State-of-the art Mass Spectrometry Methods for mAbs, Biosimilars, pAbs,Bispecifics and ADCs ...

58 Pages·2015·4.23 MB·English

State‐of‐the art Mass Spectrometry Methods for 
mAbs, Biosimilars, pAbs,Bispecifics and ADCs 
characterization
Alain Beck, PhD
Sr. Director, Antibody Physico‐Chemistry
Centre d’Immunologie Pierre Fabre, FR
Associate Editor, mAbs, USA
WCBP, Jan 28, 2015, Washington
Outline
22
(1) mAbs and biosimilars
• State‐of‐the art MS methods
• Top, middle, bottom levels
(2) mAbs mixtures and “rpAbs”
• Orbitrap (EMR)
• Electron Transfer Dissociation (ETD)
(3) Bispecific antibodies and Ab/Ag 
• Ion Mobility‐MS, native MS
(4) ADCs/AFCs
• HR‐MS, native MS, Ion Mobility‐MS
• Positional isomers
(5) Summary and take homes messages
• OptimAbs, OptimADCs platforms
 Beck A et al, Anal Chem 2012
WCBP 2015 (CASSS) – Jan 28, 2015 – Washington, DC                           Alain BECK, PhD
3
(1)
mAbs & biosimilars
WCBP 2015 (CASSS) – Jan 28, 2015 – Washington, DC                           Alain BECK, PhD
JMS Feature
4
Cutting‐Edge MS of Originator, Biosimilar and Biobetter mAbs
Special feature: Head comparison of trastuzumab 
and cetuximab with corresponding biosimilar and 
biobetter candidates
• Native MS and Ion‐Mobility MS at 
different levels (Top, Middle and Bottom)
• Middle ‐up and ‐down strategies 
• Hydrogen/deuterium exchange ‐ MS
• CESI‐MS/MS
• Electron Transfer Dissociation (ETD)
• Top Down‐Sequencing (TDS)
• High Resolution MS (HR‐MS)
• Beck A, Debaene F, Diemer H, Wagner‐
Rousset E, Colas O, Van Dorsselaer A and 
Cianférani A, J Mass Spec 2015 (Feb)
WCBP 2015 (CASSS) – Jan 28, 2015 – Washington, DC                           Alain BECK, PhD
IM‐MS
5
Combining Ion Mobility and Mass Spec
Ion Mobility cell
Ion separation according to
1+ 2+
1+ 2+
ion mobility
N
2
+
Drift time
Size, shape Charge
2+ 1+ 2+ 1+
Compactness  z 
Drift time  Drift time 
Drift time
Ions separation takes place according to Ion Mobility
 Drift times can be related to collisional cross sections (CCS)
 Information on ion gas phase conformation Debaene F, Wagner E, Beck A, 
Cianferani S et al, Anal Chem 2014
xx
zz
xx zz
xx zz
yy yy yy
WCBP 2015 (CASSS) – Jan 28, 2015 – Washington, DC                           Alain BECK, PhD
6
IM‐MS: trastuzumab vs biosimilar candidate
(A) Trastuzumab (B) Trastuzumab‐B
originator biosimilar
1 or 2 non glycosylated HC

Beck A, Debaene F, Cianférani A et al. J Mass Spec 2015
WCBP 2015 (CASSS) – Jan 28, 2015 – Washington, DC                           Alain BECK, PhD
Trastuzumab 7
Bottom: peptide maps by CESI‐MS and MS/MS
Sheathless Capillary Electrophoresis – tandem mass spectrometry (CESI‐MS/MS)
• Bottom‐up proteomic like approach
• Single shot (100 fmoles of digest) 
• Peptide mapping 100% sequence coverage with 1 enzyme (trypsin)
• Precise characterize of PTM hot spots
• Structural confirmation of major and minor N‐glycoforms
 Gahoual R, Burr A, Busnel JM, Beck A, François Y, Leize‐Wagner E et al, mAbs 2013
WCBP 2015 (CASSS) – Jan 28, 2015 – Washington, DC                           Alain BECK, PhD
CESI‐MS 8
mAbs full primary sequence/PTMs in a single inject.

Gahoual R, Busnel JM, Beck A, François Y, Leize‐Wagner E. Anal Chem 2014
WCBP 2015 (CASSS) – Jan 28, 2015 – Washington, DC                           Alain BECK, PhD
CESI‐MS 9
Trastuzumab glyco-profilling by CESI-MS/MS

Gahoual R, Busnel JM, Beck A, François Y, Leize‐Wagner E. Anal Chem 2014
WCBP 2015 (CASSS) – Jan 28, 2015 – Washington, DC                           Alain BECK, PhD
CESI‐MS 10
Trastuzumab: native vs de-amidated peptides

Gahoual R, Busnel JM, Beck A, François Y, Leize‐Wagner E. Anal Chem 2014
WCBP 2015 (CASSS) – Jan 28, 2015 – Washington, DC                           Alain BECK, PhD