Superando la barrera del megadalton: llega el CDMS de sobremesa

Un artículo reciente publicado en bioRxiv por el Dr. Jakub Ujma y sus colegas de Waters Corporation, en colaboración con el profesor Martin Jarrold, de la Universidad de Indiana, y Megadalton Solutions, describe un avance significativo: el primer espectrómetro de masas de detección de carga (CDMS) de sobremesa comercial basado en la tecnología de trampa de iones lineal electrostática (ELIT).

¿Por qué es importante esto?

El CDMS resulta especialmente adecuado para analizar biomoléculas muy grandes y heterogéneas, ya que mide tanto la relación masa-carga (m/z) como la carga (z) de cada ion. Sin embargo, hasta ahora los sistemas ELIT-CDMS de alto rendimiento se han limitado en gran medida a laboratorios académicos especializados. Esta nueva plataforma de sobremesa hace que el CDMS de alta resolución sea más accesible, al combinar un rendimiento avanzado con un diseño compacto y fácil de usar.

El reto que plantean las biomoléculas grandes y heterogéneas

La espectrometría de masas nativa tradicional funciona bien con muchas proteínas, pero resulta cada vez más difícil analizar partículas muy grandes y heterogéneas.

A medida que aumenta el tamaño molecular, las distribuciones de los estados de carga se solapan, lo que dificulta la determinación precisa de la masa. Este reto reviste especial importancia en el caso de los vectores de terapia génica basados en AAV, las partículas similares a virus (VLP), las nanopartículas lipídicas (LNP), las vacunas, las proteínas altamente glicosiladas y los ensamblajes proteicos de gran tamaño.

Las técnicas alternativas, como la ultracentrifugación analítica (AUC), la cromatografía de exclusión por tamaño con dispersión de luz multiangular (SEC-MALS) y la fotometría de masas, pueden aportar información útil, pero a menudo carecen de la resolución, el rendimiento o el nivel de detalle a escala de partículas que requieren estas muestras complejas.

Cómo marca la diferencia el CDMS

A diferencia de la espectrometría de masas convencional, la CDMS mide directamente los iones individuales y determina tanto su carga como su valor m/z. Esto permite calcular directamente la masa de cada partícula, superando así las limitaciones derivadas de la superposición de los estados de carga.

La nueva plataforma ELIT-CDMS ofrece: óptica iónica optimizada para cubrir un amplio rango de m/z (hasta m/z 250 000), detección de iones con hasta ~3000 cargas, mediciones de masa que alcanzan los cientos de megadaltones, procesamiento y visualización de datos en tiempo real, y mediciones de alta resolución gracias a la cuantización de la carga.

La mayor precisión en la carga permite obtener una resolución más alta

Una innovación clave que destaca el estudio es la capacidad del instrumento para realizar mediciones de carga de gran precisión. Al mejorar la precisión de la carga, el sistema puede asignar con exactitud estados de carga individuales, lo que aumenta significativamente la resolución de masa. Los investigadores demostraron resoluciones de masa de hasta aproximadamente 160, lo que representa la resolución de masa más alta registrada hasta la fecha para una plataforma CDMS disponible en el mercado.

Excelentes resultados en la caracterización de los AAV

Uno de los principales objetivos del estudio fue el análisis de los AAV, una aplicación fundamental en el desarrollo de la terapia génica. La plataforma distinguió con éxito entre cápsides de AAV vacías, llenas y sobrellenadas, cuantificó las relaciones entre cápsides vacías y llenas, identificó poblaciones de partículas parcialmente llenas, analizó múltiples serotipos de AAV y proporcionó resultados altamente reproducibles en mediciones repetidas.

El instrumento también mostró un excelente rendimiento cuantitativo y demostró una sensibilidad aproximadamente 20 veces mayor al funcionar en el modo de realce de la muestra (TEM), lo que lo hace adecuado para muestras de menor concentración.

Más allá de la terapia génica: vacunas y VLP

Los autores también demostraron las capacidades de la plataforma utilizando partículas similares al virus del chikungunya y del dengue. El CDMS reveló la presencia de partículas intactas, productos de degradación y agregados en un amplio rango de masas. En el caso de las VLP del chikungunya, se observaron partículas con masas de hasta aproximadamente 350 MDa.

En el caso de las VLP del dengue, los investigadores utilizaron experimentos de calentamiento controlado para estudiar la disociación y la estabilidad de las partículas, lo que les permitió obtener información sobre su estructura que habría sido difícil de conseguir con métodos convencionales.

De cara al futuro

A medida que las terapias avanzadas siguen aumentando en tamaño y complejidad, las tecnologías analíticas también deben evolucionar. Este estudio demuestra cómo los sistemas ELIT-CDMS de sobremesa disponibles en el mercado pueden ofrecer:

• Medición directa de conjuntos heterogéneos de megadaltones
• Caracterización de AAV de alta fiabilidad
• Conocimientos estructurales sobre las VLP y las vacunas
• Amplia cobertura del rango de masas
• Fácil de usar tanto para laboratorios industriales como académicos

La introducción de una plataforma CDMS comercial de sobremesa supone un hito importante para este campo. Al facilitar el acceso al análisis de alta resolución de biomoléculas de gran tamaño, la tecnología CDMS está llamada a convertirse en una herramienta cada vez más valiosa para la terapia génica, el desarrollo de vacunas, la caracterización de nanopartículas y otras aplicaciones biofarmacéuticas emergentes.

Lee el artículo completo,«Un espectrómetro de masas con detección de carga para el análisis de moléculas del orden de los megadaltones», y descubre cómo una nueva plataforma ELIT-CDMS de sobremesa está ayudando a los investigadores a superar los retos que plantea la caracterización de los ensamblajes biomoleculares más grandes y heterogéneos del mundo.