毛细管电泳技术在单克隆抗体纯度分析中的应用

1 毛细管电泳技术概述

1.1 技术原理

毛细管电泳技术以毛细管为分离通道，高压直流电场为驱动力。在电场作用下，样品中带电粒子依据自身电荷性质、数量及分子大小等差异，在毛细管内缓冲液中以不同速度定向迁移，从而实现分离。电渗流在其中起重要作用，在多数水溶液中，石英毛细管表面硅羟基解离带负电，形成指向负极的电渗流。正离子迁移方向与电渗流一致，最先流出；中性分子随电渗流移动；负离子迁移方向与电渗流相反，最后流出。粒子在电场中的迁移速度是电泳速度与电渗流速度的矢量和，基于此，不同荷质比的样品在毛细管中迁移速度不同，实现分离及定性、定量检测。

1.2 技术特点

该技术分辨率极高，能有效分离性质相近的单克隆抗体及杂质。分析速度快，几分钟至几十分钟即可完成一次分析，显著提高检测效率。自动化程度高，减少人为操作误差，提高结果准确性与重复性。样品用量极少，纳升级别样品即可满足分析需求，适合珍贵样品检测。此外，其分离模式多样，可根据分析对象与目的灵活选择，如毛细管区带电泳、毛细管凝胶电泳、毛细管等电聚焦电泳等，拓宽了应用范围。

2 毛细管电泳技术在单克隆抗体纯度分析中的应用意义

单克隆抗体作为生物制药领域的重要产品，其纯度直接关系到临床疗效与用药安全。毛细管电泳技术凭借高分辨率、高灵敏度和快速分析等特性，在单克隆抗体纯度分析中展现出不可替代的应用价值，为生物制药行业的高质量发展提供了关键技术支撑[1]。

在保障用药安全方面，毛细管电泳技术的精准分析能力为单克隆抗体的质量把关提供了核心保障。单克隆抗体的杂质（如聚合体、片段、电荷变异体等）可能引发免疫原性反应或降低药效，甚至危及患者生命。传统方法难以精准检测微量杂质，而毛细管电泳技术能分离pI 仅差0.02 的电荷变异体，对低至 0.1% 的杂质实现定量分析。例如，在帕博利珠单抗的分析中，该技术可清晰识别与主峰差异微小的碱峰，通过与质谱联用明确杂质性质，为评估潜在风险提供依据，从源头降低临床用药隐患。

从生产工艺优化角度看，毛细管电泳技术为单克隆抗体制备过程的精细化调控提供了数据支持。单克隆抗体制备涉及细胞培养、纯化等多环节，任何参数波动都可能导致纯度变化。该技术可实时监测工艺节点的纯度变化，如在抗体纯化阶段，通过 CE-SDS 快速分析洗脱液中完整抗体比例，及时调整层析条件，提高目标产物回收率。某抗肿瘤单抗生产中，利用还原型 CE-SDS 发现轻链杂质后，通过优化酶切工艺消除杂质，使产品纯度提升 3% ，既降低生产成本，又为工艺改进提供方向。

在行业标准化建设中，毛细管电泳技术推动了单克隆抗体质量控制体系的升级。《中国药典》2020 版将 CE-SDS 纳入单克隆抗体分子大小异构体分析方法，标志其成为官方认可的标准手段。该技术的标准化应用减少了不同实验室间的检测差异，如对同一批曲妥珠单抗的纯度分析，不同机构采用CE-SDS 的结果偏差可控制在 1% 以内，而传统 SDS-PAGE 的偏差可达5% 以上。这种一致性为药品注册、跨机构质量比对提供了统一基准，促进了行业质量标准的提升。

从技术创新角度而言，毛细管电泳技术的应用推动了生物分析方法的迭代升级。其与质谱等技术的联用（如iCIEF-MS）实现了“分离-鉴定”一体化，既精准定量杂质含量，又能解析杂质化学结构，为研究抗体降解机制、优化稳定性配方提供新思路。此外，该技术的自动化特性适配高通量筛选需求，在单抗候选分子的早期筛选阶段，可快速评估不同克隆株的表达产物纯度，缩短研发周期。某药企通过将毛细管电泳整合到高通量筛选平台，使候选分子的纯度评估效率提升5 倍，加速了新药研发进程。

3 毛细管电泳技术在单克隆抗体纯度分析中的应用

3.1 检测完整单克隆抗体纯度

十二烷基硫酸钠毛细管电泳法（CE-SDS）是非还原型模式下分析完整单克隆抗体纯度的常用方法。以碘乙酰胺（IAM）为烷基化试剂，抑制单抗分子中游离巯基错配，使单抗分子与 SDS 充分结合形成带均一负电荷的SDS-蛋白复合物。不同分子量的复合物在毛细管凝胶分子筛中迁移速率不同，实现分离。此方法能精准反映完整蛋白纯度信息，已被《中国药典》2020 版收录用于单克隆抗体分子大小异构体分析。在某单克隆抗体药物研发中，运用非还原型 CE-SDS 分析，清晰呈现完整抗体主峰及少量杂质峰，准确计算出完整抗体纯度，为产品质量评估提供关键数据[2]。

3.2 分析单克隆抗体轻重链纯度

还原型 CE-SDS 可用于分析单克隆抗体轻重链纯度。以巯基乙醇（β-ME）等为还原剂，打开单抗分子中二硫键，使轻重链分离。不同分子量的轻重链在毛细管中迁移速率不同，实现各自纯度分析。

3.3 杂质检测

在单克隆抗体制备过程中，可能产生多种杂质，如聚乙二醇（PEG）等辅料。当分析含 PEG8000 的曲妥珠单抗时，常规 CE-SDS 分析电泳谱图主峰后会出现伪高分子量峰（伪 HMW 峰），干扰纯度计算。通过提升样品溶液制备时的变性孵育温度，或在样品溶液中添加尿素等方式，可有效消除该伪峰，确保准确检测抗体纯度。毛细管电泳技术还能检测单克隆抗体中的电荷变异体等杂质。全柱成像等电毛细管聚焦电泳（iCIEF）技术可基于电荷差异分离抗体电荷变异体。如对帕博利珠单抗的分析，iCIEF-MS 直连技术能基线分离pI 仅差0.02 的碱峰 B1 和主峰，通过高分辨质谱确定碱峰与主峰差异，为监控抗体质量、优化生产工艺提供依据。

4 毛细管电泳技术与传统方法对比

传统分析单克隆抗体纯度的方法如 SDS-PAGE（十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳），操作繁琐，需制胶、加样、电泳、染色、脱色等多步手工操作，耗时长，且结果依赖人工判读，主观性强。而毛细管电泳技术自动化程度高，分析时间短，数据更客观准确。在分辨率上，毛细管电泳技术能分离 SDS-PAGE 难以区分的微小杂质及异构体，对单克隆抗体纯度分析更精准。以检测某单克隆抗体中微量电荷变异体杂质为例，SDS-PAGE无法检测到，毛细管电泳技术却能清晰分离并定量，凸显其优势[3]。

5 结束语

毛细管电泳技术凭借独特优势，在单克隆抗体纯度分析中发挥着不可替代的作用。从检测完整抗体到分析轻重链纯度，再到杂质检测，为单克隆抗体制备工艺优化与质量控制提供有力技术支持。尽管应用中面临挑战，但通过采取有效应对策略，有望进一步推广应用。随着技术不断发展创新，如与质谱等技术联用，毛细管电泳技术将在单克隆抗体纯度分析及生物制药领域发挥更大作用，推动行业高质量发展。

参考文献：

[1]刘燕,伍柏青. 毛细管免疫固定电泳技术在单克隆丙种球蛋白病诊断中的价值探讨 [J]. 实验与检验医学, 2025, 43 (01): 56-60.

[2]楚朝晖. 毛细管电泳结合核酸扩增技术检测致病菌的研究[D]. 华东师范大学, 2024.

[3]邵宇辰,温亚伦,赵新颖,等. 2023 年毛细管电泳技术年度回顾 [J]. 色谱, 2024, 42 (05): 401-409.