生物制剂市场在未来几年有望超过小分子市场，但小分子市场的大尺寸和复杂结构使生物制剂的制造和表征通常更加困难。AB Sciex的Steve Taylor回顾了他们在分析和分析开发方面的最新进展
就产品数量而言，小分子药物占医药市场的大部分，但增长最快的部分是生物制剂。与小分子不同，生物制剂是大蛋白质，需要不同的开发和制造方法。由于生物制剂是通过生物过程而不是化学合成而产生的，因此更加复杂，这使得它们更难制造和表征。
目前，生物制剂的研发主要集中在重组蛋白和单克隆抗体方面。生物制剂用于治疗一系列疾病，包括癌症、传染病和免疫系统疾病。从本质上讲，生物制剂比小分子疗法更具针对性。生物药物的靶向分布在癌症中特别有用，因为这种药物可以选择性地与癌细胞上的受体结合，使健康细胞不受损害。这反过来意味着对患者的副作用更少。
靶向疗法的开发使制药公司能够向那些药物最有效的患者群体提供药物或产品。也有可能是，与针对普通疾病人群的药物相比，靶向产品更容易通过临床试验。小分子药物通常会击中全身各个部位，比更有针对性的生物制剂更有可能产生副作用。
用于分析小分子的质谱平台已经发展得很好，因为小分子已经成为制药工业多年来的焦点。质谱在20世纪80年代末和90年代初对药物发现变得越来越重要，当时可负担得起的台式LC-MS系统问世。这些系统使非专业用户可以轻松访问，并成为制药行业实验室的重要组成部分。2
在此期间，三重四极杆系统成为定量研究的首选方法，AB SCIEX API III LC/MS/MS系统和后续模型(来自同一供应商)成为行业的金标准。该系列中最新的QTRAP 6500 LC/MS/MS系统具有双质量范围或可切换质量范围，这意味着可以在四极杆上切换射频(RF)值。调整质谱仪上的四极杆可以让不同质量的离子通过。因此，可以使用同一系统进行小分子或大分子的敏感检测和分析。
其他类型的质谱仪，如离子阱、四极飞行时间系统和傅里叶变换离子回旋共振质谱仪，主要是作为定性工具开发的。
小分子药物的开发通常是一个从发现到开发到最终生产的线性和可预测的过程，而生物药物的开发管道则更加动态，其开发周期将持续到产品的整个生命周期。生物制剂开发的改进可能包括产品产量或药物疗效的提高。必须对生物制剂的迭代修改进行描述，以确保没有引入不利的变化。制造工艺的改变会导致异质性或杂质;因此，每生产一批新药品时都必须进行可比性研究。
可比性研究检查生物制剂的质量、序列和结构构象。结构很重要，因为它可以影响化合物的功效(例如生物利用度)或安全性(例如抗原性)。由于生物制品的生产方式和大结构，结构修改的风险也增加了。3.因此，需要能够定性和定量分析这些复杂分子的方法，包括结构和翻译后(如糖基化)或生产后修饰(如脱酰胺或氧化)的水平。
MS对生物制剂表征的重要性:生物制剂的特征描述需要更复杂的分析，这一事实促使制药行业寻找合适的分析平台。这些技术包括简单的技术，如蛋白质凝胶，或具有光学检测的高效液相色谱方法，以及质谱技术。
从历史上看，MS的使用一直是由将高效液相色谱(HPLC)与质谱(MS)连接起来的能力所驱动的。将LC的分离能力与质谱的质量分析能力相结合，可以提供高灵敏度和选择性，这对于小分子的表征是有效的。然而，这种技术并不总是足以表征更复杂的生物分子。
这些大分子可能非常复杂，以至于仅仅将它们引入质谱仪就会出现问题。生物制品是混合物，而不是纯化合物，这使得结果比相对纯的化合物(如小分子)更难理解和解释。目前用于分析复杂分子的质谱仪器在硬件方面没有太大变化。然而，特定的技术已经出现，如氢/氘交换和电子转移解离，这些技术已经发展为更好地表征生物制剂。1
现有生物制剂质谱鉴定技术的局限性:生物制剂是天然化合物，其形状对其疗效有影响。将蛋白质以其固有形式引入质谱仪是很困难的。在溶液中保持复杂的天然分子需要盐和缓冲液的浓度，这通常不符合ms。毛细管电泳(CE)-MS可以帮助解决这个问题，但有其局限性。CE的分离效果非常好，但传统的CE- ms分离用补充流稀释，降低了方法的灵敏度。
目前，针对MS的软件解决方案是有限的。需要新的解决方案来充分表征翻译后或制作后的修改。这就需要一种能够解褶蛋白质的软件。制造商们正在研发软件工具，以简化这一过程。最后，生物制剂分析的质谱方法的另一个限制是人力资源的限制，即很难找到了解质谱、化学和生物学的人。
一种新的质谱前端分离方法，称为毛细管电喷雾电离质谱(CESI-MS)，可以将高效CE与电喷雾电离(ESI)相结合，并有助于改善和简化MS对生物制剂的分析。最近由Sciex separation (AB Sciex的一部分)提供的CESI 8000是对CE-MS技术的重大改进。
使用CESI-MS，灵敏度提高，离子抑制降低。分离直接进入质谱仪，不需要混合。该系统以超低流量运行，这为检测翻译后修饰提供了高灵敏度。它还在相对较短的周期时间(16 - 30分钟)内使用非常低的容量，从而实现高吞吐量。CESI-MS比过去的技术迭代更加健壮。
图1:CESI 8000毛细管易于插入电源适配器
CESI用于生物制剂表征的优势:CESI 8000系统的一个优点是使用起来相对简单。毛细管直接插入源适配器，不混合气体，或补充流量，使其易于连接。
肽在较低的流速下被最佳地分离和检测，4因此，纳米LC在过去一直是蛋白质表征的首选。纳米LC要求用于分离的色谱柱应连接到纳米发射器，然后插入源。4由于需要在低流量下尽量减少任何连接中的死容积，因此这些连接可能很困难，这意味着需要专家。
在CESI-MS中没有困难的连接。毛细管的末端被蚀刻，使其充当发射器。这使得科学家可以在一次注射中对整个蛋白质进行完整的序列覆盖和修饰映射，而使用标准的LC技术并不总是能做到这一点。全蛋白可以用CESI-MS分析，因为毛细血管没有固定相。毛细血管是开放的管道，这意味着通常保留在固定相上的较大的肽能够流过并被检测到。CESI-MS的另一个重要优势是没有标准LC中的空隙体积。因此，可以检测到可能丢失的较小的肽，从而提高序列覆盖率。因此，蛋白质可以在更短的时间内分离和鉴定。
MS的新应用正在不断地被开发。质谱技术的灵敏度、特异度、动态范围和通量对科学家来说非常重要，而且可以不断提高。但是，为了进一步推进生物制剂表征的质谱技术，人们正在努力进一步“清理”质谱计的前端。前端清理需要去除任何可能干扰样品分析的东西。在未来的样品制备和样品清理也将有助于改善生物制剂的特性。
1.博斯特，C. E.和卡尔塔绍夫，i.a.， 2011。咕咕叫。制药。Biotechnol。12(10): 1517 - 1529
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4.Kelly, r.t.， Page, j.s.， Marginean, I.， Tang, K.， and Smith, r.d. 2008。肛门化学。80(14): 5660 - 5665
QTRAP 6500注册于AB SCIEX API III，是AB SCIEX的商标
