Att förstå hur proteiner klumpar ihop sig är viktigt i moderna läkemedel. När dessa små partiklar samlas, de kan förändra effektiviteten av både vacciner och läkemedel, speciellt många av de nya, populära formuleringar härledda från monoklonala antikroppar. Trots dess betydelse, branschen har ännu inte hittat en effektiv, storskaligt sätt att mäta partikelklumpning exakt. Ett nytt referensmaterial, släppt idag av National Institute of Standards and Technology (NIST), syftar till att lösa detta proteinproblem med hjälp av ett genomskinligt undermaterial som ofta används på stadiontak.

Biologiska läkemedel skrivs ut idag för en mängd olika åkommor och sjukdomar, inklusive cancer, psoriasis, kolit och reumatoid artrit. Till skillnad från konventionella läkemedel, Biologiska läkemedel är fulla av levande proteiner. Dessa proteiner kan klumpa ihop sig under tillverkningen, frakt, eller förvaring. Forskare skulle vilja ha ett sätt att veta när det händer eftersom sådana proteinpartiklar kan orsaka oönskade immunsvar, så i åratal, de försökte skapa ett "referensmaterial" som kunde hjälpa till med kvalitetssäkring och instrumentkalibrering.

En kropps immunförsvar är utformat för att känna igen virus och bakterier som är allt från 10 nanometer till 10 mikrometer stora. Klumpar av proteiner som kan bildas i biologiska läkemedel är ofta av samma storlek, vilket kan vara problematiskt.

"Om du stoppar in något i kroppen som är inom samma storleksintervall, det höjer potentiellt en röd flagga för kroppen, " förklarade NIST-forskaren Dean Ripple. "Ibland är det önskvärt. När det gäller många vacciner, du gör avsiktligt partiklar eller lägger till klumpade partiklar så att kroppen kommer att säga, 'Åh, Jag måste verkligen vara uppmärksam på vad jag just har injicerats med.' Det orsakar ett positivt immunsvar."

Men när man arbetar med en läkemedelsprodukt, Ripple lade till, "du vill tyst smyga in det i kroppen och inte höja immunsystemets larm. Du vill inte att läkemedelsprodukten ska se ut som en inkräktare."

I både vacciner och biologiska läkemedel, att snabbt och exakt kunna mäta aggregationerna skulle vara användbart. Den mest populära metoden använder ljus för att identifiera partiklar genom att mäta hur de sprider eller absorberar en ljusstråle som passerar genom provet. En detektor mäter förändringar i strålens intensitet som partiklar i en strömmande provström genom strålen. En större minskning av ljusintensiteten betyder att en större partikel finns i provet. En annan metod använder ett mikroskop som fångar bilder av ett strömmande prov och automatiskt identifierar partiklar i bilderna.

Polystyren sfärer, gjorda av samma material som används i strandkylare och förpackning av jordnötter, används vanligtvis för att kalibrera instrument, i huvudsak hjälpa till att lära den automatiserade maskinen hur partiklar ser ut. Polystyrenkulorna finns i olika storlekar och är allmänt tillgängliga. Men de är extremt regelbundna till formen, till skillnad från proteinpartiklar, som tenderar att vara oregelbundna och trasiga. Polystyren bryter också, eller böjar, ljus ganska starkt, medan proteinpartiklar orsakar mycket svagare brytning.

Ett NIST-lag, ledd av Ripple, började arbeta med att lösa detta klumpmätningsproblem efter att Food and Drug Administration identifierade det som ett problem i utvecklingen av nya biologiska läkemedel.

Teamet övervägde många substitut för sfärerna och pärlorna innan de hittade inspiration från en överraskande källa:byggbranschen, där en produkt som heter Etylene Tetrafluoroethylene (EFTE) har blivit en favorit bland arkitekter som gillar dess motståndskraft och hur den kan vara vackert bakgrundsbelyst för estetiska ändamål. Flera nya idrottsarenor, inklusive den som användes av Minnesota Vikings, är klädda i EFTE och lyser upp med lagets färger på speldagar. Ripple undrade om han kunde skada den på ett mycket kontrollerat sätt som skulle göra små partiklar av EFTE till en ny, hjälpsam storlek och form.

"Efter att ha undersökt grejerna, Jag kom på mig själv att säga, låt oss försöka göra något med detta själva. Jag tog in lite sandpapper som vanligtvis används för hobbyprojekt och tog på mig några nitrilhandskar och började gnugga ett prov av EFTE med papperet tills vi hade tillräckligt att leka med i mikroskop, " han säger.

Vad teamet fann var att den robusta, ljusbrytande partiklar blev trassliga och trassliga i formen, mycket likt proteinpartiklar.

Sedan det första pysslet, NIST har skalat upp och formaliserat produktionsprocessen och tagit fram ett referensmaterial som vem som helst kan köpa för både forsknings- och tillverkningsapplikationer. Dessutom, ett privat företag börjar storskalig tillverkning av skavda EFTE-partiklar för användning av den biofarmaceutiska industrin.