聚乙二醇化重组蛋白及多肽制品（通常为药用注射剂），就是通过聚乙二醇端基的活性基团与重组蛋白或多肽的氨基酸侧链基团、N端/C端的氨基或羧基发生共价反应，修饰而成的治疗性药物。

聚乙二醇结构式等信息

 

 

☆ 法规要求 ☆

聚合物的聚合度、分子量分布等会影响聚合物性能，近期越来越多的研究发现原本惰性的聚合物辅料由于质量问题表现出不同的安全性隐患。比如有研究表明，含药用辅料聚山梨酯80（吐温80）的注射剂多有过敏反应，过敏反应与聚山梨酯80中双氧水含量及聚山梨酯80的分子量分布有关系1。药用辅料的安全性问题日益显现。

 
2020版《中国药典》人用聚乙二醇化重组蛋白及多肽制品总论中，对聚乙二醇分子量、多分散性、修饰数目等指标的检测，提及到可采用MALDI-TOF-MS质谱法进行相关分析。

2020版《中国药典》相关规定

 

 

☆ 分析方法对比 ☆

聚合物分子量测定的传统方法有：端基分析法、气相渗透法、膜渗透法、光散射法、粘度法及凝胶渗透色谱法（GPC）等。MALDI-TOF-MS作为一种快捷的分析方法，与传统方法相比，无需复杂的前处理，能容忍少量盐或缓冲液。

 

凝胶渗透色谱法（GPC）是科研院所常用的聚合物分析方法，其与MALDI-TOF-MS法的对比如下。

 

☆ 岛津解决方案 ☆

岛津AXIMA系列MALDI-TOF-MS（Assurance、Confidence、Performance）及其分析软件Launchpad配置了聚合物分析插件Polymer Analysis，另外其他多款MALDI产品如MALDI-7090、MALDI-8020分析软件生成的质谱数据还可以和第三方聚合物分析软件Polymerix（Sierra Analytics.）联用，均能快速分析获取聚合物相关信息。

岛津MALDI-TOF-MS全系列机种
 
  • 辅料PEG23000分析实例

样品前处理：高分子量聚合物样品电离较困难，一般会选取特定基质，同时添加辅助盐溶液，让样品更高效的电离。取PEG23000样品加四氢呋喃配制为10 mg/mL的样品工作液。取10 μL的样品工作液、10 μL的DCTB基质溶液（20 mg/mL）、5 μL辅助盐溶液NaTFA（ 5 mg/mL ）预混合，再取1 μL混合液点靶，自然干燥后将靶板送入质谱分析。

聚合物样品点样方法

结果分析：使用MALDI-7090飞行时间质谱仪采集样品数据，PEG23000的质谱检测结果如下图所示。从样品中检测到聚合物离子峰系列，相邻聚合单元分子量相差44 Da，其中信号强度较高的离子峰系列的分子量分布与PEG23000的结构式CH3O(C2H4O)nC10H11O3N2相符。样品的分子量分布信息（数均分子量Mn、重均分子量Mw、质均分子量Mz及多分散性PD等）由聚合物软件Polymerix（Sierra Analytics.）计算给出，Polymerix软件分析结果见表1。

PEG23000样品一级质谱图

（上：m/z 10000-38000; 

下：局部放大m/z 21000-24700)

 

表1 .Polymerix软件分析结果

  • 其他案例：超分子高聚物分析
聚轮烷是一种超分子高聚物，超分子科学作为交叉学科，近年来在生命科学、材料科学、分子电子学、传感器等学科的交叉融合研究中发展迅速。岛津全球应用开发中心Yuzo Yamazaki与东京大学前沿科学研究院合作，使用岛津AXIMA-Performance结合HM3高质量检测器（CovalX, Switzerland），成功检测了分子量高达72万Da的聚轮烷2。

超分子高聚物 SH3400P 一级质谱图

 
 

☆ 结语 ☆

随着飞行时间质谱技术的发展及仪器灵敏度的不断提高，MALDI-TOF-MS已成为聚合物分析的有力工具，可以快速检测聚合物的分子量及分布范围信息，同时可以用于聚合物结构组成研究。岛津MALDI-TOF-MS全系列机种结合相关聚合物分析软件，可以很好的完成聚合物分析工作。

 

【参考文献】

1.孙会敏等，聚山梨酯80质量分析与致敏原探究，《药物分析杂志》，2011（10）：1850-1855.

2.Yuzo Yamazaki et al.，Analysis of High-Molecular-Weight Polyrotaxanes by MALDI-TOF-MS Using 3-Aminoquinoline-Based Ionic Liquid Matrix, J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2020, 31:1180−1188.

 

本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

作者: 
黄成才
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