Die Differential Scanning Calorimetry (DSC) ist ein Verfahren, mit dem die Stabilit?t von Proteinen oder anderen Biomolekülen direkt in der nativen Form charakterisiert werden kann. Dabei wird die W?rmemengen?nderung gemessen, die mit der thermischen Denaturierung des Moleküls einhergeht, wenn dieses mit einer konstanten Rate erw?rmt wird.

Messprinzip

Ein Biomolekül in L?sung befindet sich im Gleichgewicht zwischen seiner nativen (gefalteten) und denaturierten (ungefalteten) Konformation. Je h?her der Mittelpunkt des thermischen übergangs (Tm) liegt, umso stabiler ist das Molekül. Mittels DSC wird die Enthalpie (?H) der Entfaltung gemessen, die aus der hitzeinduzierten Denaturierung resultiert. Mit diesem Verfahren kann auch die ?nderung der W?rmekapazit?t (ΔCp) der Denaturierung bestimmt werden. Mithilfe der DSC k?nnen die Faktoren erkannt werden, die zur Faltung und Stabilit?t nativer Biomoleküle beitragen. Zu diesen geh?ren hydrophobe Wechselwirkungen, Wasserstoffbrücken, konformationelle Entropie und die physikalische Umgebung.

Die mittels DSC erhaltenen, genauen und qualitativ hochwertigen Daten liefern wichtige Informationen zur Proteinstabilit?t in der Prozessentwicklung sowie zur Formulierung potenzieller therapeutischer Kandidaten.

Makromoleküle und makromolekulare Komplexe (>?5000 Dalton), wie Proteine, Nukleins?uren und Lipide, k?nnen ganz bestimmte definierte Strukturen ausbilden, die thermisch induzierten, konformationellen ?nderungen unterliegen. Diese strukturellen Umlagerungen bewirken eine W?rmeaufnahme infolge der Umverteilung nichtkovalenter Bindungen. Diese W?rmeaufnahme kann mit Differential Scanning Calorimetry gemessen werden.

Dynamische Differenzkalorimetrie

Funktionsweise der DDK

Ein DDK-System verfügt über eine thermische Messkammer mit zwei Zellen, einer Referenz- und einer Probenzelle. Das Ger?t ist so konzipiert, dass die beiden Zellen beim Erw?rmen auf gleicher Temperatur gehalten werden.

Dynamische Differenzkalorimetrie

Durchführen einer Messung

Um eine DDK-Messung durchzuführen, werden zuerst die Referenzzelle mit einer Pufferl?sung und die Probenzelle mit der Probenl?sung befüllt. Die Zellen werden dann mit einer konstanten Durchlaufrate erw?rmt. Die bei der Proteinentfaltung auftretende W?rmeaufnahme bewirkt einen Temperaturunterschied (ΔT) zwischen den Zellen und damit ein Temperaturgef?lle zwischen den beiden Seiten der Peltier-Elemente. Die daraus entstehende elektrische Spannung dient als Steuergr??e, um über die Peltier-Elemente die Temperaturdifferenz ΔT auf 0?°K auszuregeln. Alternativ k?nnen die Zellen das thermische Gleichgewicht auch passiv durch Konduktion erreichen.

Datenerhebung und -analyse

Die Enthalpie der Proteinentfaltung entspricht der Fl?che unter dem konzentrationsnormalisierten DDK-Peak. Sie wird in Kalorien (bzw. Joule) pro Mol gemessen. In bestimmten F?llen k?nnen die Daten an thermodynamische Modelle angepasst werden, um die mit dem übergang verbundenen Werte der Gibbs-Energie (ΔG), der kalorimetrischen Enthalpie (ΔHcal), der Van-'t-Hoff-Enthalpie (ΔHvH), der Entropie (ΔS) und der ?nderung der W?rmekapazit?t (ΔCp) zu erhalten.

Dynamische Differenzkalorimetrie

Die DSC wird in der Erforschung und Entwicklung von Arzneimitteln weithin eingesetzt. Zu den typischen Anwendungen geh?ren:

  • Charakterisierung und Auswahl der stabilsten Proteine bzw. potenziellen Kandidaten in der Entwicklung von Biotherapeutika
  • Untersuchungen von Ligandenwechselwirkungen
  • Schnelle Optimierung der Reinigungs- und Herstellungsbedingungen
  • Einfache, schnelle Bestimmung der optimalen Bedingungen für Flüssigformulierungen
  • Schneller stabilit?tsanzeigender Assay für Zielproteine, die zum Screening verwendet werden

MicroCal PEAQ-DSC Automated

MicroCal PEAQ-DSC

MicroCal PEAQ-DSC Automated MicroCal PEAQ-DSC

A fully automated, gold standard stability assay platform for the biotherapeutic industry

The gold standard for structural stability analysis of biotherapeutics, biological macromolecules and polymers in solution.

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Typ der Messung
Markierungsfreie Analyse
Protein stability
Technologie
Dynamische Differenzkalorimetrie (DSC)
Probendurchsatz x per 24h day - 50per 24h day x per 8h day - 6per 8h day
Temperaturbereich 2°C - 130°C 2°C - 130°C
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