La spectrométrie de masse appliquée à la quantification des protéines médicaments dans le plasma

par Fabien Xuereb

Thèse de doctorat en Chimie analytique et environnement

Sous la direction de Dominique Breilh et de Jean-Marie Schmitter.

Soutenue le 01-12-2008

à Bordeaux 1 , dans le cadre de École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde) .

Le jury était composé de Hélène Budzinski, Marie-Claude Saux.

Les rapporteurs étaient Robert Farinotti, Olivier Laprévote.


  • Résumé

    Le nombre croissant de médicaments protéiques utilisés en thérapeutique a créé des besoins dans le domaine de leur quantification, principalement dans le plasma, un milieu de composition protéique complexe. Le dosage, essentiel aux études pharmacocinétique/pharmacodynamique, ainsi qu’à l’optimisation de ces traitements, est compliqué par la nature protéique de ces médicaments et par les faibles concentrations auxquelles ils sont attendus dans ces milieux complexes. La méthodologie proposée se démarque des méthodes de dosage usuelles par son caractère universel. Elle fait appel à la spectrométrie de masse adaptée à la quantification des protéines grâce à l’utilisation d’un marquage isotopique différentiel des peptides : après enrichissement et protéolyse, l’échantillon à doser est marqué sur les lysines par la version légère d’un réactif de dérivation. En parallèle, les peptides de la protéine médicament pure marqués par la version lourde du réactif, servent d’étalon interne. La possibilité de quantifier la protéine à partir de plusieurs de ses peptides améliore la fiabilité du dosage. Appliquée à l’epoetin beta aux concentrations attendues en thérapeutique (autour de 0,5 femtomole/µL de plasma), la stratégie proposée permet de situer la limite de quantification à environ 50 attomoles d’epoetin beta/µL de plasma avec une méthodologie de spectrométrie de masse nano-LC-ESI-Q-TRAP fonctionnant en mode MRM. Pour étendre l’universalité de cette approche au champ des protéines médicaments pégylées, une seconde molécule a été étudiée. Il s’agit de l’interféron alfa-2b pégylé qui a permis de mettre en place une stratégie d’extraction spécifique du médicament utilisant sa pégylation.


  • Résumé

    The growing number of therapeutic proteins has created needs in the field of their quantification, mainly in plasma, which is a complex protein environment. Quantitative analysis of these proteins is essential for pharmacokinetics/pharmacodynamics studies, and for the optimization of treatments. However, the nature itself of the analyte and the low concentrations that are expected in plasma complicate the quantitative analysis. The proposed methodology differs from usual methods on its universal applicability. It relies on mass spectrometry adapted to the quantification of proteins by using peptides differential isotope labelling : after enrichment and proteolysis, the therapeutic protein and the plasmatic proteins are labelled on lysine residues by the light reagent. In parallel, peptides of the pure therapeutic protein, labelled by heavy version of reagent, are used as internal standard. The ability to quantify the protein with several of its peptides improves the reliability of the analysis. When applied to epoetin beta at expected therapeutic concentrations (about 0.5 femtomole/µL of plasma), the proposed strategy leads to a quantification limit close to 50 attomoles of epoetin beta/µL plasma, with a nano-LC-ESI-Q-TRAP mass spectrometry methodology operating in MRM. To extend the universal character of this approach to the field of pegylated protein drugs, a second therapeutic protein model has been studied. This model is a pegylated interferon alfa-2b which allowed developing a strategy for specific extraction of the drug relying on its pegylation.


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