Use of affinity electrophoresis for the study of protein and drug interactions in capillary and microfluidic chips  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
83071
Type PD
Principal investigator Andrási, Melinda
Title in Hungarian Gyógyszervegyületek és fehérjék kölcsönhatásainak tanulmányozása affinitás elektroforézis alkalmazásával kapillárisban és mikrofluidikai csipben
Title in English Use of affinity electrophoresis for the study of protein and drug interactions in capillary and microfluidic chips
Keywords in Hungarian affinitás kapilláris elektroforézis, kötődési állandó, fehérje-gyógyszer kölcsönhatás, mikrofluidikai csip
Keywords in English affinity electrophoresis, binding constants, drug-protein interaction, microfluidic chip
Discipline
Analytical Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Instrumental analysis
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Department of Inorganic and Analytical Chemistry (University of Debrecen)
Starting date 2010-10-01
Closing date 2015-09-30
Funding (in million HUF) 13.983
FTE (full time equivalent) 2.39
state closed project
Summary in Hungarian
A fehérje molekulák különböző ligandumokhoz való kötődésének jellemzése sokféle kutatásban központi szerepet játszik, mivel az emberi szervezet élettani folyamataiban szabályozó szerepet töltenek be. A proteomika rohamos fejlődésének köszönhetően folyamatosan nő az újonnan felfedezett fehérjemolekulák száma, melyeket betegségekhez, szabályozó folyamatokhoz kapcsolnak. Mindezek miatt egyre erősebb igény mutatkozik azon módszerek iránt, melyek alkalmasak intermolekuláris kölcsönhatások vizsgálatára. Gyógyszerfejlesztés során a kötődési állandó meghatározása fehérje-gyógyszermolekula között az egyik legfontosabb meghatározandó fizikai-kémiai paraméter a többi fizikai-kémiai adat (pK, logP, Ip) mellett, mivel meghatározza a gyógyszer farmakokinetikai és farmakodinámiás tulajdonságát, azaz a gyógyszer szervezettel való kölcsönhatását, várható biológiai hatását. Számos analitikai módszer (NMR, pásztázó kalorimetria, kromatográfiás technikák) mellett a kapilláris elektroforézis (CE) is alkalmas ezen kölcsönhatások meghatározására. A kötődési állandók meghatározására különböző elektroforetikus módszereket fejlesztettek ki (ACE, VACE, FA, VP, HD), melyeket a tervezett kutatás során tanulmányozni szeretnénk kapillárisban és PDMS alapú mikrofluidikai csipben gyógyszer-fehérje (kefalosporinok-szérum fehérjék és véralvadásgátló oligoszacharidok-antitrombin III) közötti kötődés meghatározására. A tervezett kutatás magában foglalja affinitás elektroforézis végrehajtásához szükséges csipek tervezését, készítését, tesztelését. A mikrofluidika jelenleg az egyik legdinamikusabban fejlődő analitikai terület, az első csipek húsz évvel ezelőtt történt kifejlesztése óta az analitikai alkalmazásukat tárgyaló közlemények száma meredeken nő a legrangosabb nemzetközi folyóiratokban. A PDMS alapú csipeknek különösen nagy a népszerűségük az egyszerűségük, könnyű megmunkálhatóságuk és költséghatékonyságuk miatt. A tervezett kutatás tíz éves elektroforetikus (klinikai minták elemzése, fizikai-kémiai paraméterek meghatározása) és egy éves mikrofluidikai tapasztalataimon alapszik. A kutatásaimhoz szükséges kapilláris elektroforetikus, mikrofluidikai eszközök és egyéb infrastruktúra a Debreceni Egyetem Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszékének az Elválasztástechnikai Laboratóriumában rendelkezésemre állnak. A tervezett kutatás legfőbb érdeme, hogy a kapilláris- és csip affinitás elektroforézis klinikai mintákra történő alkalmazásával lehetőség nyílhat a megfelelő gyógyszeres terápia felállítására és ezzel a nem kívánt gyógyszer mellékhatások mérséklésére.
Summary
The binding properties of protein with different ligands are essential parameters in the regulation patways of living organism. Effective methods are needed to determine the molecular interaction. Affinity electrophoresis is defined as electrophoretic separations where the separation patterns are influenced by reversible molecular binding interactions taken place during the separation process. The determination of binding constants between drug and protein is central to the bioavailability, thus one of the most important physicochemical parameters during pharmaceutical drug development. Scatchard analysis generally can be performed by measuring the migration shift resulting from the change in charge status before and after the formation of complex to derive the binding constants. Several CE methods (ACE, VACE, FA, VP, HD) will be tested for the characterization of binding constants of drug-protein (e.g.: cephalosporins-serum proteins, anticoagulant oligosaccharides-antitrombin, etc.).
The planned research includes the preparation of microfluidic chips and the applicability for affinity electrophoresis, as well. Currently, the microfluidic technology is one of the most dynamically growing analytical technique. The PDMS (polydimethylsiloxane) a favourite material to construct microfluidic chips due to its low cost, ease of fabrication and robustness. Using the disposable PDMS based chips it can utilize its advantages: minimum amount of sample (< 100 pl) and reagent (< 100 µl) consumption, fast analysis (1-2 min) and high-throughput analysis due to their several separation channels. The planned research is based on our experience on electrophoretic and microfluidic research. The research will be carried out in the Laboratory of Electrophoretic Separations at the Department of Inorganic and Analytical Chemistry. In this lab all needed electrophoretic and microfluidic instruments are available. This research is connected to international cooperations. The main merit of the proposed work is the application of capillary and chip affinity electrophoresis in clinics and pharmacology in order to adjust optimum therapeutic dose and minimum unwaited side effects.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Monoklonális antitest és humán szérum albumin közötti kölcsönhatást vizsgáltam kapilláris elektroforézis (CE) és izotermális titrációs kalorimetria felhasználásával. A CE két különböző módszerét, a kapilláris zónaelektroforézist (CZE), és az affinitás kapilláris elektroforézist (ACE) is sikeresen alkalmaztam kötődési állandók meghatározásához. (Electrophoresis, 36 (11-12) pp. 1274-1281., 2015) A kötődési állandó meghatározásához nagy precizitású migrációs időkre van szükség. Megvizsgáltam egy, illetve több belső standarddal való korrekciók hatását a CE mérések precizitására. (J. Analytical Chemistry, 70, (11), pp. 1360-1367., 2015) A fehérje alapú gyógyszerek elterjedése az elmúlt években felgyorsult. A makromolekulák elemzésében a CE szerepe vitathatatlan. CZE és kapilláris gélelektroforetikus (CGE) módszereket alkalmaztam terápiás monoklonális antitest alapú gyógyszer (Rituximab) vizsgálatához. (Chromatography Separation Techniques, 6, (1), 2014) A nefrogén szisztémás fibrózis (NSF) egy súlyos kórkép, melyet gadolínium alapú MRI kontraszt anyagok alkalmazásával hoztak összefüggésbe. Az NSF kialakulásában fontos tényező a kontrasztanyag komplexének disszociációja lévén a Gd3+ ion szabaddá válása. Micelláris elektrokinetikus kapilláris kromatográfiával (MEKC) vizsgáltam humán plazmában az Omniscan ([Gd(DTPA-BMA)]) disszociációját és ezzel párhuzamosan a [Ca(DTPA-BMA)] megjelenését. (Chemistry A European Journal, 21, pp. 1-12., 2015)
Results in English
The interactions between a monoclonal antibody (mAb) and its antigen was investigated using capillary electrophoresis (CE) and isothermal titration calorimetry (ITC). Two different CE methods, capillary zone electrophoresis (CZE) and affinity capillary electrophoresis (ACE) were tested to characterize the binding constants. (Electrophoresis, 36 (11-12) pp. 1274-1281., 2015) High precision migration time data are needed because the binding constant is calculated from the effective electrophoretic mobility. The use of single and multiple internal standard for the improvement of the repeatability of CE measurements was investigated. (J. Analytical Chemistry, 70, (11), pp. 1360-1367., 2015) The spread of protein based pharmaceuticals have accelerated in last decade. The role of CE is crucial in characterizing the macromolecules. The applicability of CE for the investigation of a therapeutic mAb, rituximab was studied. (Chromatography Separation Techniques, 6, (1), 2014) Nephrogenic systemic fibrosis (NSF) is a rare and serious syndrome which is associated with the exposure to gadolinium-based MRI contrast agents (CAs). In the development of NSF the first step is the release of Gd3+ ions through the dissociation of CAs. The dissociation of [Gd(DTPA-BMA)] (Omniscan) and the formation of [Ca(DTPA-BMA)] was investigated by micellar electrokinetic capillary chromatography (MEKC) in serum. (Chemistry A European Journal, 21, pp. 1-12., 2015)
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=83071
Decision
Yes





 

List of publications

  
Melinda Andrási, Attila Gáspár: Analysis of therapeutic monoclonal antibody heterogenity by capillary electrophoresis, 14th Symposium and Summer School on Bioanalysis, 2014
Melinda Andrási, Attila Gáspár: Analysis of therapeutic monoclonal antibody heterogenity by capillary electrophoresis, 30th International Symposium on Chromatography, 2014
Zoltán Nagy, Dávid Nyul, Melinda Andrási, István Bányai, András Pungor: Synthesis and Affinity Measurements of anti-HSA coated nanoparticles, 2014 International Biotechnology, Chemical Engineering and Life Sciences Conference, 2014
Zoltán Nagy, Dávid Nyul, Melinda Andrási, István Bányai, András Pungor: Preparation of antibody coated nanoparticles for high speed proteomics analysis, 13th Human Proteome Organization Word Congress, 2014
Andrási Melinda, Gáspár Attila: Monoklonális antitest vizsgálata kapilláris elektroforézissel, Elválasztástudományi Vávdorgyűlés 2014, 2014
Melinda Andrási, Gyöngyi Gyémánt, Attila Gáspár: Analysis of rituximab, a therapeutic monoclonal antibody by capillary zone electrophoresis, J. Chromatography B (közlésre beküldve), 2014
Melinda Andrási, Gábor Lehoczki, Zoltán Nagy, Gyöngyi Gyémánt, Attila Gáspár: A comparative study of capillary electrophoresis and isothermal titration calorimetry for the determination of binding constant of human serum albumin to monoclonal antib, Electrophoresis (közlésre beküldve), 2014
Zsolt Baranyai, Ernő Brücher, Fulvio Uggeri, Alessandro Maiocchi, Imre Tóth, Melinda Andrási, Attila Gáspár, László Zékány, Silvio Aime: Complexation equilibria and dissociation kinetics of the Gd[DTPA-bis(methylamide)] complex near to physiological condition, J. Medicinal Chemistry (közlésre beküldve), 2014
Melinda Andrási, László Zékány, Attila Gáspár: Study on repeatability of the determination of temozolomide by micellar electrokinetic capillary chromatography using internal standards, J. Analytical Chemisrty (közlésre beküldve), 2014
Zoltán Nagy, Dávid Nyul, Melinda Andrási, István Bányai and András Pungor: Immobilization of monoclonal HSA antibody on TiO2 nanoparticles, HISPRA Consortium Meeting, November 22 2013, Vienna, Austria, 2013
Andrási Melinda, Gáspár Attila: Monoklonális antitest vizsgálata kapilláris elektroforézissel, Elválasztástudományi Vándorgyűlés 2014, 2014
Melinda Andrási, Gyöngyi Gyémánt, Attila Gáspár: Analysis of rituximab, a therapeutic monoclonal antibody by capillary zone electrophoresis, J. Chromatography Separation Techniques 6:1, 1000259 (2014), 2014
Melinda Andrási, Gábor Lehoczki, Zoltán Nagy, Gyöngyi Gyémánt, Attila Gáspár: A comparative study of capillary electrophoresis and isothermal titration calorimetry for the determination of binding constant of human serum albumin to monoclonal antib, Electrophoresis 36 (11-12) pp. 1274-1281. (2015), 2015
Zsolt Baranyai, Ernő Brücher, Fulvio Uggeri, Alessandro Maiocchi, Imre Tóth, Melinda Andrási, Attila Gáspár, László Zékány, Silvio Aime: The role of equilibrium and kinetic properties in the dissociation of Gd[DTPA-bis(methylamide)] (Omniscan) at near to physiological conditions., Chemistry-A European Journal 21 (12) pp.4789-4799. (2015), 2015
Melinda Andrási, Álmos Klekner, Attila Gáspár: Application of capillary electrophoresis for human health, 15th Symposium and Summer School on Bioanalysis, 2015
Melinda Andrási, László Zékány, Attila Gáspár: Study on Repeatability of the determination of temozolomide by micellar electrokinetic capillary chromatography using internal standards, J. Analytical Chemistry, vol. 70, issues 11, pp. 1360-1367. (2015), 2015
Melinda Andrási, Gábor Lehoczki, Zoltán Nagy, Gyöngyi Gyémánt, András Pungor, Attila Gáspár: Determination of binding constant of human serum albumin to monoclonal antibody using capillary electrophoresis and isothermal titration calorimetry, 10th Balaton Symposium on High-Performance Separation Methods, 2015
Melinda Andrási, Brigitta Törzsök, Álmos Klekner, Attila Gáspár: Determination of temozolomide in serum and brain tumor with micellar electrokinetic capillary chromatography, 10th International Interdisciplynary Meeting on Bioanalysis, 2013
Melinda Andrási, Brigitta Törzsök, Álmos Klekner, Attila Gáspár: Determination of temozolomide in serum and brain tumor with micellar electrokinetic capillary chromatography, Journal of Chromatography B, 879 (2011) 2229-2233., 2011
Melinda Andrási, Brigitta Törzsök, Álmos Klekner, Attila Gáspár: Analysis of anticancer drug in real sample using capillary electrophoresis, 13th International Symposium and Summer School on Bioanalysis, 2013
Melinda Andrási, Attila Gáspár, Otilia Kovács, Zsolt Baranyai, Álmos Klekner, Ernő Brücher: Determination of gadolinium-based magnetic resonance imaging contrast agents by micellar electrokinetic capillary chromatography, Electrophoresis, 2011



Back »