技術說明:如何進行寡核苷酸(oligonucleotide)分析/純化最佳化?

核酸治療劑,如: 沉默RNA(silencing RNA duplexes, siRNA)、信使 RNA(messenger RNA, mRNA)和反義寡核苷酸(antisense oligonucleotides, ASO)是用於多種疾病的藥物治療極具前景的候選藥物。 治療性寡核苷酸通常經過修飾以增強其穩定性或改善藥代動力學(pharmacokinetics),並可以由骨架(backbone)、鹼基(base)或糖部分的修飾(sugar moieties)以及結構的共軛(conjugatetion)來分類[1]。 通常,寡核苷酸具有磷酸二酯鍵(phosphodiester linkages, PO)。最常見的修飾之一是用硫取代氧原子,從而形成硫代磷酸酯鍵(phosphorothioate linkage, PS)。這種 PS連接可增加對核酸酶的穩定性並防止核酸降解。 PS 寡核苷酸通常用於體內和體外技術,因為它們比 PO 更穩健。

另一個經常進行的修飾是將 2′-ribose位置的親核羥基部分替換為 O-methyl (2′-OMe) 基團。 這進一步增加了對核酸酶降解的穩定性。

 

一、使用離子交換管柱(ion exchange column, IEX)分離寡核苷酸(oligonucleotide)

由於寡核苷酸骨架中帶負電荷的磷酸基團,通常使用陰離子交換 (AEX) 進行分析。 YMC 的無孔陰離子交換管柱 BioPro IEX QF 有一個Quaternary amine殘基作為官能基團。 BioPro IEX QF 的無孔顆粒提供高效率和高解析度的分離效果。

在文章內容中,針對單鏈未修飾和修飾的 DNA 和 RNA進行了不同的最佳化步驟,以凸顯方法效率的重要性。第一組樣品涵蓋具有不同長度(20 和 21 mers)的 PO 鍵的單鏈 DNA 和 RNA,因為 N-1(短鏈)和 N+1(長鏈)是寡核苷酸純化過程中最常見的不純物。 該組樣品還包含具有單個鹼基差異的單鏈 DNA。 第二組樣品處理 PS 鍵連接的單鏈 DNA 和 RNA。藉由改變緩衝溶液的鹽類型和濃度或修改梯度,以減少峰拖尾(peal tailing)和殘留(carryover)。

二、使用離子對-逆相層析(ion-pair reversed-phase HPLC, IP-RP HPLC)分離寡核苷酸(oligonucleotide)

逆相 HPLC 已廣泛用於合成寡核苷酸的分析和純化。由於在一般逆相層析管柱上難以滯留和分離短寡核苷酸等高極性化合物,因此用於這些分離的層析管柱必須有一些特殊性質。包括在 100% 水相中的穩定性、高溫穩定性和更大孔徑等需求。

YMC 提供一系列用於寡核苷酸分析的色譜柱:YMC-Triart C18YMC-Triart Bio C18YMC-Triart C8Hydrosphere C18。 YMC-Triart 系列由於其應用廣泛的膠體設計,可於方法開發中提供更靈活的選擇。而二氧化矽膠體材質的 Hydrosphere C18 對極性化合物具有很強的滯留能力。 對於各種固定相的不同孔徑選擇,也是一個重要因素,因為孔徑會影響寡核苷酸的擴散率,從而影響峰形。

在文章內容中,我們將探討如何提升寡核苷酸於ion-pairing逆相層析中的分離效果。

詳細應用資料內容歡迎來信與我們索取(info@ymctaiwan.com)或與我們進一步討論。

原始文章出處:How to optimize your oligonucleotide analysis from YMC Europe.

Nucleic acids and Oligonucleotides applications分離管柱

連續式純化GalNAc-cluster-conjugated oligonucleotide相關文獻純化設備

YMC發表連續式層析技術純化GalNAc-cluster-conjugated oligonucleotide文獻

一篇關於連續式層析技術文獻發表於Journal of Chromatography A.

文獻標題:Purification of a GalNAc-cluster-conjugated oligonucleotide by reversed-phase twin-column continuous chromatography
作者:Richard Weldon ᵇ, Jörg Lill ᵃ, Martin Olbrich ᵃ, Pascal Schmidt ᵃ, Thomas Müller-Späth ᵇ
a) F. Hoffmann-La Roche Ltd., b) ChromaCon AG

詳細內容請參考以下文獻資訊與連結:
Journal of Chromatography A, Volume 1663, 25 January 2022, 462734
https://doi.org/10.1016/j.chroma.2021.462734

純化設備分離管柱

使用陽離子交換樹脂管柱(Cation Exchange Column)成功分析聚乙二醇修飾蛋白質(PEGylated Protein)之電荷異構物(Charge-Variant)

Polyethylene glycol(PEG)因其生物相容之特性,廣泛應用於藥物、生物醫藥及產業領域。常見於胜肽、蛋白質及其他治療藥物之應用。對於PEGylated protein之特性分析可能非常複雜並且需要使用各種不同的方法。

YMC於美國與Pelican Expression Technology實驗室合作開發出使用YMC-BioPro陽離子交換樹脂管柱進行PEGylated protein charge-variant之應用,展現出YMC BioPro管柱為此應用提供一穩定且再線性佳之分析工具,並優於目前分析charge-variant之方法。

更多詳細內容請參考LCGC雜誌內容:

The Utility of Cation Exchange Column for Successful Charge-Variant Analysis of PEGylated Proteins

自填式管柱(self-packed columns)之品質控制

填充管柱後,建議在進行樣品純化之前,使用標準樣品進行理論塔板數(N, number of theoretical plates)、理論塔板高度(HETP, height equivalent to a theoretical plate)和峰不對稱因子(As, peak asymmetry factor)測試及計算。藉由定期和重複執行此類標準測試,可以有效地評估膠體(gel, packing material)的品質和耐用性。 如果您想比較各個測試之間的結果,建議在每次測試中在相同條件下使用相同的測量設備。測量結果可能會受到一些因素影響,例如:死體積(dead volume)、流速(flow rate)、溫度(temperature)、沖提液(eluent)和進樣量(sample loading amount)的差異。

下列公式可用於計算理論塔板數(N, number of theoretical plates)。 較大的 N 值對應於層析管柱中較高的填充膠體密度。 此外,在固定滯留時間(retention time),峰形越窄,N 值越高;柱長越長,粒徑越小,N 值越大。 通常,每柱床長(m)的理論塔板數通常用作評估層析管柱純化性能的指標。

N = 5.54 x (tR / W0.5h)2
N/m = N / L
L = Column bed length (m)

理論塔板高度 (HETP, height equivalent to a theoretical plate)有時也用作評估層析管柱性能的指標。 下列公式可用於計算 HETP。 該值越小,填充在柱中的膠體密度越高。

HETP = L / N

洗脫峰形 (peak shape)也是評估層析管柱性能的重要因素。 峰不對稱因子 (As) 的測定是一種相對簡單的估計層析管柱性能的方法。 下列公式可用於計算 As,該值越接近“1”是越理想的,其表示越高的峰形對稱性。

As = b / a

HPLC技術指引:管柱平衡(Column Equilibration)

我應該平衡HPLC管柱多久時間呢?

在執行梯度條件後進行下一次進樣前之HPLC層析管柱平衡時,如果(重新)平衡時間太短,則會出現實驗重複性不佳的風險。如果時間太長,則會浪費時間和溶劑。

在本HPLC技術指引中,您將學習如何通過計算管柱體積來估算最佳平衡體積。此外,還使用了一個實際案例來顯示不同平衡體積對分析結果的影響。有關管柱平衡的詳細說明,您可以在此處下載HPLC技術指引。

Expert Tip: 管柱再生Column regeneration

您的(U)HPLC層析管柱之分離效果是否開始變差?

這份文件我們提供了合適的管柱清洗程序,有助於恢復層析管柱之性能。此外,該程序還可防止污染物在固定相上累積。但是,需考量一些情況,例如:清潔溶劑的類型和有效再生所需的體積。有關層析管柱再生的更多詳細信息,請在此處下載說明文件。

Improving the retention behaviour of hydrophilic compounds on polar stationary phases

Do you analyse hydrophilic compounds? Do you want to improve the retention on polar stationary phases such as PFP or Diol?

In this technical note, two different options for the improved analysis of hydrophilic compounds on YMC-Triart PFP and YMC-Triart Diol-HILIC are shown. The pH value and the amount of organic solvent are examined to learn more about the retention behaviour of basic, acidic and zwitterionic compounds using these phases. Due to their different selectivity, pentafluorophenyl (PFP) or Diol modifications are an ideal choice for the analysis of hydrophilic compounds which often remain unretained or unresolved on conventional C18 phases.

You can download the full method details here.

To get further information about the YMC-Triart series of columns.