Дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC)

Надежная характеризация стабильности белков

Дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC) — это метод, используемый для характеризации стабильности белка или другой биомолекулы непосредственно в ее нативной форме. Процедура выполняется посредством измерения теплообмена, связанного с термическим денатурированием молекулы при нагревании с постоянной скоростью.

Принцип измерения

Биомолекула в растворе представляет собой баланс между нативной (свернутой) и денатурированной (развернутой) конформациями. Чем выше средняя точка теплового перехода ™, тем более стабильна молекула. Дифференциальная сканирующая калориметрия измеряет энтальпию (∆H) разворачивания, которое происходит в результате денатурирования, вызванного воздействием тепла. Также этот метод используют для изменения теплоемкости (ΔCp) процесса денатурирования. Дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC) может определять факторы, способствующие сворачиванию и стабильности биомолекул в нативной форме. Они включают гидрофобное взаимодействие, образование водородных связей, конформационную энтропию и физическую среду.

Точные данные высокого качества, полученные при проведении дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC), обеспечивают получение важнейшей информации о стабильности белка в процессе разработки и подбора состава потенциальных терапевтических препаратов.

Макромолекулы и макромолекулярные узлы (>5000 дальтон), например белки, нуклеиновые кислоты и липиды, могут образовывать четкие структуры, которые подвергаются конформационным изменениям под воздействием температуры. В результате этих структурных преобразований происходит поглощение тепла, вызванного перераспределением нековалентных связей. Во время проведения дифференциальной сканирующей калориметрии измеряется этот приток тепла.

Как работает дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC)

Термический центр системы дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC) состоит из двух кювет: контрольной и кюветы для образцов. Оборудование предназначено для поддержания в этих кюветах постоянной температуры в процессе нагревания.

Выполнение измерения

Во время измерений DSC сначала контрольная кювета заполняется буферным раствором, а кювета для образцов раствором образца. Затем они нагреваются при постоянной частоте сканирования. Поглощение тепла, возникающее при разворачивании белка, приводит к возникновению разности температур (ΔT) кювет, в результате чего в блоках Пельтье появляется температурный градиент. При этом устанавливается напряжение, которое преобразуется в энергию и используется для управления блоком Пельтье с целью довести ΔT (разность температур) до 0 °C. В качестве альтернативы кюветы могут прийти к термическому равновесию пассивно благодаря теплопроводимости.

Создание и анализ данных

Энтальпии разворачивания белка соответствует площадь под пиковым значением с нормализованной концентрацией DSC; она измеряется в калориях (или джоулях) на моль. В определенных случаях термодинамические модели могут быть совмещены с данными, чтобы получить свободную энергию Гиббса (ΔG), калориметрическую энтальпию (ΔHкал), энтальпию Вант-Гоффа (ΔHvH), энтропию (ΔS) и изменение теплоемкости (ΔCp), связанные с переходом.

Дифференциальная сканирующая калориметрия (DSC) широко используется при открытии и разработке лекарственных препаратов. Ниже перечислены основные задачи в сферах применения:

• Характеризация и выбор наиболее стабильных белков или потенциальных препаратов для биотерапевтических разработок
• Исследования взаимодействия лигандов
• Быстрая оптимизация условий очистки и производства
• Простое и быстрое определение оптимальных условий для жидких препаратов
• Быстрый анализ индикации стабильности для целевых белков, используемый для скрининга