2021-11-23 19:13:07, Shodex 昭和电工科学仪器(上海)有限公司
核酸类药物又称核苷酸类药物,是各种具有不同功能的寡聚核糖核苷酸(RNA)或寡聚脱氧核糖核苷酸(DNA),主要在基因水平上发挥作用。由于其具有特异性针对致病基因,也就是说具有特定的靶点和作用机制,因此核酸药物具有广泛的应用前景。
核酸类药物的开发和品质管理需要高灵敏度、高选择性的分析方法,其中LC/MS就是常用手段之一。以往的寡核酸分析多采用离子对反相模式,但离子对试剂可能会造成残留在设备中的问题。此外,由于离子交换模式需要高浓度的盐作为流动相,因此不适合LC/MS的测定。
本研究使用的Shodex HILICpak VN-50 2D色谱柱,使用键合了二元醇基的聚乙烯醇填料作为基材,内径2mm,是非常适用于LC/MS分析的高性能HILIC色谱柱。VN-50在分析各种低聚糖上有很好的表现,在分析寡核苷酸时也能发挥作用。以下就介绍不使用离子对试剂,在相对低浓度的挥发性盐溶液和乙腈的混合条件下分析寡核苷酸的实验结果。
下图为VN-50填料的结构图。
核酸类药物分为低聚DNA型和低聚RNA型,在此将3种合成的低聚DNA未纯化产品(salt-free等级)作为样品溶解在超纯水中。低聚DNA的侧链上有4种核酸碱基A(腺嘌呤),T(胸腺嘧啶),G(鸟嘌呤),C(胞嘧啶)。样品如下图所示:
LC/MS装置使用Shimadzu Nexera/LCMS-8030 Plus,色谱柱使用Shodex HILIC VN-50 2D(2.0mm I.D.×150mm;particle size 5μm;pore size 100Å)。流动相(A)50mM甲酸铵水溶液和(B)乙腈高压混合,流速0.2mL/min。色谱柱温度40℃。检测器在PDA(190-350nm)之后连接MS,MS的离子化法采用ESI,检出模式为Scan(-)或SIM(-),进样量为1μL。
低聚DNA 20mer的分析
1-1.流动相条件的探讨
流动相A除了甲酸铵水溶液之外,还测试了超纯水、碳酸氢铵水溶液、氨水等,只有使用甲酸铵水溶液时低聚DNA才能被保留,所以流动相A选择为甲酸铵水溶液。
下图为改变流动相A的甲酸铵浓度和A/B混合比例时样品1(2.2mg/mL)的UV色谱图比较。流动相A的盐浓度为100mM,流动相B为57%的等度条件下,主要成分20mer的低聚DNA在15min附近被检出,在此之前19mer更小的低聚DNA按照聚合度较低的顺序洗脱,这在MS谱图中得到了验证。聚合度高的部分亲水性也高,推测是HILIC的分离模式在起作用。然而,这在短链低聚DNA分离上不够充分。
因此,研究了梯度分离条件。流动相B的比例一开始为62%,在分析开始后的10min内降至56%,在56%处持续10min,分离效果和分离时间能达到最好的平衡。为了提高MS的高灵敏度,流动相的盐浓度越低越好,把流动相A的甲酸铵浓度下降到50mM、20mM,50mM的浓度对分离效果几乎不产生影响,20mM浓度的时候有一部分峰型变差。所以,甲酸铵水溶液的浓度选择50mM。注意,使流动相恢复初始的平衡状态需要5min。
1-2.样品1和2的LC/UV/ESI-MS分析
下图是样品1和2(分别1mg/mL)的UV色谱(260nm)的比较。初始流动相B的比例为62%,在分析开始后的10min内降到56%,维持10min后再恢复成62%。含有G的样品的的保留有增强倾向。因为DNA链形成双链时,G和C形成了比A和T更强的碱基对。G和填料中的氢键的结合可能也与保留有关。
下图为样品1 20mer的低聚DNA的光谱(-)。低聚DNA被检测为多个质子脱落的多价负能量离子。
*分析条件参考上图。
样品1和2的MS谱图如下。经确认,在任何一种样品中,各链长的低聚DNA都是按照聚合度从小到大的顺序被洗脱。UV谱图中存在分离不充分的部分(11mer和12mer,18mer和19mer),在MS下可以个别检测。
*分析条件参考上图。
样品1 20mer的低聚DNA的MS谱图和检量线请参考下图。为了缩短分析时间,在梯度条件下,流动相B的初始浓度为60%,在分析开始后的10分钟下降到55%,并保持5min。检量线的线性良好,SIM模式下在10μg/mL的水平下可以进行高选择性定量。如果进一步降低乙腈的比例,还可以再缩短分析时间。
低聚DNA 62mer的分析
样品3的UV谱图和MS谱图见下图。在梯度条件下流动相B的初始浓度为60%,在分析开始后的10min内下降至50%,保持10min。为了能洗脱出62mer,需要将流动相B的比例降至50%。
在MS谱图中可以检测到31mer。32mer未能被检测,考虑可能是离子化时生成的多价离子的m/z值超出了MS的扫描范围上限(m/z 2000)。
使用聚合物基质HILIC色谱柱Shodex HILICpak VN-50 2D进行LC/UV/ESI-MS测定,能够将低聚核酸按聚合度从低到高的顺序洗脱到30mer左右,可以进行高选择性分析。流动相使用50mM的甲酸铵水溶液和乙腈的混合溶液,条件简单,不需要像反相模式一样添加离子对试剂,也不需要像离子交换模式一样添加高浓度盐。由于可以将易挥发的甲酸铵水溶液和乙腈的混合溶液作为流动相分离出低聚核酸,所以在精制应用中也具有简化脱盐工序的优势。另外,由于是聚合物基质填料,可以使用碱性溶液冲洗再生,在精密分析、制备中担心的非特异性吸附问题也能得到解决。
VN-50系列是在核酸类药物开发、品质管理、精制过程中非常适用的色谱柱。
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