Analytische Chemie
Filtern
Dokumenttyp
Schlagworte
- Magnetic resonance imaging (12)
- Lab-on-a-chip (10)
- ELISA (9)
- Fluorescence (9)
- Copper (7)
- Mass spectrometry (7)
- Antibody (6)
- Immunoassay (6)
- Reference material (6)
- Traceability (6)
Organisationseinheit der BAM
- 1.5 Proteinanalytik (104) (entfernen)
Eingeladener Vortrag
- nein (8)
Antikörper sind in der medizinischen Welt nicht mehr wegzudenken. Ihr Einsatz-Repertoire als Therapeutika für die Behandlung diverser Krankheiten und Infektionen weitet sich von Jahr zu Jahr mehr aus. Dabei basiert ein Großteil der verwendeten Antikörper zu diesem Zeitpunkt auf monoklonalen Antikörpern auf Basis von Hybridomazellen. Doch hier könnten rekombinante Antikörper aufgrund ihrer Vektor-basierten Expression eine vielversprechende und womöglich sogar revolutionierende Alternative bieten. So ergeben sich neue Optimierungsoptionen für Merkmale wie Affinität, Stabilität und Kompatibilität über Anpassungen auf genetischer oder posttranslationaler Ebene. Allerdings ergibt sich kein Anwendungszweck ohne die vorhergehende detaillierte Charakterisierung der Antikörper. Denn nur mit spezifischem Wissen über die diversen Eigenschaften und Wechselwirkungen kann eine effektive und präzise Verwendung in der Diagnostik und Therapeutik gewährleistet werden und auf diese Weise Leben retten.
Aus diesem Grund beschäftigt sich diese Masterarbeit mit der Vertiefung der rekombinanten Antikörper-Thematik. Dazu soll ein Anti-Tetanus-Antikörper erstmals rekombinant in verschiedenen Zelllinien hergestellt und anschließend über umfangreiche analytische Verfahren mit einem Fokus auf die Einflussanalyse der unterschiedlichen posttranslationalen Glykosylierungen charakterisiert werden. Zu diesem Zweck wurden als Grundlage einerseits zwei P1316-Dual-Expressions-Vektoren mit variierenden Insert-Positionen der schweren und leichten Kette durch Gibson-Assembly sowie individuellen pRK5-Plasmide für eine separiert Expression der Antikkörperketten mithilfe Restriktionsfragment-Ligation generiert. In einer Gegenüberstellung der der Expressionsausbeuten stellte sich die Überlegenheit der P1316-Plasmid-Konfiguration heraus, in der das Leichtketten-Insert an der ersten Expressionsstelle positioniert ist. Deshalb wurde dieser Vektor als Ausgangspunkt für die anschließende hochskalierten Herstellung des Anti-Tetanus-Antikörpers in Expi293F-GnTI- und ExpiCHO-S-Zellen verwendet. Ein ELISA bestätigte die Bindungsaktivität der rekombinanten Antikörper am Tetanus-Toxoid unabhängig vom Expressionssystem. Nach einer folgenden Optimierung der für die Aufreinigung verwendeten Protein-A-Affinitätschromatographie, wurde über weitere Charakterisierungsmethoden wie Größenausschlusschromatographie und dynamische Lichtstreuung eine vergleichbare Aggregation aufgrund der sauren Elution aufgezeigt. In diesem Kontext wurde die Notwendigkeit einer Zweistufen-Präparation mit Affinitäts- und Größenausschlusschromatografie für den Erhalt monodisperser Proben verdeutlicht. Zudem wurden die verschiedenen intakten Massen mitsamt ihrer spezifischen Glykan-abhängigen Streumaßen in Relation zum monoklonalen NISTmAB-Referenzantikörper bestimmt. Dabei konnte den Erwartungen nach sowohl die geringere Masse als auch die uniformere Glykosylierung der in Expi293 GnTI- exprimierten Immunoglobuline in Relation zum ExpiCHO-S-Antikörper nachgewiesen werden. Anschließend wurde das Stabilitätsverhalten mittels thermischer Entfaltung und dynamischer Lichtstreuung über einen ausgeweiteten Zeitraum sowie verschiedenen Temperaturen dokumentiert. Grundlegend wurde eine höhere thermische Stabilität der zweiten konstanten Schwerketten-Domäne des aus ExpiCHO-S-Zellen stammenden Antikörpers nachgewiesen. Außerdem konnte eine problemlose Lagerungsfähigkeit beider unterschiedlich glykosylierter Antikörper bei Raumtemperatur für mindestens 4 Wochen festgestellt werden. Des Weiteren wurde die Langzeitlagerung im Rahmen der Auswirkung von Gefrier-Auftau-Zyklen mit gleichbleibenden Methoden sowie zusätzlicher Größenausschlusschromatographie erprobt. Hierbei stellte sich der Erhalt der strukturellen Integrität nach bis zu 15 Zyklen heraus. Allerdings geht die Monodispersität bereits nach wenigen Zyklen verloren, wobei die geringfügiger glykosylierten Expi293F-GnTI-Anti-Tetanus-Antikörper eine stärkere Beeinträchtigung durch multiple Gefrier-Auftau-Zyklen aufwiesen.
Communities worldwide face significant threats from Explosive Remnants of War (ERW), which endanger lives and restrict land usage. From forest fires due to ERWs or in ERW-contaminated areas (e.g., in Jüterbog, Germany) to broader global challenges (e.g., the Ukrainian conflict), the need for efficient detection and removal of these remnants, especially for humanitarian demining, is paramount. Traditional methods, like manual demining, have severe limitations in safety and efficiency. Here, we introduce an innovative solution to these challenges: “Chemosensing Smart Dust.” This technology uses chemoselective dyes that change their fluorescence properties when exposed to explosives like 2,4,6-trinitrotoluene (TNT). Fluorescence-based detection offers superior sensitivity, reduced likelihood of false positives, and enhanced accuracy of explosive detection. Drones, equipped with excitation lasers or LEDs, deploy the Chemosensing Smart Dust over areas of interest and actively detect the fluorescence changes using high-resolution cameras, offering a rapid, safe, and adaptable detection method. Beyond demining, this innovative approach has potential applications in monitoring polluted areas, homeland security, and emergency response.
A combination of TLC-bioautography, MALDI-TOF-MS and LC–MS/MS methods was used to identify flavonoids with anti-α-amylase activity in extracts of Lathyrus pratensis L. (herb), L. polyphillus L. (fruits), Thermopsis lanceolata R. Br. (herb) and S. japonica L. (buds). After the TLC-autobiography assay, substances with anti-amylase activity were identified by MALDI-TOF-MS followed by confirmation of the result by LC–MS/MS. Results of the study revealed that the flavonoids apigenin, luteolin, formononetin, genistein and kaempferol display marked anti-α-amylase activity. Formononetin showed the largest activity. Compared with LC–MS/MS, MALDI-TOF-MS is a quick and convenient method; results can be obtained within minutes; and only minor sample amounts are required which allows us to analyse mixtures of substances without preliminary separation. However, the inability to distinguish between isomers is the main limitation of the method.
Cardiac troponin I (cTnI) is a crucial biomarker for diagnosing cardiac vascular diseases, including acute myocardial infarction (AMI). This study presents a proof-of-concept chemiluminescence-based immunosensor for rapid and accurate measurement of cTnI, with the potential for online monitoring. The immunosensor incorporates a flow cell design and a sensitive complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) camera for optical readout. A microfluidic setup was established to enable selective and quasi-online determination of cTnI within ten minutes. The sensor was tested with recombinant cTnI in phosphate buffer, demonstrating measurements in the concentration range of 2–25 µg/L, with a limit of detection (LoD) of 0.6 µg/L (23 pmol/L) achieved using the optimized system. The immunosensor exhibited high selectivity, as no cross-reactivity was observed with other recombinant proteins such as cTnT and cTnC at a concentration of 16 µg/L. Measurements with diluted blood plasma and serum yielded an LoD of 60 µg/L (2.4 nmol/L) and 70 µg/L (2.9 nmol/L), respectively. This biosensor offers a promising approach for the rapid and sensitive detection of cTnI, contributing to the diagnosis and management of acute myocardial infarction and other cardiac vascular diseases.
Immobilized metal affinity chromatography (IMAC) is a widely used technique for purifying polyhistidine-tagged recombinant proteins. However, it often has practical limitations that require complex optimizations and additional steps for purification. In this study, we introduce functionalized corundum particles as a novel, efficient, and economical method for purifying recombinant proteins in a column-free format. The corundum surface is modified with amino silane APTES, followed by EDTA dianhydride, and then loaded with nickel ions. We used the Kaiser test to monitor the modification process and ICP-MS to quantify the metal-binding capacity. To evaluate the system, we used His-tagged protein A/G (PAG) mixed with bovine serum albumin (BSA). The corundum particles exhibited a binding capacity of approximately 3 mg of protein per gram of corundum or 2.4 mg per 1 mL of corundum suspension. We also examined cytoplasm obtained from different E. coli strains as an example of a complex matrix. Varying the imidazole concentration in the loading and washing buffers showed that higher concentrations during loading improved purity. Even with sample volumes as large as one liter, we successfully isolated recombinant proteins down to a concentration of 1 µg/mL. We found higher purity levels with corundum when comparing the corundum material to standard Ni–NTA agarose beads. We successfully purified His6-MBP-mSA2, a fusion protein comprising monomeric streptavidin and maltose-binding protein, from E. coli cytoplasm, demonstrating the method's applicability. We also purified SARS-CoV-2-S-RBD-His8 expressed in human Expi293F cells, confirming its suitability for mammalian cell culture supernatants. The material cost of the nickel-loaded corundum material (without regeneration) is estimated to be less than 30 cents per gram of functionalized support or 10 cents per milligram of isolated protein. Another advantage of this system is the exceptional physical and chemical stability of corundum particles. Overall, we have demonstrated that this novel material offers an efficient, robust, and cost-effective purification platform for His-tagged proteins, even in challenging, complex matrices and large sample volumes with low product concentrations. This method has potential applications in both small laboratories and large-scale industrial settings.
Beschichtete Zellulose Partikel als kolorimetrische passive Sensoren, die mittels optische Kamerasystem einer Drohne erfasst werden. Somit können Gefahrenstoffe, in ersten Versuchen z. B. Säuren aus sicherer Entfernung, kostengünstig und umweltverträglich detektiert werden.
Quantitative 1H Nuclear Magnetic Resonance (qNMR) of Aromatic Amino Acids for Protein Quantification
(2023)
Hydrolysis of protein samples into amino acids facilitates the use of NMR spectroscopy for protein and peptide quantification. Different conditions have been tested for quantifying aromatic amino acids and proteins. The pH-dependent signal shifts in the aromatic region of amino acid samples were examined. A pH of 12 was found to minimize signal overlap of the four aromatic amino acids. Several aromatic compounds, such as terephthalic acid, sulfoisophthalic acid, and benzene tricarboxylic acid, were applied as internal standards. The quantification of amino acids from an amino acid standard was performed. Using the first two suggested internal standards, recovery was ~97% for histidine, phenylalanine, and tyrosine at a concentration of approximately 1 mM in solution. Acidic hydrolysis of a certified reference material (CRM) of bovine serum albumin (BSA) and subsequent quantification of Phe and Tyr yielded recoveries of 98% ± 2% and 88% ± 4%, respectively, at a protein concentration of 16 g/L or 250 µM.
Comprehensive evaluation of peptide de novo sequencing tools for monoclonal antibody assembly
(2023)
Monoclonal antibodies are biotechnologically produced proteins with various applications in research, therapeutics and diagnostics. Their ability to recognize and bind to specific molecule structures makes them essential research tools and therapeutic agents. Sequence information of antibodies is helpful for understanding antibody–antigen interactions and ensuring their affinity and specificity. De novo protein sequencing based on mass spectrometry is a valuable method to obtain the amino acid sequence of peptides and proteins without a priori knowledge. In this study, we evaluated six recently developed de novo peptide sequencing algorithms (Novor, pNovo 3, DeepNovo, SMSNet, PointNovo and Casanovo), which were not specifically designed for antibody data. We validated their ability to identify and assemble antibody sequences on three multi-enzymatic data sets. The deep learning-based tools Casanovo and PointNovo showed an increased peptide recall across different enzymes and data sets compared with spectrum-graph-based approaches. We evaluated different error types of de novo peptide sequencing tools and their performance for different numbers of missing cleavage sites, noisy spectra and peptides of various lengths. We achieved a sequence coverage of 97.69–99.53% on the light chains of three different antibody data sets using the de Bruijn assembler ALPS and the predictions from Casanovo. However, low sequence coverage and accuracy on the heavy chains demonstrate that complete de novo protein sequencing remains a challenging issue in proteomics that requires improved de novo error correction, alternative digestion strategies and hybrid approaches such as homology search to achieve high accuracy on long protein sequences.