Die Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung und Optimierung einer innovativen Technik zur Beschichtung von fused-silica Kapillaren, die Maßgeblich die Stabilität und Trennleistung kapillarelektrophoretischer Trennsysteme für intakte Proteine verbessert.
Herr MSc Lorenz Stock hat im Rahmen seiner Masterarbeit mit dem Titel „Development of non-covalent SMIL coatings of reduced charge density for improved characterization of proteins/allergens with CZE” bei Assoz. Prof. Hanno Stutz fundamentale Grundlagen einer verbesserten Beschichtung von Glaskapillaren im Mikrometermaßstab erarbeitet. Diese Glaskapillaren werden in der Kapillarzonenelektrophorese (CZE) zur Auftrennung von geladenen Substanzen, z.B. Proteinen, in einem elektrischen Feld eingesetzt. Die applizierten Trennspannungen betragen dabei bis zu 30.000 Volt. Mit Hilfe der CZE können selbst minimale Unterschiede in der Nettoladung sowie dem Faltungszustand von Proteinen unterschieden werden. Ein trenntechnisches Problem stellt in diesem Kontext die (kurzfristige) Bindung von Proteinen an die Kapillaroberfläche dar. Zur vollen Nutzung des Trennpotenzials der CZE muß daher die angesprochene Adsorption der Proteine möglichst effektiv unterbunden werden.
Die entwickelte Methode zur Beschichtung der Kapillaroberfläche arbeitet mit hochmolekularen Polymeren, die entweder vollständig positiv oder negativ geladen sind. Da die Kapillaroberfläche selbst negativ geladen ist, können diese Polymere beginnend mit einer polykationischen Polymerschicht alternierend in mehreren Schichten auf die Kapillaroberfläche aufgebracht werden. Diese sogenannte SMIL-(„Successive Multiple Ionic Polymer Layer“) Beschichtung wird rein durch elektrostatische Kräfte stabilisiert. Um unter diesen Rahmenbedingungen dennoch eine langfristige Stabilität der SMIL-Beschichtung zu garantieren, ist ein komplexes Beschichtungsprotokoll nötig. Basierend auf vorangegangenen Arbeiten der Arbeitsgruppe hat Herr MSC Stock diese Methodik verfeinert und die Qualität der Proteintrennungen weiter verbessert. Die SMIL-Beschichtung kann ob ihrer hohen Stabilität auch bei einer Kopplung der Kapillarelektrophorese an die Massenspektrometrie (MS) eingesetzt werden.
Eine Limitierung von SMIL-Beschichtungen stellt der hohe Ladungsüberschuß der finalen Polymerschicht dar. Dies führt zwar zu extrem schnellen und stabilen Trennungen, verringert aber gleichzeitig die Trennleistung, da Proteinvarianten bis zu ihrer Detektion zum Teil nicht genügend Zeit für eine ausreichende Manifestation ihrer Ladungsunterschiede zur Verfügung steht. Die CZE Trennungen konnten mittels einer SMIL-Beschichtung, deren finale Polymerschicht eine reduzierte Ladungsdichte aufweist, substantiell verbessert werden. Dabei wurden unterschiedliche Polymere, die von einem Kooperationspartner an der Universität Montpellier zu Verfügung gestellt wurden, getestet und das Protokoll der Beschichtung modifiziert. Die neuartige SMIL-Beschichtung erlaubt stabilere CZE-Trennungen von intakten Proteinen bei verbesserter Auftrennung. Somit eröffnen sich vielversprechende Optionen für einen Einsatz in der Charakterisierung von Biomolekülen sowie im Bereich der Qualitätssicherung. Beide Aspekte spielen in der (bio-)pharmazeutischen Industrie eine wesentliche Rolle.
Herr MSc Lorenz Stock arbeitet derzeit im Christian Doppler Labor für Biosimilar Charakterisierung (Leitung: Univ.-Prof. Christian Huber) bei Assoz. Prof. Hanno Stutz an seiner Dissertation.