New Progress in the Analysis of Isomers of Complex Macromolecules Using Ion Mobility Mass Spectrometry

ZHU Shao-zhou; SUN Jia-bei; ZHANG Tuo; HUANG Hai-wei; SUN Hui-min

doi:10.12452/j.fxcsxb.25021282

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New Progress in the Analysis of Isomers of Complex Macromolecules Using Ion Mobility Mass Spectrometry

Reviews | 更新时间：2025-11-06

- New Progress in the Analysis of Isomers of Complex Macromolecules Using Ion Mobility Mass Spectrometry
- Journal of Instrumental Analysis Vol. 44, Issue 9, Pages: 1833-1845(2025)
- 作者机构：
  
  1.中国食品药品检定研究院，北京 102629
  2.沃特世科技（北京）有限公司，北京 102600
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.12452/j.fxcsxb.25021282
  CLC： O657.63;R917
- Received：12 February 2025，
  
  Revised：2025-03-13，
  
  Published：15 September 2025
- 稿件说明：
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朱绍洲,孙葭北,张拓,黄海伟,孙会敏.离子淌度质谱在复杂生物大分子异构体分析中的应用进展[J].分析测试学报,2025,44(09):1833-1845.

ZHU Shao-zhou,SUN Jia-bei,ZHANG Tuo,HUANG Hai-wei,SUN Hui-min.New Progress in the Analysis of Isomers of Complex Macromolecules Using Ion Mobility Mass Spectrometry[J].Journal of Instrumental Analysis,2025,44(09):1833-1845.
朱绍洲,孙葭北,张拓,黄海伟,孙会敏.离子淌度质谱在复杂生物大分子异构体分析中的应用进展[J].分析测试学报,2025,44(09):1833-1845. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.25021282.

ZHU Shao-zhou,SUN Jia-bei,ZHANG Tuo,HUANG Hai-wei,SUN Hui-min.New Progress in the Analysis of Isomers of Complex Macromolecules Using Ion Mobility Mass Spectrometry[J].Journal of Instrumental Analysis,2025,44(09):1833-1845. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.25021282.

摘要

随着生物医药的快速发展，生物大分子药物如单克隆抗体、靶向多肽、寡核苷酸和疫苗等逐渐成为现代医药的核心组成部分，为众多复杂疾病的治疗提供了新的选择。与传统小分子药物不同，生物大分子具有结构复杂、易失活、免疫原性大等特点，这使得其研发和临床应用面临诸多独特的挑战。此外，大分子药物通常具有复杂的拓扑构象，药物在空间维度上的变性往往会导致拓扑异构体的产生，这些拓扑异构体与原研药物在物理化学性质上极为相似，但可能具有完全不同的生理活性，从而影响药物的安全性和有效性。近年来的研究表明，人类某些复杂疾病如阿尔茨海默病、帕金森病等也与体内蛋白质发生相变或异构化密切相关。因此，对生物大分子进行拓扑异构体分析、分离及结构研究对于理解生物大分子药物的作用机制及进一步理解复杂疾病的发病机制具有重要意义，相关研究已经成为当前分析检测领域乃至生命医学领域的研究热点。离子淌度质谱（IMS-MS）尤其是环形离子淌度质谱（cIMS-MS），逐渐成为复杂大分子拓扑异构体分析领域的重要工具。该文重点介绍了IMS的工作原理，以及近年来IMS在复杂大分子药物异构体分析及复杂疾病相关大分子异构体分析中的创新应用，并展望了其应用前景。

Abstract

With the rapid advancement of biomedicine，biomacromolecular drugs such as monoclonal antibodies，peptide-based targeting agents，oligonucleotides，and vaccines have gradually become fundamental components of modern healthcare，offering new therapeutic options for a variety of human diseases. Unlike traditional small-molecule chemical drugs，biomacromolecules exhibit characteristics such as structural complexity，susceptibility to inactivation，and high immunogenicity，which present significant challenges to their development and application. Additionally，macromolecular drugs often possess complex topological structures，and spatial denaturation can lead to the formation of topological isomers. These isomers，despite sharing highly similar physicochemical properties with the original drugs，may exhibit entirely different physiological activities，potentially impacting drug safety and efficacy. Recent studies have shown that certain human diseases，such as Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease，are closely associated with phase transitions or isomerization of proteins within the body. Consequently，the analysis，separation，and structural investigation of topological isomers in biomacromolecules are essential for elucidating the mechanisms of action of biomacromolecular drugs and advancing our understanding of the pathogenesis of complex diseases. These research efforts are currently at the forefront of analytical science and biomedical research. Ion mobility-mass spectrometry（IMS-MS），particularly cyclic ion mobility-mass spectrometry（cIMS-MS），has increasingly become a crucial tool in the analysis of complex macromolecular topological isomers. This paper focuses on the working principles of IMS and highlights recent innovative applications of IMS in the analysis of macromolecular drug isomers and macromolecular isomers associated with complex diseases. Additionally，the future prospects for its applications are discussed.

关键词

Keywords

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