Štúdia o nahradení tradičnej kolónovej chromatografie membránovou chromatografiou na čistenie monoklonálnych protilátok

tradičná chromatografia v zloženom{0} lôžku je vyspelá a spoľahlivá, obmedzujú ju však obmedzenia, ako je nízka účinnosť difúzie, vysoký protitlak a pomalá rýchlosť spracovania, a preto je čoraz ťažšie držať krok s neustále sa zvyšujúcou produktivitou procesov v procese výroby. Nedávno bola publikovaná štúdia vBiotechnologický pokrokpriniesla do odvetvia potenciálny prielom: vďaka svojim výhodám výnimočne vysokej produktivity a robustnej odolnosti sa membránová chromatografia môže stať účinnou alternatívou k chromatografii v zloženom{0} lôžku a zásadne pretvárať prostredie následného čistenia mAb.

Pozadie výskumu

 

Štúdia systematicky hodnotila rôzne typy zariadení na membránovú chromatografiu, vrátane iónovo{0}}výmenných a afinitných membrán s proteínom A, a vykonala komplexné porovnanie s tradičnou chromatografiou na zloženom{1} lôžku vo viacerých dimenziách vrátane väzobnej kapacity, odstraňovania nečistôt, životnosti a celkového čistiaceho výkonu. Na štúdiu boli vybrané tri rekombinantné proteíny-jedna monoklonálna protilátka (mAb) a dva Fc-fúzne proteíny-pokrývajúce kompletný následný purifikačný proces od zachytenia až po leštenie. Hlavné výsledky testov sú nasledovné:

 

1. Krok zachytávania: Membránová chromatografia proteínu A - Vysoká väzbová kapacita pri krátkych časoch pobytu

Chromatografia s proteínom A je kritickým krokom pri zachytávaní mAb. Štúdia hodnotila výkonnosť štyroch membrán Protein A (tri komerčné produkty a jeden prototyp membrány) oproti dvom referenčným baleným-živiciam:

• Vynikajúca dynamická väzbová kapacita (DBC):Dve membrány dosiahli hodnoty DBC presahujúce 50 g/l. Niektoré membrány si udržali väzbovú kapacitu 35–65 g/l aj pri extrémne krátkom čase zotrvania 0,2 minúty, čo je porovnateľné s tradičnými živicami s baleným{5}}lôžkom (37–55 g/l).
• Dramatický nárast produktivity:Čas zotrvania pri membránovej chromatografii bol iba 1/6 – 1/30 času pri tradičnej stĺpcovej chromatografii (0,13 – 0,33 min oproti . 2 – 6 min), čo viedlo k12-35-násobné zvýšenie produktivity dávkového spracovania.
• Stabilné zotavenie:Výťažnosť bielkovín presiahla 85 % pre všetky membránové zariadenia. Membrána GORE dosiahla najvyššiu výťažnosť 96 %, čo je v podstate porovnateľné s tradičnými balenými-živicami (94–98 %).
• Obmedzenia, ktoré treba zvážiť:Membránová chromatografia poskytla elučný objem1,4-5 krát vyššianež tradičné balené-živice, zatiaľ čo klírens HCP bol o niečo nižší. V prípade niektorých membrán dosiahli hladiny HCP v eluáte 7 000 ppm v porovnaní so 4 700 ppm v prípade tradičných živíc s náplňou-. pretoNa kompenzáciu tohto obmedzenia môžu byť potrebné ďalšie kroky leštenia.

 

2. Krok leštenia: Iónová-výmena / multimodálne membrány - Efektívne odstránenie nečistôt s rýchlym spracovaním

Primárnym cieľom kroku leštenia je odstrániť zvyškové nečistoty, ako sú agregáty s vysokou -molekulárnou- hmotnosťou (HMW) a proteíny hostiteľských buniek (HCP). Štúdia hodnotila tri typy membránovej chromatografie: aniónomeničovú (AEX), katexovú (CEX) a multimodálnu (MM) membránu.

• Rekordná-produktivita:Doba zdržania pre membránovú chromatografiu bola iba0,17 minv porovnaní s2–4 minpre tradičnú stĺpcovú chromatografiu predstavujúcu a12–24-násobné skrátenie doby zotrvaniaa dramatické zvýšenie efektivity spracovania.
• Klírens nečistôt porovnateľný s tradičnou stĺpcovou chromatografiou:Dosiahla sa membránová chromatografiaFaktory klírensu HMW 4,2–5,5, čím sa približuje výkon živice Capto Adhere (6). TheFaktor klírensu HCP dosiahol až 60, pričom niektoré membrány prekonávajú tradičnú{0}}zložkovú chromatografiu.
• Konkurenčná regenerácia bielkovín:Väčšina membránregenerácia bielkovín nad 90%a pri niektorých Fc-fúznych proteínoch bola výťažnosť ešte vyššia ako pri tradičnej stĺpcovej chromatografii.

 

3. Úplné-overenie procesu: Membránová chromatografia umožňuje čistenie s vysokou-čistotou

Štúdia stanovila anintegrovaný membránový-proces čistenia, ktorý kombinuje zachytávanie proteínu A s lešteníma priamo ho porovnali s konvenčným procesom zhustenej{0}}lôžkovej chromatografie:

• Vysoká-čistota:Po úplnom membránovom{0}}purifikačnom procese sa hladiny HCP vo Fc-fúznych proteínoch znížili napod 50 ppm, s agregátmi (HMW druhy) atMenšie alebo rovné 0,5 %. Pre monoklonálnu protilátku bol HCP znížený na226 ppm, s agregátmi pri1.0%, čím sa približuje k výkonu konvenčného{0}}procesu zhustenej chromatografie (11 ppm HCP a 0,7 % agregátov).
• Vyššie celkové zotavenie:Dosiahlo sa celkové zotavenie Fc-fúzneho proteínu89%, ktorý bolo 19 % vyššiev porovnaní s konvenčným{0}}procesom zhutnenej chromatografie. Pre monoklonálnu protilátku bola výťažnosť73%porovnateľný s konvenčným{0}}procesom v balenej posteli.
• Silná odolnosť voči znečisteniu:Membránová chromatografia preukázala lepšiu toleranciu voči surovinám s vysokým obsahom nečistôt a zostala účinná, aj keď bolapočiatočná koncentrácia HCP dosiahla 150 000 ppm.

 

4. Životnosť: Stabilná prevádzka počas 100+ cyklov spĺňa výrobné požiadavky

Trvanlivosť membrán je kritickým faktorom pre priemyselné použitie. Štúdia hodnotila stabilitu membrány prostredníctvom201 po sebe nasledujúcich prevádzkových cyklov:

• Predĺžená životnosť cyklu:Sedem z ôsmich membrán je dokončenýchviac ako 100 cyklov, zatiaľ čo prototyp multimodálnej (MM) membrány dosiahol201 cyklovbez výrazného zníženia výkonu.
• Stabilný výkon:Počas celej cyklistickej štúdieobnova bielkovín zostala okolo 90%bez významného poklesu výkonu odstraňovania HMW alebo HCP. Tlakové profily tiež zostali stabilné.
• Vhodné pre výrobné aplikácie:Väčšina membrán bola schopná podporovaťaspoň jeden úplný výrobný cyklus, zatiaľ čo niektoré by mohli podporovať viacero dávok. Akumulované zvýšenie tlaku by sa dalo zmierniť optimalizácioustratégiu čistého{0}}na{1}}mieste (CIP)..

 

Technické hlavné body: Prečo môže membránová chromatografia nahradiť tradičnú kolónovú chromatografiu?

Hlavné výhody membránovej chromatografie vyplývajú z jej jedinečnej plochej-štruktúry membrány. V porovnaní s konvenčnými poréznymi chromatografickými živicami ponúka membránová chromatografia tri kľúčové rozdiely:

1. Inovatívny mechanizmus prenosu hmoty:Membrány sa primárne spoliehajú na konvekčný prenos hmoty, čím sa eliminuje potreba difúzie proteínov do porézneho média. To výrazne skracuje dobu zdržania a umožňuje oveľa rýchlejšie spracovanie.
2. Výrazne nižší protitlak:Plochá-vrstvová štruktúra poskytuje nízky prietokový odpor a dokáže sa prispôsobiť vyšším prietokom, čím prekonáva obmedzenia spätného tlaku bežne spojené s tradičnou stĺpcovou chromatografiou.
3. Silná adaptabilita procesu:Membránová chromatografia je kompatibilná s kontinuálnou výrobou a môže lepšie zodpovedať vysokej produktivite upstream procesov. Navyše, jeho menšie nároky na vybavenie a nižšie požiadavky na membránové médiá môžu pomôcť znížiť celkové výrobné náklady.

Samozrejme, aj membránová chromatografia má určité obmedzenia. Tieto zahŕňajúväčšie elučné objemy, ktoré vyžadujú dodatočnú spotrebu vyrovnávacej pamäte; potreba ďalšieho zlepšenia odstraňovania nečistôt pre náročné vzorky, ako naprbišpecifické protilátky (bsAbs); a obmedzená dostupnosť niektorých membránových produktov vo veľkých výrobných mierach. Tieto výzvy však možno postupne riešiť pomocou optimalizovaného návrhu zariadenia, začlenenia ďalších krokov hĺbkovej{1}}filtrácie a ďalších vylepšení procesov.

Vplyv na priemysel: Výroba monoklonálnych protilátok vstupuje do éry vysoko{0}}účinného čistenia

Zistenia tejto štúdie poskytujú biofarmaceutickému priemyslu jasný smer technologického pokroku. Pre bežné procesy purifikácie mAb a Fc-fúznych proteínov, ktoré uprednostňujú vysokú produktivitu,membránová chromatografia má potenciál plne nahradiť tradičnú náplňovú-stĺpcovú chromatografiu. Dokonca aj pre zložitejšie suroviny môže kombinovaná stratégia využívajúca membránovú chromatografiu spolu s konvenčnými chromatografickými živicami pomôcť dosiahnuť optimálnu rovnováhu medzi účinnosťou spracovania a čistotou produktu.

Keďže technológie membránových materiálov pokračujú v napredovaní, očakáva sa, že budúci vývoj ďalej zníži spotrebu vyrovnávacej pamäte a zlepší škálovateľnosť, čo urýchli biofarmaceutický priemysel smerom kkontinuálna, vysoko{0}}efektívna a nákladovo{1} efektívna výroba.

Pre výrobcov biofarmaceutických prípravkov,skoré prijatie a strategické nasadenie membránovej chromatografie by sa mohlo stať dôležitou konkurenčnou výhodou na rozvíjajúcom sa trhu.