《mAbs》：Setting expectations for current and future directions of native mass spectrometry in the biopharmaceutical industry
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尽管天然质谱法（native-MS）已在学术实验室中得到广泛探索，但其在生物制药研究中的实际角色仍不明确。在本观点文章中，研究人员提出了一个行业驱动的视角，阐述天然质谱法目前如何应用，在哪些方面优于现有分析技术，以及哪些替代方法在常规表征中更为实用。在生物制药
尽管天然质谱法（native-MS）已在学术实验室中得到广泛探索，但其在生物制药研究中的实际角色仍不明确。在本观点文章中，研究人员提出了一个行业驱动的视角，阐述天然质谱法目前如何应用，在哪些方面优于现有分析技术，以及哪些替代方法在常规表征中更为实用。在生物制药工作流程中，表征策略传统上依赖正交技术，如尺寸排阻色谱法（SEC）、离子交换色谱法（IEX）、电泳、光散射、量热法以及变性液相色谱（LC）MS。天然质谱法通过直接评估完整的分子组装体（包括单克隆抗体（mAbs）、多特异性抗体、抗体药物偶联物（ADCs）、糖蛋白和蛋白质复合物）来补充这些方法。其应用包括评估高阶组装、配体或辅因子结合、靶标复合物的化学计量，以及在变性条件下可能被掩盖的异质性。然而，通量、灵敏度、自动化和可及性方面的挑战限制了其在工业实验室中的广泛采用。新兴发展，包括色谱联用、在线缓冲液交换（OBE）、改进的自动化以及电荷检测质谱（CDMS），正开始解决这些限制。研究人员认为，天然质谱法在生物制药领域的未来影响将取决于将这些技术进步与平台化分析工作流程及能够支持跨治疗管线高通量表征的软件相结合。研究人员希望本文提出的观点能引发关于天然质谱法何时、如何以及是否应被更广泛采用的辩论。
**论文解读：天然质谱法在生物制药行业中的期望设定与未来方向**
**1. 研究背景、问题与意义**
在生物制药行业，蛋白质治疗药物的开发与表征依赖于多种正交分析技术，如尺寸排阻色谱法（SEC）、离子交换色谱法（IEX）、电泳、光散射、量热法以及变性液相色谱质谱联用（LC-MS）。这些方法在常规表征中具有成熟的应用，但无法直接评估蛋白质在天然状态下的非共价组装、配体结合及高阶结构信息。天然质谱法（native-MS）作为一种气相分析技术，能够保留非共价复合物完整性，提供高质荷比（m/z）离子传输和溶液相结构生物学推断，已在学术界广泛探索。然而，其在生物制药研究中的实际角色仍不明确，存在理解上的差距：行业科学家在实际应用中如何采用该技术、其优势与局限性如何，以及是否应替代现有方法，均缺乏系统性的行业视角。现有综述多由学术作者撰写，未充分反映生物制药管道中的特定分析需求。因此，本文由多位行业天然质谱专家撰写，旨在阐明天然质谱法在生物制药研究中的当前应用场景、独特优势，以及哪些领域替代方法更为实用，从而为资源（时间与资金）投入提供依据。该论文发表在《mAbs》期刊，强调了天然质谱法在生物制药领域的实际影响，并指出其未来采用需依赖技术整合与平台化工作流程。
**2. 主要关键技术方法**
研究人员通过文献综述和行业经验，分析了天然质谱法在生物制药中的主要应用，未涉及具体实验操作。关键技术方法包括：色谱联用技术，如尺寸排阻色谱-质谱（SEC-MS）、离子交换色谱-质谱（IEX-MS）和疏水相互作用色谱-质谱（HIC-MS），用于自动化样品处理；在线缓冲液交换-质谱（OBE-MS），实现快速（<3分钟）的蛋白质分析；电荷检测质谱（CDMS），用于大型颗粒（>1 MDa）如脂质体或腺病毒的表征；以及纳米电喷雾电离（nESI）用于保留非共价复合物。样本队列来源为生物制药行业内部的研究与开发项目，未限定具体队列。
**3. 研究结果**
**Which analytical techniques currently compete with native-MS in biopharma research?**
通过对比现有分析技术，发现天然质谱法在生物制药研究中与多种技术竞争，包括SEC、IEX、HIC、电泳、差示扫描量热法、表面等离子共振、傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、圆二色谱、多角度和动态光散射、流变学以及质谱（MS）。研究指出，在早期研发阶段，MS表征可能非必需，而反相液相色谱（RPLC）-MS已实现开放获取，用于常规分子量（MW）验证和完整蛋白质确定，但天然质谱法尚未达到此民主化水平。
**Unique challenges of native-MS technology in biopharma**
自1991年首次发表天然质谱谱图以来，生物制药行业直至2000年代中后期才采用该技术，首篇行业论文发表于2009年。年度出版物数量显示，学术论文自2018年后快速增长，但行业论文仍低于每年10篇，反映了普及度低。挑战包括：通量不足（nESI单针不适用于每周数百至数千样品）、灵敏度低（信噪比显著低于变性RPLC-MS）、自动化不足以及可及性差。然而，色谱联用（如SEC、IEX、HIC）已提供可靠性（无堵塞）和自动化优势。OBE-MS有望成为所有重组蛋白的兼容策略，但信号强度通常低于RPLC-MS，需通过增加进样量或后柱有机溶剂来补偿。
**Emerging roles of native-MS and native-CDMS in biopharma**
低温电子显微镜（cryo-EM）的兴起增加了对天然质谱法的互补需求，但研究人员不同意将其用于每批蛋白质的质量控制，而更依赖生物化学家的理解。最常见的支持请求是故障排除多聚体复合物（如诱导邻近三元复合物）在EM网格上的行为，或提供异质性、脂质/金属辅因子、翻译后修饰（PTMs）的互补信息。对于膜蛋白、糖蛋白及大型颗粒（>1 MDa），天然CDMS可能带来范式转变，但CDMS仪器昂贵、需专业知识，且仅部分兼容自动进样器。对于单分散蛋白质（<1 MDa），基于m/z检测的MS仍适用。CDMS在颗粒表征中的优势（如批次间变异和货物装载）已充分报道，但光散射技术因其低成本、低专业要求及历史QC角色，仍将主导。
**How the biopharma industry is and will be driving for native-MS**
行业推动的方向包括：色谱微型化（如SEC、IEX、HIC）以提高灵敏度、降低样品消耗和速度；低流速减少MS源内盐沉积；双注入微滴反应研究兼容现有LC；软着陆作为cryo-EM网格制备或直接成像（如全息术）工具，可缩短结构获得周期。此外，实验室未来（Lab of the Future）概念将MS/MS直接联接到抗体纯化早期阶段。软件方面，需要实时解卷积、自动调谐优化数据质量，以及算法自动识别重复单元或处理高度异质性。当前MaxEnt等软件仍适用于多数天然质谱样品。
**4. 讨论与结论**
讨论部分指出，天然质谱法在生物制药研究中的影响目前有限，但正在增长，且与学术界的预期不同。其实际采用需管理、实验室科学家和供应商的共同努力，以认识其真正效用。许多应用已可实现平台化，行业可根据需求选择采用。未来可能回归经典小型质谱仪（如Micromass LCT），因其成本低、占地面积小，是预算和空间的主要障碍。天然质谱法仍是最难外包的领域，大多数合同研究组织拒绝接受相关流程。学术合作存在，但合同限制可能阻碍效率。研究结论部分翻译如下：本文旨在提供天然质谱法在生物制药研究中何时、何地及如何作为支持管道进展的分析方法的应用背景。与其它分析技术相比，天然质谱法在生物制药研究中的影响目前有限，但正在增长，且可能与非生物制药研究组的设想大相径庭。让管理层、实验室科学家和供应商参与进来，对于提高对天然质谱技术在生物制药研发中真正用途的认识和理解至关重要。
