Tutkimus perinteisen pylväskromatografian korvaamisesta kalvokromatografialla monoklonaalisten vasta-aineiden puhdistamisessa

perinteinen pakattu -kerroskromatografia on kypsä ja luotettava, mutta sitä rajoittavat rajoitukset, kuten alhainen diffuusiotehokkuus, korkea vastapaine ja hitaat prosessointinopeudet, minkä vuoksi on yhä vaikeampaa pysyä alkupään prosessien jatkuvasti kasvavan tuottavuuden tahdissa. Äskettäin vuonna julkaistu tutkimusBioteknologian edistyminenon tuonut potentiaalisen läpimurron alalle: poikkeuksellisen korkean tuottavuuden ja vankan kestävyyden ansiosta kalvokromatografiasta voi tulla tehokas vaihtoehto pakatu{0}}kerroskromatografialle ja se muuttaa perusteellisesti loppupään mAb-puhdistuksen maisemaa.

Tutkimuksen tausta

 

Tutkimuksessa arvioitiin systemaattisesti erityyppisiä kalvokromatografialaitteita, mukaan lukien ionin{0}}vaihto- ja proteiini A-affiniteettikalvot, ja suoritettiin kattava vertailu perinteiseen pakattuun-kerroskromatografiaan useissa ulottuvuuksissa, mukaan lukien sitoutumiskapasiteetti, epäpuhtauksien puhdistuma, käyttöikä ja yleinen puhdistusteho. Tutkimukseen valittiin kolme rekombinanttiproteiinia -yksi monoklonaalinen vasta-aine (mAb) ja kaksi Fc-fuusioproteiinia-, jotka kattoivat täydellisen alavirran puhdistusprosessin sieppauksesta kiillotukseen. Tärkeimmät testitulokset ovat seuraavat:

 

1. Sieppausvaihe: Proteiini A -membraanikromatografia - korkea sitoutumiskapasiteetti lyhyillä oleskeluajoilla

Proteiini A -kromatografia on kriittinen vaihe mAb:n sieppauksessa. Tutkimuksessa arvioitiin neljän Protein A -kalvon (kolme kaupallista tuotetta ja yksi prototyyppikalvo) suorituskykyä kahta vertailupohjaista -petihartsia vastaan:

• Erinomainen dynaaminen sidontakapasiteetti (DBC):Kaksi kalvoa saavutti DBC-arvot yli 50 g/l. Jotkin kalvot säilyttivät sitoutumiskapasiteetin 35–65 g/l jopa erittäin lyhyellä 0,2 minuutin viipymäajalla, mikä on verrattavissa perinteisiin pakatuihin -kerroshartseihin (37–55 g/l).
• Dramaattinen tuottavuuden kasvu:Kalvokromatografian viipymäaika oli vain 1/6–1/30 perinteisen pylväskromatografian viipymäajasta (0,13–0,33 min vs. 2–6 min), mikä johti12–35-kertainen eräkäsittelyn tuottavuuden kasvu.
• Vakaa palautuminen:Proteiinin talteenotto ylitti 85 % kaikissa kalvolaitteissa. GORE-kalvo saavutti korkeimman 96 %:n talteenoton, mikä on olennaisesti verrattavissa perinteisiin pakattujen -petihartsien (94–98 %).
• Huomioon otettavat rajoitukset:Kalvokromatografia tuotti eluutiotilavuuden1,4-5 kertaa korkeampikuin perinteiset pakatut{0}}petihartsit, kun taas HCP-puhdistuma oli hieman huonompi. Joidenkin kalvojen HCP-tasot eluaatissa saavuttivat 7 000 ppm:n verrattuna 4 700 ppm:ään perinteisissä pakatuissa -kerroshartseissa. Siksilisäkiillotusvaiheita voidaan tarvita tämän rajoituksen kompensoimiseksi.

 

2. Kiillotusvaihe: ionin-vaihto / multimodaaliset kalvot - Tehokas epäpuhtauksien poisto nopealla käsittelyllä

Kiillotusvaiheen ensisijainen tavoite on poistaa epäpuhtaudet, kuten suuren -molekyylipainon- (HMW) aggregaatit ja isäntäsoluproteiinit (HCP). Tutkimuksessa arvioitiin kolmen tyyppistä kalvokromatografiaa: anioninvaihto (AEX), kationinvaihto (CEX) ja multimodaalinen (MM) kalvo.

• Ennätys{0}}tuottavuus:Kalvokromatografian viipymäaika oli vain0,17 min, verrattuna2-4 minperinteisessä pylväskromatografiassa edustaen a12-24-kertainen viipymäaikaja käsittelytehokkuuden dramaattinen kasvu.
• Epäpuhtauksien puhdistuma verrattavissa perinteiseen pylväskromatografiaan:Membraanikromatografia saavutettuHMW välyskertoimet 4,2–5,5, lähestyy Capto Adhere -hartsin suorituskykyä (6). TheHCP-puhdistumakerroin saavutti jopa 60, joidenkin kalvojen suorituskyky on parempi kuin perinteinen pakattu -kerroskromatografia.
• Kilpailukykyinen proteiinin talteenotto:Useimmat kalvot saavutettuproteiinien saanti yli 90 %ja joidenkin Fc-fuusioproteiinien saanto oli jopa suurempi kuin perinteisellä pylväskromatografialla saatu.

 

3. Täysi-prosessin vahvistus: kalvokromatografia mahdollistaa korkean-puhtauden puhdistuksen

Tutkimus perusti anintegroitu kalvo{0}}pohjainen puhdistusprosessi, jossa proteiini A:n talteenotto yhdistyy kiillotukseen, ja vertasi sitä suoraan tavanomaiseen pakattu{0}}kerroskromatografiaprosessiin:

• Korkean{0}}puhtauden suorituskyky:Täysi kalvo{0}}pohjaisen puhdistusprosessin jälkeen Fc-fuusioproteiinien HCP-tasot laskivatalle 50 ppm, aggregaatit (HMW-lajit) kloVähemmän tai yhtä suuri kuin 0,5 %. Monoklonaalisen vasta-aineen HCP pelkistettiin arvoon226 ppm, aggregaatilla osoitteessa1.0%, lähestyy tavanomaisen täytekerroskromatografiaprosessin -suorituskykyä (11 ppm HCP ja 0,7 % aggregaatteja).
• Korkeampi yleinen palautuminen:Fc-fuusioproteiinin kokonaissaanto saavutettu89%, joka oli19 % korkeampikuin tavanomaisessa pakattu{0}}kerroskromatografiaprosessissa. Monoklonaalisen vasta-aineen saanto oli73%, joka on verrattavissa tavanomaiseen pakattuun -sänkyprosessiin.
• Vahva likaantumiskestävyys:Kalvokromatografia osoitti paremman sietokyvyn suuria epäpuhtauskuormia sisältäville raaka-aineille ja pysyi tehokkaana, vaikkaalkuperäinen HCP-pitoisuus saavutti 150 000 ppm.

 

4. Käyttöikä: vakaa toiminta 100+ syklille Täyttää valmistusvaatimukset

Kalvon kestävyys on kriittinen tekijä teollisissa sovelluksissa. Tutkimuksessa arvioitiin kalvon stabiilisuutta läpi201 peräkkäistä käyttösykliä:

• Pidentynyt syklin käyttöikä:Seitsemän kahdeksasta kalvosta valmistuiyli 100 sykliä, kun taas prototyypin multimodaalinen (MM) kalvo saavutti201 sykliäilman merkittävää suorituskyvyn heikkenemistä.
• Vakaa suorituskyky:Pyöräilytutkimuksen ajanproteiinin talteenotto pysyi noin 90 %, eikä HMW- tai HCP-poistoteho ole merkittävästi heikentynyt. Myös paineprofiilit pysyivät vakaina.
• Sopii valmistussovelluksiin:Useimmat kalvot pystyivät tukemaanvähintään yksi täydellinen tuotantosykli, kun taas jotkut voivat tukea useita eriä. Kerääntynyttä paineen nousua voitaisiin lieventää optimoimallapuhdas-paikalla-(CIP) -strategia.

 

Tekniset kohokohdat: Miksi kalvokromatografia voi korvata perinteisen pylväskromatografian?

Kalvokromatografian keskeiset edut johtuvat sen ainutlaatuisesta litteästä{0}}levykalvorakenteesta. Verrattuna perinteisiin huokoisiin kromatografiahartseihin, kalvokromatografialla on kolme keskeistä eroa:

1. Innovatiivinen massansiirtomekanismi:Kalvot luottavat ensisijaisesti konvektiiviseen massansiirtoon, mikä eliminoi proteiinien tarpeen diffundoitua huokoisiin väliaineisiin. Tämä lyhentää merkittävästi viipymisaikaa ja mahdollistaa paljon nopeamman käsittelyn.
2. Huomattavasti pienempi vastapaine:Litteä -arkkirakenne tarjoaa alhaisen virtausvastuksen ja kestää suurempia virtausnopeuksia, mikä ylittää perinteiseen pylväskromatografiaan yleisesti liittyvät vastapainerajoitukset.
3. Vahva prosessin sopeutumiskyky:Kalvokromatografia on yhteensopiva jatkuvan valmistuksen kanssa ja pystyy paremmin vastaamaan alkupään prosessien korkeaa tuottavuutta. Lisäksi sen pienempi laitejalanjälki ja pienemmät kalvomateriaalivaatimukset voivat auttaa vähentämään kokonaistuotantokustannuksia.

Tietysti membraanikromatografialla on myös tiettyjä rajoituksia. Näitä ovat mmsuurempia eluointitilavuuksia, jotka vaativat lisäpuskurin kulutusta; tarve parantaa edelleen epäpuhtauksien puhdistumaa haastavissa näytteissä, kutenbispesifiset vasta-aineet (bsAbs); ja joidenkin kalvotuotteiden rajoitettu saatavuus suurissa valmistusmitoissa. Näihin haasteisiin voidaan kuitenkin vastata asteittain optimoimalla laitesuunnittelua, lisäämällä syvyys{1}}suodatusvaiheita ja muita prosessiparannuksia.

Vaikutus toimialalle: monoklonaalisten vasta-aineiden valmistus siirtyy tehokkaan{0}}puhdistuksen aikakauteen

Tämän tutkimuksen tulokset antavat biolääketeollisuudelle selkeän suunnan teknologiselle kehitykselle. Perinteisissä mAb- ja Fc-fuusioproteiinien puhdistusprosesseissa, jotka asettavat etusijalle korkean tuottavuuden,kalvokromatografia voi täysin korvata perinteisen täytekerroskromatografian. Jopa monimutkaisemmille raaka-aineille yhdistelmästrategia, jossa käytetään kalvokromatografiaa yhdessä tavanomaisten kromatografiahartsien kanssa, voi auttaa saavuttamaan optimaalisen tasapainon käsittelytehokkuuden ja tuotteen puhtauden välillä.

Kun kalvomateriaaliteknologiat edistyvät edelleen, tulevan kehityksen odotetaan edelleen vähentävän puskurin kulutusta ja parantavan skaalautuvuutta, mikä nopeuttaa biolääketeollisuutta kohtijatkuvaa,{0}}tehokasta ja kustannustehokasta{1}}valmistusta.

Biolääkkeiden valmistajille,membraanikromatografian varhainen käyttöönotto ja strateginen käyttöönotto voisi olla tärkeä kilpailuetu kehittyvillä markkinoilla.