A multiscale modeling method for therapeutic antibodies in ion exchange chromatography

生物信息学 化学 数量结构-活动关系 洗脱 生物制药 离子色谱法 生物系统 色谱法 生物化学 生物 立体化学 遗传学 基因
作者
David Saleh,Rudger Hess,Michelle Ahlers‐Hesse,Federico Rischawy,Gang Wang,Jan‐Hendrik Grosch,Thomas Schwab,Simon Kluters,Joey Studts,Jürgen Hubbuch
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:120 (1): 125-138 被引量:13
标识
DOI:10.1002/bit.28258
摘要

Abstract The development of biopharmaceutical downstream processes relies on exhaustive experimental studies. The root cause is the poorly understood relationship between the protein structure of monoclonal antibodies (mAbs) and their macroscopic process behavior. Especially the development of preparative chromatography processes is challenged by the increasing structural complexity of novel antibody formats and accelerated development timelines. This study introduces a multiscale in silico model consisting of homology modeling, quantitative structure–property relationships (QSPR), and mechanistic chromatography modeling leading from the amino acid sequence of a mAb to the digital representation of its cation exchange chromatography (CEX) process. The model leverages the mAbs' structural characteristics and experimental data of a diverse set of 21 therapeutic antibodies to predict elution profiles of two mAbs that were removed from the training data set. QSPR modeling identified mAb‐specific protein descriptors relevant for the prediction of the thermodynamic equilibrium and the stoichiometric coefficient of the adsorption reaction. The consideration of two discrete conformational states of IgG4 mAbs enabled prediction of split‐peak elution profiles. Starting from the sequence, the presented multiscale model allows in silico development of chromatography processes before protein material is available for experimental studies.
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