Дослідження заміни традиційної колонкової хроматографії на мембранну хроматографію для очищення моноклональних антитіл

Традиційна -шарова хроматографія є зрілою та надійною, але її обмежують такі обмеження, як низька ефективність дифузії, високий протитиск і низька швидкість обробки, через що стає все важче йти в ногу з безперервним зростанням продуктивності процесів, що передують. Нещодавно дослідження, опубліковане вБіотехнологічний прогреспринесло потенційний прорив у галузь: завдяки своїм перевагам надзвичайно високої продуктивності та надійної довговічності мембранна хроматографія може стати ефективною альтернативою хроматографії з наповненим-шаровим шаром і кардинально змінити ландшафт очищення моноклональних антитіл.

Передумови дослідження

 

Дослідження систематично оцінювало різні типи мембранних хроматографічних пристроїв, у тому числі іонообмінні мембрани та мембрани, афінні до протеїну А, і проводило комплексне порівняння з традиційною шаровою хроматографією за багатьма параметрами, включаючи здатність до зв’язування, очищення від домішок, термін служби та загальну ефективність очищення. Для дослідження було відібрано три рекомбінантні білки-одне моноклональне антитіло (mAb) і два Fc-злиті білки-, які охоплюють повний процес очищення від захоплення до полірування. Основні результати тестування такі:

 

1. Етап захоплення: мембранна хроматографія білка А - Висока здатність до зв’язування за короткий час перебування

Хроматографія протеїну А є критичним етапом захоплення mAb. Дослідження оцінювало ефективність чотирьох мембран протеїну А (трьох комерційних продуктів і однієї прототипної мембрани) порівняно з двома еталонними упакованими-смолами:

• Виняткова динамічна здатність зв'язування (DBC):Дві мембрани досягли значення DBC, що перевищує 50 г/л. Деякі мембрани зберігали зв’язувальну здатність 35–65 г/л навіть за надзвичайно короткого часу перебування в 0,2 хв, що можна порівняти з традиційними наповненими смолами (37–55 г/л).
• Різке підвищення продуктивності:Час перебування мембранної хроматографії становив лише 1/6–1/30 від традиційної колонкової хроматографії (0,13–0,33 хв проти . 2–6 хв), що призвело доЗбільшення продуктивності пакетної обробки в 12–35 разів.
• Стабільне відновлення:Відновлення білка перевищило 85% для всіх мембранних пристроїв. Мембрана GORE досягла найвищого коефіцієнта відновлення 96%, що, по суті, можна порівняти з традиційними наповненими-смолами (94–98%).
• Обмеження, які слід враховувати:Мембранна хроматографія дає об'єм елююванняв 1,4–5 разів вищепорівняно з традиційними наповненими-смолами, тоді як очищення HCP було дещо гіршим. Для деяких мембран рівні HCP в елюаті сягали 7000 ppm порівняно з 4700 ppm для традиційних смол із шаром -. томудля компенсації цього обмеження може знадобитися додаткове полірування.

 

2. Етап полірування: іоно{1}}обмінні / мультимодальні мембрани - Ефективне видалення домішок за допомогою швидкої обробки

Основною метою етапу полірування є видалення залишкових домішок, таких як агрегати з високою-молекулярною-вагою (HMW) і білки клітин-господарів (HCP). Дослідження оцінювало три типи мембранної хроматографії: аніонообмінну (AEX), катіонообмінну (CEX) і мультимодальну (MM) мембрани.

• Рекордна-продуктивність:Час перебування для мембранної хроматографії становив лише0,17 хв, порівняно з2–4 хвдля традиційної колонкової хроматографії, що представляє aСкорочення часу перебування в 12–24 разиі різке підвищення ефективності обробки.
• Очищення домішок, порівнянне з традиційною колонковою хроматографією:Мембранна хроматографія досягнутаФактори кліренсу HMW 4,2–5,5, що наближається до продуктивності смоли Capto Adhere (6). TheКоефіцієнт кліренсу HCP досяг 60, з деякими мембранами, які перевершують традиційну хроматографію з наповненим шаром-.
• Конкурентне відновлення білка:Більшість досягнутих мембранвідновлення білка понад 90%, а для деяких злитих білків Fc-відновлення було навіть вищим, ніж отримане за допомогою традиційної колонкової хроматографії.

 

3. Повна-перевірка процесу: мембранна хроматографія забезпечує очищення-високої чистоти

Дослідження встановилоінтегрований мембранний-процес очищення, що поєднує захоплення протеїну А з поліруванням, і порівняли його зі звичайним процесом-шарової хроматографії:

• Висока-продуктивність чистоти:Після повного мембранного-процесу очищення рівні HCP у Fc-злитих білках знизилися донижче 50 ppm, з агрегатами (види HMW) приМенше або дорівнює 0,5%. Для моноклонального антитіла HCP було зменшено до226 ppm, з агрегатами при1.0%, наближаючись до продуктивності звичайного процесу-хроматографії в шарі (11 ppm HCP і 0,7% заповнювачів).
• Більше загальне відновлення:Досягнуто загальне відновлення злитого білка Fc-89%, який бувна 19% вищепорівняно зі звичайним процесом-шарової хроматографії. Для моноклональних антитіл відновлення відбулося73%, що можна порівняти зі звичайним-процесом ущільненого шару.
• Сильна стійкість до забруднення:Мембранна хроматографія продемонструвала кращу толерантність до сировини з високим вмістом домішок і залишалася ефективною, навіть колипочаткова концентрація HCP досягла 150 000 ppm.

 

4. Термін служби: стабільна робота протягом 100+ циклів відповідає виробничим вимогам

Довговічність мембрани є критичним фактором для промислового застосування. Дослідження оцінювало стабільність мембрани через201 послідовний робочий цикл:

• Подовжений термін служби:Сім із восьми мембран завершенобільше 100 циклів, тоді як прототип мультимодальної (MM) мембрани досяг201 циклбез істотного погіршення продуктивності.
• Стабільна продуктивність:Під час вивчення велоспорту,відновлення білка залишалося приблизно на 90%, без значного зниження ефективності видалення HMW або HCP. Профілі тиску також залишалися стабільними.
• Підходить для виробничих застосувань:Більшість мембран були здатні підтримуватипринаймні один повний виробничий цикл, тоді як деякі можуть підтримувати кілька партій. Збільшення накопиченого тиску можна пом’якшити шляхом оптимізаціїстратегія чистого -на-місці (CIP)..

 

Основні технічні характеристики: чому мембранна хроматографія може замінити традиційну колонкову хроматографію?

Основні переваги мембранної хроматографії походять від її унікальної плоскої -структури мембрани. Порівняно зі звичайними пористими хроматографічними смолами, мембранна хроматографія пропонує три ключові відмінності:

1. Інноваційний механізм масообміну:Мембрани в основному покладаються на конвективний масообмін, усуваючи необхідність дифундувати білки в пористі середовища. Це значно скорочує час перебування та забезпечує набагато швидшу обробку.
2. Значно нижчий протитиск:Плоска -структура листів забезпечує низький опір потоку та може підтримувати вищі швидкості потоку, долаючи обмеження протитиску, зазвичай пов’язані з традиційною колонковою хроматографією.
3. Сильна адаптивність процесу:Мембранна хроматографія сумісна з безперервним виробництвом і може краще відповідати високій продуктивності попередніх процесів. Крім того, його менша площа обладнання та нижчі вимоги до мембранних носіїв можуть допомогти знизити загальні витрати на виробництво.

Звичайно, мембранна хроматографія також має певні обмеження. До них відносятьсябільші об'єми елюції, які потребують додаткового споживання буфера; необхідність подальшого вдосконалення очищення від домішок для складних зразків, таких якбіспецифічні антитіла (bsAbs); і обмежена доступність деяких мембранних продуктів у великих масштабах виробництва. Однак ці проблеми можна поступово вирішити шляхом оптимізації конструкції обладнання, включення додаткових кроків глибинної{1}}фільтрації та інших удосконалень процесу.

Вплив галузі: виробництво моноклональних антитіл вступає в еру високо-ефективного очищення

Результати цього дослідження дають біофармацевтичній промисловості чіткий напрямок технологічного прогресу. Для звичайних процесів очищення mAb і Fc-злитого білка, які віддають перевагу високій продуктивності,мембранна хроматографія має потенціал для повної заміни традиційної колонкової хроматографії-з шаром. Навіть для більш складної сировини комбінована стратегія з використанням мембранної хроматографії разом зі звичайними хроматографічними смолами може допомогти досягти оптимального балансу між ефективністю обробки та чистотою продукту.

Оскільки технології мембранних матеріалів продовжують розвиватися, очікується, що майбутні розробки ще більше зменшать споживання буфера та покращать масштабованість, прискорюючи біофармацевтичну промисловість добезперервне, високо-ефективне та економічно-виробництво.

Для виробників біофармацевтичних препаратів,раннє впровадження та стратегічне розгортання мембранної хроматографії може стати важливою конкурентною перевагою на ринку, що розвивається.