Studie o nahrazení tradiční kolonové chromatografie membránovou chromatografií pro čištění monoklonálních protilátek

tradiční chromatografie na vrstvě-je vyspělá a spolehlivá, ale je omezena omezeními, jako je nízká účinnost difúze, vysoký protitlak a pomalá rychlost zpracování, a proto je stále obtížnější držet krok s neustále se zvyšující produktivitou předcházejících procesů. Nedávno byla zveřejněna studie vBiotechnologický pokrokpřinesla do průmyslu potenciální průlom: se svými výhodami výjimečně vysoké produktivity a robustní odolnosti se membránová chromatografie může stát účinnou alternativou k chromatografii na vrstvě -lůžka a zásadně přetvořit krajinu následného čištění mAb.

Pozadí výzkumu

 

Studie systematicky hodnotila různé typy zařízení pro membránovou chromatografii, včetně iontově -výměnných a afinitních membrán s proteinem A, a provedla komplexní srovnání s tradiční chromatografií na vrstvě- v různých dimenzích, včetně vazebné kapacity, odstranění nečistot, životnosti a celkového výkonu čištění. Pro studii byly vybrány tři rekombinantní proteiny-jedna monoklonální protilátka (mAb) a dva Fc-fúzní proteiny-pokrývající kompletní následný purifikační proces od zachycení po leštění. Hlavní výsledky testu jsou následující:

 

1. Krok zachycení: Membránová chromatografie proteinu A - Vysoká vazebná kapacita při krátkých dobách pobytu

Chromatografie s proteinem A je kritickým krokem při zachycení mAb. Studie hodnotila výkon čtyř membrán Protein A (tři komerční produkty a jeden prototyp membrány) proti dvěma referenčním baleným -pryskyřicům:

• Vynikající kapacita dynamické vazby (DBC):Dvě membrány dosáhly hodnot DBC přesahujících 50 g/l. Některé membrány si udržely vazebnou kapacitu 35–65 g/l i při extrémně krátké době zdržení 0,2 minuty, což je srovnatelné s tradičními pryskyřicemi s baleným ložem (37–55 g/l).
• Dramatický nárůst produktivity:Doba zdržení membránové chromatografie byla pouze 1/6–1/30 doby u tradiční kolonové chromatografie (0,13–0,33 min vs . 2–6 min), což vedlo k12–35násobné zvýšení produktivity dávkového zpracování.
• Stabilní zotavení:Výtěžnost proteinů přesáhla 85 % u všech membránových zařízení. Membrána GORE dosáhla nejvyšší výtěžnosti 96 %, což je v podstatě srovnatelné s tradičními pryskyřicemi s baleným ložem (94–98 %).
• Omezení ke zvážení:Membránová chromatografie poskytla eluční objem1,4–5krát vyššínež tradiční balené-pryskyřice, zatímco clearance HCP byla o něco nižší. U některých membrán dosáhly hladiny HCP v eluátu 7 000 ppm ve srovnání se 4 700 ppm u tradičních pryskyřic s baleným-ložem. Proto,Pro kompenzaci tohoto omezení mohou být nutné další kroky leštění.

 

2. Krok leštění: Iontová-výměna / multimodální membrány - Účinné odstranění nečistot s rychlým zpracováním

Primárním cílem kroku leštění je odstranit zbytkové nečistoty, jako jsou agregáty s vysokou -molekulární- hmotností (HMW) a proteiny hostitelských buněk (HCP). Studie hodnotila tři typy membránové chromatografie: aniontoměničovou (AEX), katexovou (CEX) a multimodální (MM) membránu.

• Rekordní-produktivita:Doba zdržení pro membránovou chromatografii byla pouze0,17 min, ve srovnání s2–4 minpro tradiční sloupcovou chromatografii představující a12–24násobné zkrácení doby zdrženía dramatické zvýšení efektivity zpracování.
• Clearance nečistot srovnatelná s tradiční kolonovou chromatografií:Bylo dosaženo membránové chromatografieFaktory clearance HMW 4,2–5,5, blížící se výkonu pryskyřice Capto Adhere (6). TheFaktor clearance HCP dosáhl až 60, přičemž některé membrány předčí tradiční chromatografii na lůžku-.
• Konkurenční obnova bílkovin:Bylo dosaženo většiny membránvýtěžnost bílkovin nad 90 %a u některých Fc-fúzních proteinů byla výtěžnost ještě vyšší než při tradiční kolonové chromatografii.

 

3. Úplné-ověření procesu: Membránová chromatografie umožňuje čištění s vysokou-čistotou

Studie stanovila anintegrovaný membránový-proces čištění kombinující zachycení proteinu A s leštěníma přímo jej porovnal s běžným procesem chromatografie na lůžku-:

• Vysoký-výkon čistoty:Po úplném membránovém -purifikačním procesu byly hladiny HCP ve Fc-fúzních proteinech sníženy napod 50 ppm, s agregáty (HMW druhy) atMenší nebo rovno 0,5 %. Pro monoklonální protilátku byl HCP snížen na226 ppm, s agregáty při1.0%, která se blíží výkonu konvenčního procesu chromatografie na pevném loži- (11 ppm HCP a 0,7 % agregátů).
• Vyšší celkové zotavení:Bylo dosaženo celkové obnovy Fc-fúzního proteinu89%, což byloo 19 % vyššínež u běžného procesu chromatografie na pevném loži-. U monoklonální protilátky byla výtěžnost73%srovnatelný s konvenčním{0}}procesem s balenou postelí.
• Silná odolnost proti znečištění:Membránová chromatografie prokázala lepší toleranci ke surovinám s vysokým obsahem nečistot a zůstala účinná, i kdyžpočáteční koncentrace HCP dosáhla 150 000 ppm.

 

4. Životnost: Stabilní provoz pro 100+ cykly splňuje požadavky výroby

Odolnost membrán je kritickým faktorem pro průmyslové aplikace. Studie hodnotila stabilitu membrány prostřednictvím201 po sobě jdoucích provozních cyklů:

• Prodloužená životnost cyklu:Dokončeno sedm z osmi membránvíce než 100 cyklů, zatímco prototyp multimodální (MM) membrány dosáhl201 cyklůbez výrazného snížení výkonu.
• Stabilní výkon:Po celou dobu studia cyklistikyobnova bílkovin zůstala kolem 90 %bez významného poklesu účinnosti odstraňování HMW nebo HCP. Tlakové profily také zůstaly stabilní.
• Vhodné pro výrobní aplikace:Většina membrán byla schopna podpíráníalespoň jeden úplný výrobní cyklus, zatímco některé by mohly podporovat více dávek. Akumulovaný nárůst tlaku by mohl být zmírněn optimalizacístrategii čistého-na-místě (CIP)..

 

Technické přednosti: Proč může membránová chromatografie nahradit tradiční kolonovou chromatografii?

Hlavní výhody membránové chromatografie vyplývají z její jedinečné ploché-membránové struktury. Ve srovnání s konvenčními porézními chromatografickými pryskyřicemi nabízí membránová chromatografie tři klíčové rozdíly:

1. Inovativní mechanismus přenosu hmoty:Membrány se primárně spoléhají na konvekční přenos hmoty, což eliminuje potřebu difundování proteinů do porézního média. To výrazně zkracuje dobu zdržení a umožňuje mnohem rychlejší zpracování.
2. Výrazně nižší protitlak:Plochá-struktura listu poskytuje nízký průtokový odpor a může pojmout vyšší průtoky, čímž překonává omezení protitlaku běžně spojená s tradiční kolonovou chromatografií.
3. Silná procesní adaptabilita:Membránová chromatografie je kompatibilní s kontinuální výrobou a může lépe odpovídat vysoké produktivitě předřazených procesů. Navíc jeho menší půdorysná plocha a nižší požadavky na membránová média mohou pomoci snížit celkové výrobní náklady.

Membránová chromatografie má samozřejmě také určitá omezení. Mezi ně patřívětší eluční objemy, které vyžadují další spotřebu vyrovnávací paměti; potřeba dalšího zlepšení odstraňování nečistot u náročných vzorků, jako je napřbispecifické protilátky (bsAbs); a omezená dostupnost některých membránových produktů ve velkých výrobních měřítcích. Tyto výzvy však lze postupně řešit optimalizovaným návrhem zařízení, začleněním dalších kroků hloubkové-filtrace a dalšími vylepšeními procesů.

Dopad na průmysl: Výroba monoklonálních protilátek vstupuje do éry vysoce{0}}účinného čištění

Závěry této studie poskytují biofarmaceutickému průmyslu jasný směr technologického pokroku. Pro běžné procesy čištění mAb a Fc-fúzních proteinů, které upřednostňují vysokou produktivitu,membránová chromatografie má potenciál plně nahradit tradiční kolonovou chromatografii s náplní-. Dokonce i pro složitější suroviny může kombinovaná strategie využívající membránovou chromatografii spolu s konvenčními chromatografickými pryskyřicemi pomoci dosáhnout optimální rovnováhy mezi účinností zpracování a čistotou produktu.

Vzhledem k tomu, že technologie membránových materiálů pokračují vpřed, očekává se, že budoucí vývoj dále sníží spotřebu pufru a zlepší škálovatelnost, což urychlí biofarmaceutický průmysl směrem kkontinuální, vysoce{0}}efektivní a nákladově{1}efektivní výroba.

Pro výrobce biofarmaceutických přípravků,brzké přijetí a strategické nasazení membránové chromatografie by se mohlo stát důležitou konkurenční výhodou na vyvíjejícím se trhu.