MicroCal PEAQ-DSC Automated

Übersicht

Die dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) ist ein leistungsstarkes Analysewerkzeug zur Charakterisierung der thermischen Stabilität von Proteinen und anderen Biomolekülen. Das Verfahren bestimmt die Enthalpie (ΔH) und die Temperatur (T_m) thermisch induzierter struktureller Übergänge von Molekülen in Lösung. Diese Daten liefern wertvolle Erkenntnisse über die Faktoren, die Proteine, Nukleinsäuren, mizellare Komplexe und andere makromolekulare Systeme stabilisieren bzw. destabilisieren. Anhand der Daten kann die Haltbarkeit von biomolekularen Produkten bzw. Biopharmazeutika vorhergesagt werden. Sie ermöglichen den Vergleich zwischen Chargen sowie den Vergleich von Biosimilars mit innovativen Molekülen. Und sie können zur Entwicklung von Aufreinigungsstrategien, zur Charakterisierung und Beurteilung von Proteinkonstrukten und zur Klassifizierung der Affinitäten von Liganden zu ihren Zielproteinen in der Erforschung kleinmolekularer Wirkstoffe herangezogen werden.

Das System MicroCal PEAQ-DSC Automated weist einen hohen Durchsatz und eine hohe Empfindlichkeit auf. Es verfügt über Software, die die Arbeitsabläufe optimiert, indem sie den Versuchsaufbau vereinfacht und flexible Gerätezeitpläne ermöglicht. Die automatisierte Datenanalyse unterstützt die Generierung von thermischen Stabilitätsdaten mit hoher Integrität sowie die Einhaltung der gesetzlichen Anforderungen. Gleichzeitig ermöglicht sie eine einfache Integration in bestehende Systeme zur Datenverarbeitung und -übertragung.

Hauptmerkmale

• Bewährtes stabilitätsanzeigendes Verfahren mit minimaler Assay-Entwicklung 
• Direkte und markierungsfreie Messung der Stabilität von Biomolekülen in der nativen Form in Lösung 
• Handelsübliche 96er-Mikrotiterplatten gewährleisten eine hohe Kapazität und einfaches Laden. Das Gerät kann bis zu 6 Platten temperaturgeregelt aufnehmen.
• Der vollständig integrierte Autosampler ermöglicht die unbeaufsichtigte Analyse von bis zu 50 Proben pro Tag.
• Die automatisierten Zellenbefüllungs- und -reinigungsfunktionen ermöglichen einen unbeaufsichtigten Betrieb. 
• Messung sehr hoher Bindungskonstanten, bis zu 10²⁰M^-1
• Die leistungsstarke Software MicroCal PEAQ-DSC verringert den Zeitaufwand für die Datenanalyse. Sie umfasst folgende Module:
  • PEAQ-Compliance: Das System ist mit dem Malvern Access Controller (MAC) erhältlich, um den Zugriff auf benutzerdefinierte SOPs und Datenanalysefunktionen zu beschränken. Der Report Generator ermöglicht die Anzeige der Daten mitsamt Benutzerinformationen und eine elektronische Signierung. Hierdurch werden die Integration des Workflows in das Qualitätssystem Ihres Unternehmens und die Einhaltung der Vorschriften nach 21 CFR Part 11 und Annex 11 erleichtert. Diese Komponente ist als optionales Zubehör erhältlich.
  • PEAQ-Performance: Automatische Erkennung und Validierung der Systembereitschaft für optimale Leistung
  • PEAQ-Smart (inklusive PEAQ-Finder): Für SOP-basierte Bedienung und Datenanalyse.  Verfügt über neue Algorithmen, mit denen selbst kleinste Peaks und Schultern detektiert werden können. Hierdurch wird die automatische, objektive Erkennung von Mehrfachübergängen vereinfacht, wie sie bei Multidomänen-Proteinen beobachtet werden.
  • PEAQ-Compare: Für den quantitativen Vergleich von DSC-Kurven im Rahmen von Vergleichbarkeitsstudien. Ideal geeignet für Chargenvergleichsuntersuchungen und Biosimilaritätsstudien.
  • Netzwerkfähig: Versand von E-Mail-Benachrichtigungen während der Analyse zur zeitnahen Information über den Fortschritt des Assays

Das MicroCal PEAQ-DSC ist auch als manuell bedienbares System ohne Autosampler erhältlich.

Funktionsweise

Die von Proteinen und anderen Makromolekülen gebildeten funktionellen Strukturen erfahren häufig thermisch induzierte Konformationsänderungen, wie z. B. eine Entfaltung. Diese strukturellen Umlagerungen bewirken eine Wärmeaufnahme infolge der Umverteilung nichtkovalenter Bindungen innerhalb des Moleküls. Diese Wärmeaufnahme kann mit DSC-Kalorimetern sehr genau gemessen werden.

Die thermische Messkammer des MicroCal PEAQ-DSC Automated enthält eine Probenzelle (mit der zu untersuchenden Probe) und eine Referenzzelle (mit einer abgestimmten Pufferlösung). Beide Zellen befinden sich innerhalb eines Isoliermantels. Diese beiden Zellen werden stets auf gleicher Temperatur gehalten, und während einer Messung werden sie mit einer konstanten Heizrate erwärmt. 

Bei der Entfaltung des Moleküls in der Probe wird Wärme aufgenommen. Dadurch entsteht ein Temperaturunterschied (ΔT) zwischen der Proben- und der Referenzzelle. Es ergibt sich ein Temperaturgefälle zwischen den beiden Seiten der Peltier-Elemente und somit eine proportionale elektrische Spannung. Diese dient wiederum als Steuergröße für einen Regelkreis, durch den ΔT über die Peltier-Elemente auf null ausgeregelt wird.

Da die Proteinentfaltung ein endothermer Vorgang ist, wird im Thermogramm eine positive Auslenkung beobachtet. Der Mittelpunkt dieses Proteinübergangs ist der T_m-Wert, und die Fläche unter der Kurve entspricht der Enthalpie (ΔH) des Entfaltungsprozesses (siehe Abbildung unten).

Die Datenanalyse und die gemessenen bzw. abgeleiteten Parameter werden auf der Technologieseite Dynamische Differenzkalorimetrie ausführlicher beschrieben.

Spezifikation

Allgemein

Technologie	Dynamische Differenzkalorimetrie
Typ der Messung	Temperaturmittelpunkt (TM) Enthalpie (ΔH) Wärmekapazitätsänderung (ΔCp)

Zelle

Zelle	Kapillarzelle
Zellenmaterial	Tantal
Zellvolumen	130 μl

Probe

Probenkapazität	288 (6 × 96er-Mikrotiterplatte)
Probenvolumen	325 µl
Typische Probenkonzentration	0,01 mg/ml bis 10 mg/ml 1
Probendurchsatz	≤ 50 Proben/Tag
Tempertaturbereich der Probenlagerung	4 °C bis 40 °C

System

Rauschen	0,05 µcal/°C 2
Baselinien Wiederholbarkeit	1 µcal/°C 2
Response-Zeit	5 s 2
Wiederholbarkeit	< 0,2 µcal/°C 3
Reproduzierbarkeit	< 0,08 °C SD TM und < 2 % RSD für ΔH 4
Reproduzierbarkeit des Systems	< 0,1°C SD TM und < 5 % RSD für ΔH 4
Mehrfach Feedback Modi	Ja (passiv, hohe Verstärkung und niedrige Verstärkung)
Temperaturbereich	2 °C bis 130 °C 2, 5
Maximale Durchlaufrate	240 °C/h
Reverse Scanning	Ja
Druck-Perturbations-Kalorimetrie (PPC)	nicht zutreffend
Reinigungsabläufe	3 vorprogrammierte Routinen
Reinigungslösungsmittel	Wasser und Reinigungsmittel als Standardlösung

Software

21 CFR Part 11	Ja, mit Softwareoption PEAQ-Compliance
Netzwerkfähig	Ja, mit E-Mail-Benachrichtigungsfunktion

Betriebsumgebung

Arbeitstemperatur (°C)	+10 °C bis +28 °C
Lagertemperatur	-20 °C bis +50 °C
Luftfeuchtigkeit	10 % bis 70 %, nicht kondensierend (10 % bis 90 % für Lagerung)
IP Überlastungsschutz (IP)	IP21
Versorgung	100 bis 240 V (Wechselspannung), 70 W (Zelle), 400 W (max., Autosampler), PC wie geliefert
Zertifizierung	CE (EN 61010-1), EMV (EN 61326-2-1, EN 61326-1, FCC, ICES, VCCI), ISO 9001:2008

Gewicht und Abmessungen

Abmessungen (B, T, H)	101 cm × 68 cm × 70 cm
Gewicht	Ca. 25 kg

Hinweise

	1 Probenabhängig 2 Typische Ergebnisse für Ribonuklease (RNase) in 50-mM-KAc-Puffer bei pH 5,5 und 60 °C/h mit hohem Feedback 3 Erneute Durchläufe mit stabilem Puffer 4 Mit Ribonuklease (RNase) 5 Bereich auf Anfrage erweiterbar bis -10 °C