New insights in formaldehyde-induced detoxification of the tetanus toxin: Chemical modification stoichiometry and characterization of intra- and inter-molecular cross-links

The active ingredient of the tetanus vaccine, known as tetanus toxoid (TTD, 150 kDa), is prepared by inactivation of the tetanus toxin with formaldehyde. This chemical treatment determines the efficiency and innocuity of the vaccine. The detoxification chemistry has been qualitatively studied regarding the nature and positioning of some formaldehyde-induced modifications. However, neither the stoichiometry of the chemical modifications or intra- and inter-chain cross-linking have been yet characterized, despite being of great interest for the definitive elucidation of the detoxification mechanism as well as for future manufacturing follow-up. The aim of the present study is to assess the impact of formaldehyde on TTD by identifying, mapping, and quantifying as exhaustively as possible, all formaldehyde-induced modifications over the entire three-dimensional (3D) structure of the protein. Please click Download on the upper right corner to see the full abstract

Characterization and quantification of tetanus toxin and toxoid in vaccines by mass spectrometry

Le médicament prophylactique qui a drastiquement réduit l’impact et la sévérité du tétanos sur les populations humaines est le vaccin antitétanique. Son principe actif appelé anatoxine tétanique résulte de l’inactivation au formaldéhyde de la toxine tétanique. Cette détoxification chimique est une étape critique qui détermine la sécurité, l’antigénicité et l’immunogénicité du vaccin. Pour une meilleure compréhension de ce processus chimique, à l’échelle moléculaire, nous avons dans un premier temps caractérisé l’anatoxine tétanique par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem haute résolution (LC-MS/MS) afin d’identifier et de localiser exhaustivement l’ensemble des modifications induites par le formaldéhyde sur la structure tridimensionnelle de la protéine vaccinale. Dans un second lieu, pour un meilleur suivi qualité du procédé industriel de fabrication de l’anatoxine tétanique, nous avons développé des méthodes uniques d’expertise in vitro par LC-MS/MS pour réaliser la quantification relative et/ou absolue de la toxine tétanique, de l’anatoxine tétanique, ainsi que pour effectuer la quantification relative des fragments de toxine chimiquement modifiés par le formaldéhyde. Ces outils de caractérisation sont complémentaires aux méthodes de contrôles qualités existantes et contribuent actuellement à un meilleur suivi de la reproductibilité des lots de vaccins antitétaniquesThe prophylactic drug, which has drastically reduced the impact and severity of tetanus on human populations, is the tetanus vaccine. Its active ingredient called tetanus toxoid results from the inactivation of tetanus toxin with formaldehyde. This chemical detoxification is a critical step, which determines the safety, antigenicity and immunogenicity of the vaccine. For a better understanding of this chemical process, at the molecular level, we first characterized tetanus toxoid by liquid chromatography coupled with high-resolution tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) in order to fully identify and map all the modifications induced by formaldehyde on the three-dimensional structure of the vaccine protein. In a second step, for a better quality control of the industrial process of manufacturing tetanus toxoid, we developed in vitro expertise methods by LC-MS/MS to perform the relative and/or absolute quantification of tetanus toxin, tetanus toxoid, and to carry out the relative quantification of the toxin fragments chemically modified with formaldehyde. These characterization tools are complementary to existing quality control methods and currently contribute to better monitoring the reproducibility of tetanus vaccine batche

Caractérisation et quantification de la toxine et de l'anatoxine tétanique dans les vaccins par spectrométrie de masse

The prophylactic drug, which has drastically reduced the impact and severity of tetanus on human populations, is the tetanus vaccine. Its active ingredient called tetanus toxoid results from the inactivation of tetanus toxin with formaldehyde. This chemical detoxification is a critical step, which determines the safety, antigenicity and immunogenicity of the vaccine. For a better understanding of this chemical process, at the molecular level, we first characterized tetanus toxoid by liquid chromatography coupled with high-resolution tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) in order to fully identify and map all the modifications induced by formaldehyde on the three-dimensional structure of the vaccine protein. In a second step, for a better quality control of the industrial process of manufacturing tetanus toxoid, we developed in vitro expertise methods by LC-MS/MS to perform the relative and/or absolute quantification of tetanus toxin, tetanus toxoid, and to carry out the relative quantification of the toxin fragments chemically modified with formaldehyde. These characterization tools are complementary to existing quality control methods and currently contribute to better monitoring the reproducibility of tetanus vaccine batchesLe médicament prophylactique qui a drastiquement réduit l’impact et la sévérité du tétanos sur les populations humaines est le vaccin antitétanique. Son principe actif appelé anatoxine tétanique résulte de l’inactivation au formaldéhyde de la toxine tétanique. Cette détoxification chimique est une étape critique qui détermine la sécurité, l’antigénicité et l’immunogénicité du vaccin. Pour une meilleure compréhension de ce processus chimique, à l’échelle moléculaire, nous avons dans un premier temps caractérisé l’anatoxine tétanique par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem haute résolution (LC-MS/MS) afin d’identifier et de localiser exhaustivement l’ensemble des modifications induites par le formaldéhyde sur la structure tridimensionnelle de la protéine vaccinale. Dans un second lieu, pour un meilleur suivi qualité du procédé industriel de fabrication de l’anatoxine tétanique, nous avons développé des méthodes uniques d’expertise in vitro par LC-MS/MS pour réaliser la quantification relative et/ou absolue de la toxine tétanique, de l’anatoxine tétanique, ainsi que pour effectuer la quantification relative des fragments de toxine chimiquement modifiés par le formaldéhyde. Ces outils de caractérisation sont complémentaires aux méthodes de contrôles qualités existantes et contribuent actuellement à un meilleur suivi de la reproductibilité des lots de vaccins antitétanique