Studija o zamjeni tradicionalne kolonske kromatografije membranskom kromatografijom za pročišćavanje monoklonskih protutijela

tradicionalna slojna -kromatografija je zrela i pouzdana, ali je ograničena ograničenjima kao što su niska učinkovitost difuzije, visoki protutlak i spore brzine obrade, zbog čega je sve teže držati korak sa stalno rastućom produktivnošću uzvodnih procesa. Nedavno je studija objavljena uBiotehnološki napredakje donio potencijalni proboj u industriju: sa svojim prednostima iznimno visoke produktivnosti i robusne trajnosti, membranska kromatografija može postati učinkovita alternativa -kromatografiji u sloju i temeljito preoblikovati krajolik nizvodnog pročišćavanja mAb.

Pozadina istraživanja

 

Studija je sustavno procijenila različite tipove membranskih kromatografskih uređaja, uključujući ionsku{0}}izmjenu i membrane afiniteta za protein A, i provela sveobuhvatnu usporedbu s tradicionalnom -kromatografijom u sloju u više dimenzija, uključujući kapacitet vezivanja, uklanjanje nečistoća, vijek trajanja i ukupnu izvedbu pročišćavanja. Tri rekombinantna proteina odabrana su za studiju-jedno monoklonsko protutijelo (mAb) i dva Fc-fuzijska proteina-pokrivajući kompletan nizvodni proces pročišćavanja od hvatanja do poliranja. Ključni rezultati ispitivanja su sljedeći:

 

1. Korak hvatanja: Kromatografija membrane proteina A - Visoki kapacitet vezanja u kratkim vremenima zadržavanja

Kromatografija proteina A kritičan je korak u hvatanju mAb. Studija je procijenila izvedbu četiri membrane proteina A (tri komercijalna proizvoda i jedan prototip membrane) u odnosu na dvije referentne smole za -sloj:

• Izvanredan dinamički kapacitet vezivanja (DBC):Dvije membrane postigle su DBC vrijednosti veće od 50 g/L. Neke su membrane zadržale kapacitet vezivanja od 35–65 g/L čak i pri iznimno kratkom vremenu zadržavanja od 0,2 min, usporedivo s tradicionalnim smolama za -sloj (37–55 g/L).
• Dramatično povećanje produktivnosti:Vrijeme zadržavanja membranske kromatografije bilo je samo 1/6–1/30 vremena tradicionalne kromatografije na stupcu (0,13–0,33 min u odnosu na . 2–6 min), što je rezultiralo12–35 puta povećanje produktivnosti skupne obrade.
• Stabilan oporavak:Oporavak proteina premašio je 85% za sve membranske uređaje. Membrana GORE postigla je najveći oporavak od 96%, što je u biti usporedivo s tradicionalnim pakiranim-slojnim smolama (94–98%).
• Ograničenja koja treba uzeti u obzir:Membranska kromatografija proizvela je volumen eluacije1,4-5 puta većiod tradicionalnih pakovanih-smola, dok je HCP klirens bio neznatno inferioran. Za neke membrane, razine HCP-a u eluatu dosegnule su 7000 ppm, u usporedbi s 4700 ppm za tradicionalne smole s -pakiranim slojem. Stoga,mogu biti potrebni dodatni koraci poliranja kako bi se nadoknadilo ovo ograničenje.

 

2. Korak poliranja: Ionska-izmjena / multimodalne membrane - Učinkovito uklanjanje nečistoća uz brzu obradu

Primarni cilj koraka poliranja je uklanjanje zaostalih nečistoća kao što su agregati velike-molekularne-težine (HMW) i proteini stanica domaćina (HCP). Studija je procijenila tri tipa membranske kromatografije: anionsku izmjenu (AEX), kationsku izmjenu (CEX) i multimodalnu (MM) membranu.

• Rekordna-produktivnost:Vrijeme zadržavanja za membransku kromatografiju bilo je samo0,17 min, u usporedbi s2–4 minza tradicionalnu kolonsku kromatografiju, predstavlja a12–24 puta smanjenje vremena zadržavanjai dramatično povećanje učinkovitosti obrade.
• Čišćenje nečistoća usporedivo s tradicionalnom kromatografijom na koloni:Membranska kromatografija postignutaHMW faktori klirensa 4,2–5,5, približavajući se performansama smole Capto Adhere (6). TheHCP faktor klirensa dosegao je čak 60, s nekim membranama koje nadmašuju tradicionalnu -kromatografiju u sloju.
• Kompetitivni oporavak proteina:Većina postignutih membranaoporavak proteina iznad 90%, a za neke Fc-fuzijske proteine, oporavak je bio čak i veći od onog dobivenog tradicionalnom kromatografijom na stupcu.

 

3. Potpuna-provjera valjanosti procesa: membranska kromatografija omogućuje pročišćavanje visoke-čistoće

Studija je utvrdilaintegrirani membranski-pročišćivački proces koji kombinira hvatanje proteina A s poliranjem, i izravno ga usporedio s konvencionalnim procesom-kromatografije u sloju:

• Izvedba visoke-čistoće:Nakon potpunog membranskog -pročišćavanja, razine HCP u Fc-fuzijskim proteinima smanjene su naispod 50 ppm, s agregatima (HMW vrste) naManje od ili jednako 0,5%. Za monoklonsko protutijelo HCP je smanjen na226 ppm, s agregatima na1.0%, približavajući se performansama konvencionalnog-kromatografskog procesa (11 ppm HCP i 0,7% agregata).
• Veći ukupni oporavak:Dostignut je ukupni oporavak Fc-fuzijskog proteina89%, koji je bio19% višenego kod konvencionalnog procesa-kromatografije u sloju. Za monoklonska antitijela, oporavak je bio73%, usporedivo s konvencionalnim postupkom s pakiranim{0}}slojem.
• Jaka otpornost na prljanje:Membranska kromatografija pokazala je bolju toleranciju na sirovine s visokim opterećenjem nečistoća i ostala je učinkovita čak i kadapočetna koncentracija HCP dosegla je 150 000 ppm.

 

4. Vijek trajanja: stabilan rad za 100+ ciklusa u skladu sa zahtjevima proizvodnje

Trajnost membrane je kritičan faktor za industrijsku primjenu. Studija je procijenila stabilnost membrane kroz201 uzastopni radni ciklus:

• Produženi životni ciklus:Sedam od osam membrana je završenoviše od 100 ciklusa, dok je prototip multimodalne (MM) membrane dosegnut201 ciklusbez značajnije degradacije performansi.
• Stabilna izvedba:Tijekom studija biciklizma,oporavak proteina je ostao oko 90%, bez značajnog pada u učinkovitosti uklanjanja HMW ili HCP. Profili tlaka također su ostali stabilni.
• Prikladno za proizvodne aplikacije:Većina membrana bila je sposobna poduprijetibarem jedan potpuni proizvodni ciklus, dok bi neki mogli podržavati više serija. Akumulirana povećanja tlaka mogu se ublažiti optimizacijomstrategija čisto-na-mjestu (CIP)..

 

Tehničke značajke: Zašto membranska kromatografija može zamijeniti tradicionalnu kolonsku kromatografiju?

Osnovne prednosti membranske kromatografije proizlaze iz njene jedinstvene strukture membrane s ravnim-listom. U usporedbi s konvencionalnim poroznim kromatografskim smolama, membranska kromatografija nudi tri ključne razlike:

1. Inovativni mehanizam prijenosa mase:Membrane se primarno oslanjaju na konvektivni prijenos mase, eliminirajući potrebu za difuzijom proteina u porozni medij. Ovo značajno smanjuje vrijeme zadržavanja i omogućuje puno bržu obradu.
2. Značajno niži protutlak:Struktura ravnog -lista pruža nizak otpor protoku i može primiti veće brzine protoka, prevladavajući ograničenja protutlaka koja se obično povezuju s tradicionalnom kromatografijom na koloni.
3. Snažna prilagodljivost procesa:Membranska kromatografija kompatibilna je s kontinuiranom proizvodnjom i može bolje odgovarati visokoj produktivnosti uzvodnih procesa. Osim toga, njegov manji otisak opreme i niži zahtjevi za membranske medije mogu pomoći u smanjenju ukupnih troškova proizvodnje.

Naravno, membranska kromatografija također ima određena ograničenja. To uključujeveće količine eluiranja, koji zahtijevaju dodatnu potrošnju međuspremnika; potreba za daljnjim poboljšanjem čišćenja nečistoća za zahtjevne uzorke kao što subispecifična antitijela (bsAbs); i ograničena dostupnost nekih membranskih proizvoda u velikim proizvodnim razmjerima. Međutim, ti se izazovi mogu postupno rješavati optimiziranim dizajnom opreme, ugradnjom dodatnih koraka dubinske-filtracije i drugim poboljšanjima procesa.

Utjecaj industrije: proizvodnja monoklonskih antitijela ulazi u eru visoko-učinkovitog pročišćavanja

Nalazi ove studije daju biofarmaceutskoj industriji jasan smjer za tehnološki napredak. Za konvencionalne postupke pročišćavanja mAb i Fc-fuzijskog proteina koji daju prednost visokoj produktivnosti,membranska kromatografija ima potencijal u potpunosti zamijeniti tradicionalnu -kromatografiju na koloni. Čak i za složenije sirovine, kombinirana strategija koja koristi membransku kromatografiju zajedno s konvencionalnim kromatografskim smolama može pomoći u postizanju optimalne ravnoteže između učinkovitosti obrade i čistoće proizvoda.

Kako tehnologije membranskih materijala nastavljaju napredovati, očekuje se da će budući razvoj dodatno smanjiti potrošnju međuspremnika i poboljšati skalabilnost, ubrzavajući biofarmaceutsku industriju premakontinuirana, visoko{0}}učinkovita i-isplativa proizvodnja.

Za proizvođače biofarmaceutika,rano usvajanje i strateška implementacija membranske kromatografije moglo bi postati važna konkurentska prednost na tržištu u razvoju.