시차 주사 열량측정법(DSC)

용액 내 생체 분자는 네이티브(접힌) 형태와 변성된(풀린) 형태 간에 균형을 이루고 있습니다. 열 전이 중간점(T_m)이 높을 수록 분자가 더 안정적인 상태가 됩니다. DSC는 열 유도 변성으로 인한 풀린 형태의 엔탈피를 측정합니다. 또한 변성에 대한 열용량(ΔC_p) 변화를 측정하는 데 사용됩니다. DSC는 네이티브 생체 분자의 안정성과 접힘에 기여하는 요소를 해석합니다. 이 요소에는 소수성 상호 작용, 수소 결합, 구조적인 엔트로피(conformational ​entropy) 및 물리적 환경이 포함됩니다.

DSC에서 확보한 정확한 고품질 데이터는 잠재적인 치료 후보 물질의 처방과 공정 개발에서 단백질 안정성에 대한 필수 정보를 제공합니다.

단백질, 핵산 및 지질과 같은 거대분자 및 거대분자 어셈블리(>5000 돌턴)는 열적으로 유도된 구조적 변화를 겪는 명확한 구조를 형성할 수 있습니다. 구조적으로 재배열되면 비공유 결합의 재배치에 의해 열 흡수가 이루어집니다. 시차 주사 열량측정계는 열 흡수량을 측정합니다.

DSC 시스템의 열 중심부는 기준 셀과 시료 셀 등 두 개의 셀로 구성됩니다. 

이 장치는 두 셀이 가열됨에 따라 동일한 온도로 유지되도록 설계되었습니다.

DSC 측정을 수행하려면 기준 셀은 완충액으로, 시료 셀은 시료 용액으로 채웁니다. 이 셀들은 일정한 주사 속도로 가열됩니다. 

단백질 풀림이 셀 간의 온도차(ΔT)를 유발하면 열 흡수로 인해 펠티에 장치에서 열 구배가 형성됩니다. 이렇게 하면 전압이 설정되어 전력으로 변환되고 펠티에 장치를 제어하여 ΔT(온도차)를 0°C로 되돌리는 데 사용됩니다. 또한 이 셀은 전도를 통해 수동으로 열 평형 상태에 도달할 수 있습니다.

단백질 풀림의 엔탈피는 농도 정규화 DSC 피크 아래에 있는 영역으로, 몰당 칼로리(또는 줄) 단위가 사용됩니다. 

어떤 경우에는 열역학적 모델을 데이터에 맞추어 조정하여 기브스 자유 에너지(Gibb's ​free ​energy, ΔG), 열량 측정 엔탈피(calorimetric ​enthalpy, ΔH_cal), 반트 호프 엔탈피(van't ​Hoff ​enthalpy, ΔH_vH), 엔트로피(ΔS) 및 전이와 연관된 열용량 변화(ΔC_p)를 확보할 수 있습니다.

시차 주사 열량측정법 분석은 신약 발견 및 개발에 널리 사용됩니다. 대표적인 응용 분야로 다음과 같은 예를 들 수 있습니다.

• 바이오치료 개발에서 가장 안정적인 단백질 또는 잠재적인 후보 물질의 특성 분석과 선택
• 리간드 상호 작용 연구
• 정제 및 제조 조건의 신속한 최적화
• 액체 제제에 대한 최적 조건의 쉽고 빠른 결정
• 검사에 사용할 대상 단백질에 대한 빠른 안정성 지시 분석