寡核苷酸藥物( Oligonucleotide Drugs,又名小核酸藥物)由于其直接作用于疾病的遺傳物質(DNA/RNA)靶點發(fā)揮治療作用,提供了更高的疾病靶向成藥性,具有高特異性和長藥效的優(yōu)勢,且合成方便、 臨床前研發(fā)周期短、不良反應可控。被稱為繼抗體藥物后的第三代創(chuàng)新藥物,在重大疾病治療中展現(xiàn)出巨大潛力。
圖1. 從遺傳信息傳遞到創(chuàng)新藥物
寡核苷酸藥物分為小干擾RNA(small interfering RNA, siRNA)、反義寡核苷酸(antisense oligonucleotide, ASO )、微小RNA(microRNA, miRNA)、核酸適配體(Aptamer)等。目前,寡核苷酸藥物主要包括ASO和siRNA,二者主要作用于細胞質的mRNA,通過堿基互補識別和抑制靶mRNA,實現(xiàn)對蛋白表達的調控,達到治療疾病的目的。
表1. 常見的小核酸藥物
小核酸藥物為諸多棘手病癥提供了全新解決思路,包括罕見病、遺傳病、慢性?。ㄈ绺哐?、NASH)以及“不可成藥靶點”(如RNA剪接異常)。全球約7000種罕見病中,僅5%有有效治療手段,因此小核酸藥物(如ASO、siRNA)已成為研發(fā)熱點。
圖2. 2016-2025全球小核酸藥物市場規(guī)模(數(shù)據(jù)來源:弗若斯特沙利文)
寡核苷酸藥物的制備,目前多采用化學合成方法。工藝流程包括 :1)靶序列篩選;2)寡核苷酸固相合成; 3)切割脫保護; 4)寡核苷酸純化; 5)濃縮(超濾)換液;6)凍干/制劑等步驟。
圖3. 寡核苷酸藥物生產(chǎn)流程
目前多采用亞磷酰胺固相合成法合成寡核苷酸。亞磷酰胺固相合成主要分為以下四步:
每次經(jīng)過以下四個步驟就可以在固相載體上添加一個序列,完整的合成周期是將一個核苷酸殘基添加到在固相載體上的不斷延長的寡核苷酸鏈上,理論上可以通過重復循環(huán)該步驟從3’端向5’端無限添加序列。
圖4. 固相合成寡核苷酸步驟
寡核苷酸合成,不僅受核酸單體品質、合成用的固定相載體、試劑質量、合成工藝參數(shù)、合成環(huán)境的影響,而且受合成設備影響。納微科技為滿足客戶合成需求,開發(fā)了寡核苷酸固相合成載體,各項性能指標接近進口水平;賽譜儀器基于現(xiàn)有專利技術,結合市場需求研發(fā)了寡核苷酸合成儀,各項性能指標可滿足客戶需求。
核酸固相合成載體是寡核苷酸(小核酸藥物)化學合成中的關鍵材料,用于固定初始核苷酸,為后續(xù)復雜的鏈接反應提供穩(wěn)定的基礎,確保每一個核苷酸都能準確無誤地連接在一起,逐步構建起具有特定序列和功能的寡核苷酸。
NMOligo是納微科技基于多年的PS-DVB聚合物合成技術以及表面改性方法制備而成的高性能固相合成載體填料。該填料采用了納微科技獨有的制孔技術,具有比較均一的孔徑和粒徑分布以及優(yōu)化的交聯(lián)聚苯乙烯結構,可以實現(xiàn)高純度、高收率和高載量的寡核苷酸合成,降低固相合成成本。
圖5. NMOligo 固相合成載體顯微鏡圖
產(chǎn)品優(yōu)勢
高負載能力
卓越的批次穩(wěn)定性
多樣化的客戶定制
表2. NMOligo 固相合成載體參數(shù)表
注:NMOligo可以通過完全衍生化的方式加載到客戶要求的各種規(guī)格
固相載體的性能是合成過程的起跑線,極大影響著合成產(chǎn)物的收率和純度。納微科技固相合成載體性能優(yōu)異,測試某進口N品牌固相載體與納微科技固相載體同時合成短鏈DNA,且實驗條件不變的情況下,通過對比寡核苷酸粗產(chǎn)品純度、收率,結果顯示納微科技固相載體可達到進口水平。
圖6. NMOligo-Unylinker350 (紫色線)與進口品牌(黑色線)在實驗室規(guī)模上合成20merDNA的HPLC對比圖
表3. 實驗室規(guī)模NMOligo-Unylinker350合成20mer DNA結果對比
TrueSyntTM 核酸合成系統(tǒng)首款產(chǎn)品-STS0100核酸合成儀由賽譜儀器研發(fā),是一套實驗室級別的、全自動的亞磷酰胺法寡核苷酸合成儀。采用高精度柱塞泵驅動,精確控制反應速度和接觸時間,精心設計的流路可顯著降低單體及試劑用量,保證了低成本、高效益、高質量的合成結果。該設備可應用于siRNA、miRNA、 ASO、Aptamer等寡核苷酸的合成,合成范圍為50μmol-9mmol 。
圖7. TrueSyntTM 寡核苷酸合成儀
產(chǎn)品特點
精準控制,保證高合成效率;
兼容多種修飾核苷酸,滿足探針、引物、siRNA等不同應用需求;
可控合成規(guī)模,滿足研發(fā)及生產(chǎn)需求;
智能軟件控制合成全流程,減少人工干預和污染風險;
精確控制試劑用量,降低合成成本;
合成工藝簡單明了,易于線性放大;
提供專業(yè)的技術支持和售后服務,軟件終身免費升級服務。
固相合成后的寡核苷酸經(jīng)過氨解切割等一系列步驟后,得到寡核苷酸粗品。雖然固相合成中,單體的偶聯(lián)效率很高,但也會產(chǎn)生N-X和N+X寡聚物、修飾反應的副產(chǎn)物及不完整的氧化/脫保護/帶帽產(chǎn)物等雜質,這些雜質會嚴重影響藥品的質量,需要通過層析分離純化技術去除目標產(chǎn)物中的相關雜質。所以,固相合成之后,如何選擇合適的填料及純化工藝對于產(chǎn)品質量和生產(chǎn)至關重要。目前主流的純化方式主要是陰離子交換層析、反相層析和疏水層析。由于純化工藝的差異,可結合其選擇其中一種或者兩種方式進行純化。
陰離子交換層析可以與帶負電荷的寡核苷酸結合。通常,先利用一定濃度的鹽除去無DMT保護的雜質,然后在柱上利用酸洗脫三苯甲基(Detritylation),最后利用不同的鹽濃度把目的寡核苷酸分離純化。一般,寡核苷酸都會包括5’-DMT保護基團, DMT是一個強疏水性基團,與反相層析/疏水層析產(chǎn)生相互作用,因此可以用于帶有DMT的全長序列的分離。
納微科技基于微球研發(fā)與藥物下游純化領域多年深耕,推出寡核苷酸純化解決方案:通常優(yōu)先選擇陰離子交換層析,當面臨挑戰(zhàn)性情況,可以保留DMT從而在反相層析或疏水層析上進行分離,優(yōu)選填料主要包括NanoQ-30L, NanoQ-15L, UniPS 10-300, UniPS 30-300, UniSil 30-120 C18, UniSil 10-120 C18。
表4. 寡核苷酸純化填料
圖8. NanoQ-15L用于20mer寡核苷酸純化
純化結果
在20 mer寡核苷酸的純化中,采用納微科技NanoQ-15L進行規(guī)模純化,粗品HPLC分析顯示主峰純度僅82.49%,主要雜質為N-1短鏈(12.7%)及DMT保護基殘留(4.8%)。經(jīng)優(yōu)化線性洗脫,純化后主峰純度顯著提升至97.45%,關鍵雜質控制達到:N-1<1.5%、DMT<0.3%。工藝得率約80%(按A260定量),符合cGMP要求的>70%標準。
圖9. UniPS 10-300用于寡核苷酸純化
純化結果
結果顯示,在25個堿基寡核苷酸純化中,采用納微科技UniPS 10-300反相層析純化,一步純化即可將純度由82.5%提升到98.9%,滿足質量要求。
圖10. UniSil 10-120 C18用于寡核苷酸純化
純化結果
結果顯示UniSil 10-120 C18純化寡核苷酸,一步純化最終純度從82.0%提高至96%以上,同時收率達75%。滿足其質量要求 。
納微科技納譜分析開發(fā)的DNACoreTM寡核苷酸分析色譜柱是基于單分散硅膠和聚合物微球,結合先進的表面鍵合、修飾和接枝技術,經(jīng)優(yōu)化的裝填工藝而成。該系列包括DNACore 1000 C18反相色譜柱和DNACore NP-Q陰離子交換色譜柱,分別適用于反相和陰離子交換分離模式下DNA/RNA片段、mRNA和質粒的高效分離。
表5. DNACoreTM系列寡核苷酸分析色譜柱參數(shù)
圖11. DNACore 1000 C18分析柱分析短鏈寡核苷酸
圖12. DNACore NP-Q分析柱分析寡核苷酸
納微科技賽譜儀器針對制藥領域下游分離純化需求,開發(fā)了層析純化系統(tǒng),可以快速實現(xiàn)生物樣品的純化,滿足客戶實驗室研發(fā)及中試生產(chǎn)需求。
SCG-P蛋白層析系統(tǒng)為高端一體機,功能強大,性能卓越。 集成的樣品泵和樣品閥設計可滿足客戶對樣品泵以及整體流路極強的拓展需求。緊湊巧妙的布局讓整個流路的延遲體積更小。 更強大的外掛閥空間可滿足未來設備硬件升級。層析工作站提供直觀靈活的方法編輯,系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)分析,軟件可終生免費升級。可以適配進口或者國產(chǎn)品牌的層析柱。可放入層析冷柜。
圖13. 蛋白層析系統(tǒng)SCG-P高集成度系列
產(chǎn)品特點
滿足客戶對樣品泵以及整體流路極強的拓展需求;
集成控制面板,外增開始、暫??旖莅粹o,集科技智能一體;
靈活配置,輕松滿足從毫克到克級或更高規(guī)模的純化需求;
完美集成DOE功能,最小的實驗投入即可獲得最優(yōu)的工藝條件和結果。
納微科技L75液相全能冠軍家族,作為國產(chǎn)高端液相色譜新技術的標桿產(chǎn)品,以模塊化創(chuàng)新設計重新定義了分析儀器的通用性與靈活性,覆蓋從常規(guī)分析到超高效分離的多維需求,適配寡核苷酸的精準分析。全供應鏈可控的國產(chǎn)化設計降低用戶運維成本,是從實驗室研發(fā)到GMP生產(chǎn)的全周期國產(chǎn)替代優(yōu)選方案。
圖14. L75液相全能冠軍家族
產(chǎn)品特點
寬應用范圍:獨立螺桿直驅雙柱塞泵,可覆蓋5μm至亞2μm全多孔及核殼應用;
樣品盤溫控:支持2mL樣品盤及96孔板,保證生物樣品在進樣過程的穩(wěn)定性;
簡化手動流程:全自動一鍵排空,簡化繁瑣手動操作,可實現(xiàn)無人值守的遠程控制;
智能溶劑管理:實時監(jiān)控流動相余量,并進行低液位報警;
人機交互設計:大尺寸觸摸屏與色譜工作站同步,實現(xiàn)遠程交換;
合規(guī)化工作站:基于數(shù)據(jù)庫架構,支持單機/網(wǎng)絡版部署,符合FDA 21 CFR Part 11、SDA GXP等合規(guī)性要求。
對于寡核苷酸生產(chǎn)來說,最為重要的因素是寡核苷酸的合成及合成后的純化,納微科技在這兩個方面可以提供優(yōu)異的產(chǎn)品以及解決方案。針對寡核苷酸合成,納微科技可提供寡核苷酸合成儀、寡核苷酸固相合成載體;針對寡核苷酸的純化,納微科技可以提供完整的工藝方案及設備支持,包括純化填料、層析設備、分析柱、分析設備以及純化工藝開發(fā)服務,以滿足寡核苷酸藥物開發(fā)到商業(yè)化生產(chǎn)需求。
關于納微科技
蘇州納微科技股份有限公司( 688690.SH)是一家專門從事高精度、高性能和高質量微球材料研發(fā)和生產(chǎn)的國家高新技術企業(yè),是全球能提供多品種多規(guī)格微球產(chǎn)品的公司之一。
公司致力于建設全球領先的納米微球精準制備和應用平臺,產(chǎn)品涵蓋硅膠正相、反相、HILIC、手性填料、固相萃取、聚合物反相、離子交換、疏水層析、親和層析(Protein A、金屬螯合、苯硼酸)、復合模式、凝膠滲透色譜及特殊功能填料;提供色譜柱、磁珠、標準顆粒、分析檢測、分離純化實驗技能培訓及分離純化整體解決方案。
了解更多信息,敬請訪問 www.nanomicro.com。
服務熱線
0576-88178439(座機)
浙江福立分析儀器有限公司成立于1998年,是一家專注于色譜質譜研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、服務的高新技術企業(yè),是國家重點扶持的專精特新“小巨人”企業(yè),也是國產(chǎn)色譜儀器領軍企業(yè),公司擁有現(xiàn)代化的生產(chǎn)基地和省級企業(yè)研究院,致力于為客戶提供高效、精準、可靠的分析儀器和解決方案。
公司聚焦色譜近三十年,從色譜零部件到整機,全產(chǎn)業(yè)鏈的色譜研發(fā)布局,承擔并順利完成了科技部國家重大科學儀器專項,突破色譜關鍵技術,引領國產(chǎn)色譜技術發(fā)展邁入新的篇章。
2023年6月,蘇州納微科技股份有限公司(股票代碼:SH 688690)入股,攜手打造集色譜填料、分析儀器及整體解決方案于一體的色譜質譜創(chuàng)新平臺,雙方戰(zhàn)略合作邁入全新階段,開啟色譜技術發(fā)展新征程。
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