Plasma-Generated Hydroxyl Radicals for Analysis of Three-Dimensional Structures in Protein Therapeutics

Immuto Scientific, Inc., Madison WI

Investigators

Abstract

Abstract  The biological function and physicochemical properties of protein-­based therapeutics are determined by their  higher order structures (HOS). Therefore, it is imperative to analyze the three-­dimensional higher order  structure of protein therapeutics at several stages of the drug development process to ensure both safety and  efficacy of the drug. Biopharmaceutical manufacturers are required to demonstrate the consistency of the  protein HOS conformation to the regulatory agencies. Moreover, Identifying the binding site of a protein to its  corresponding antigen (known as epitope mapping) is critical for the development of new therapeutics,  vaccines and diagnostics. Food and Drug Administration (FDA) guidelines require specific binding site  information between a drug and its target for the regulatory filing.  Current techniques for protein HOS  characterization and epitope mapping are slow, expensive and difficult to perform. We have developed a  technology called Plasma Induced Modification to Biomolecules that addresses the need of the industry for  routine structural, mass spectrometry-­based protein HOS analysis. PLIMB generates sub microsecond bursts  of hydroxyl (OH) radicals from water to label proteins in solution. The OH radicals covalently labels the solvent  accessible regions of the protein and subsequent mass spectrometric analysis reveals single amino acid level  structural information. A way to quickly and efficiently analyze higher order structures of proteins on a benchtop  scale, PLIMB will enable faster development of protein therapeutics, throughout the drug discovery process. In  SBIR Phase I, we will prove the feasibility of a hydroxyl radical detection system that will tightly control the OH  radical dose generated by PLIMB to yield highly reproducible HOS data. After completion of the SBIR Phase I  project, we will continue the development and validation of the PLIMB system for commercial use. Ultimately,  PLIMB will enable fast, high resolution structural analysis of proteins, a capability which is highly sought after in  the pharmaceutical industry.