Študija o zamenjavi tradicionalne kolonske kromatografije z membransko kromatografijo za čiščenje monoklonskih protiteles

tradicionalna slojna -kromatografija je zrela in zanesljiva, vendar jo omejujejo omejitve, kot so nizka učinkovitost difuzije, visok protitlak in počasne hitrosti obdelave, zaradi česar je vse težje slediti nenehno naraščajoči produktivnosti procesov navzgor. Nedavno objavljena študija vBiotehnološki napredekje prinesel potencialni preboj v industrijo: s svojimi prednostmi izjemno visoke produktivnosti in robustne vzdržljivosti lahko membranska kromatografija postane učinkovita alternativa -posteljni kromatografiji in temeljito preoblikuje pokrajino čiščenja mAb na koncu toka.

Raziskovalno ozadje

 

Študija je sistematično ovrednotila različne vrste membranskih kromatografskih naprav, vključno z ionsko-izmenjalnimi in afinitetnimi membranami za protein A, ter izvedla obsežno primerjavo s tradicionalno -plastno kromatografijo v več dimenzijah, vključno z vezavno zmogljivostjo, očistkom nečistoč, življenjsko dobo in splošno učinkovitostjo čiščenja. Za študijo so bili izbrani trije rekombinantni proteini-eno monoklonsko protitelo (mAb) in dva Fc-fuzijska proteina-, ki zajemata celoten nadaljnji postopek čiščenja od zajemanja do poliranja. Ključni rezultati testa so naslednji:

 

1. Korak zajemanja: kromatografija membrane proteina A - Visoka vezavna zmogljivost pri kratkih časih zadrževanja

Kromatografija proteina A je kritičen korak pri zajemanju mAb. Študija je ovrednotila delovanje štirih membran proteina A (trije komercialni izdelki in ena prototipna membrana) v primerjavi z dvema referenčnima pakiranim-slojnimi smolami:

• Izjemna zmogljivost dinamične vezave (DBC):Dve membrani sta dosegli vrednosti DBC nad 50 g/L. Nekatere membrane so ohranile zmogljivost vezave 35–65 g/L tudi pri izjemno kratkem zadrževalnem času 0,2 min, kar je primerljivo s tradicionalnimi polnjenimi -slojnimi smolami (37–55 g/L).
• Dramatično povečanje produktivnosti:Rezidenčni čas membranske kromatografije je bil le 1/6–1/30 od tradicionalne kolonske kromatografije (0,13–0,33 min proti . 2–6 min), kar je povzročilo12–35-kratno povečanje produktivnosti serijske obdelave.
• Stabilno okrevanje:Izkoristek beljakovin je presegel 85 % za vse membranske naprave. Membrana GORE je dosegla najvišjo obnovitev 96 %, kar je v bistvu primerljivo s tradicionalnimi polnjenimi -slojnimi smolami (94–98 %).
• Omejitve, ki jih je treba upoštevati:Membranska kromatografija je dala elucijski volumen1,4–5-krat višjekot tradicionalne pakirane-smole, medtem ko je bil očistek HCP nekoliko slabši. Pri nekaterih membranah so ravni HCP v eluatu dosegle 7.000 ppm v primerjavi s 4.700 ppm za tradicionalne polnjene -smole. zatoza nadomestitev te omejitve bodo morda potrebni dodatni koraki poliranja.

 

2. Korak poliranja: Ionska-izmenjava/multimodalne membrane - Učinkovito odstranjevanje nečistoč s hitro obdelavo

Primarni cilj koraka poliranja je odstraniti ostanke nečistoč, kot so agregati z visoko-molekularno-težo (HMW) in proteini gostiteljskih celic (HCP). Študija je ocenila tri vrste membranske kromatografije: anionsko izmenjevalno (AEX), kationsko izmenjalno (CEX) in multimodalno (MM) membrane.

• Rekordna produktivnost-:Rezidenčni čas za membransko kromatografijo je bil samo0,17 min, v primerjavi z2–4 minza tradicionalno kolonsko kromatografijo, ki predstavlja a12–24-kratno zmanjšanje časa zadrževanjain dramatično povečanje učinkovitosti obdelave.
• Očistek nečistoč, primerljiv s tradicionalno kolonsko kromatografijo:Dosežena membranska kromatografijaFaktorji očistka HMW 4,2–5,5, ki se približuje zmogljivosti smole Capto Adhere (6). TheFaktor očistka HCP je dosegel celo 60, z nekaterimi membranami, ki prekašajo tradicionalno -plastno kromatografijo.
• Konkurenčna predelava beljakovin:Večina doseženih membranizkoristek beljakovin nad 90 %, pri nekaterih Fc-fuzijskih proteinih pa je bil izkoristek celo višji od tistega, pridobljenega s tradicionalno kolonsko kromatografijo.

 

3. Popolna-validacija procesa: membranska kromatografija omogoča čiščenje-visoke čistosti

Študija je ugotovilaintegriran proces čiščenja na podlagi- membrane, ki združuje zajemanje proteina A s poliranjemin ga neposredno primerjal z običajnim postopkom -posteljne kromatografije:

• Zmogljivost visoke-čistosti:Po celotnem membranskem-postopku čiščenja so bile ravni HCP v Fc-fuzijskih proteinih znižane napod 50 ppm, z agregati (HMW vrste) priManj ali enako 0,5 %. Za monoklonsko protitelo je bil HCP znižan na226 ppm, z agregati pri1.0%, ki se približuje učinkovitosti običajnega procesa -posteljne kromatografije (11 ppm HCP in 0,7 % agregatov).
• Večje splošno okrevanje:Dosežena splošna obnovitev fuzijskega proteina Fc-89%, ki je bil19 % višjekot pri običajnem procesu -plastne kromatografije. Za monoklonsko protitelo je bilo okrevanje73%, ki je primerljiv z običajnim postopkom s polnjeno posteljo-.
• Močna odpornost proti obraščanju:Membranska kromatografija je pokazala boljšo toleranco na surovine z visoko vsebnostjo nečistoč in je ostala učinkovita tudi, kozačetna koncentracija HCP je dosegla 150.000 ppm.

 

4. Življenjska doba: stabilno delovanje za 100+ ciklov izpolnjuje proizvodne zahteve

Trajnost membrane je ključni dejavnik za industrijsko uporabo. Študija je ocenila stabilnost membrane skozi201 zaporednih delovnih ciklov:

• Podaljšana življenjska doba cikla:Sedem od osmih membran je dokončanihveč kot 100 ciklov, medtem ko je prototip multimodalne (MM) membrane dosegel201 cikelbrez znatnega poslabšanja delovanja.
• Stabilno delovanje:Skozi celotno kolesarsko študijo,izkoristek beljakovin je ostal okoli 90 %, brez pomembnega zmanjšanja učinkovitosti odstranjevanja HMW ali HCP. Tudi profili tlaka so ostali stabilni.
• Primerno za uporabo v proizvodnji:Večina membran je bila sposobna podpirativsaj en celoten proizvodni cikel, nekateri pa bi lahko podpirali več paketov. Akumulirano povečanje tlaka je mogoče ublažiti z optimizacijostrategija čist{0}}na-mestu (CIP)..

 

Tehnični poudarki: Zakaj lahko membranska kromatografija nadomesti tradicionalno kolonsko kromatografijo?

Glavne prednosti membranske kromatografije izhajajo iz njene edinstvene ploščate -strukture membrane. V primerjavi s konvencionalnimi poroznimi kromatografskimi smolami ima membranska kromatografija tri ključne razlike:

1. Inovativni mehanizem prenosa mase:Membrane so odvisne predvsem od konvektivnega prenosa mase, kar odpravlja potrebo po difuziji beljakovin v porozne medije. To znatno zmanjša čas zadrževanja in omogoča veliko hitrejšo obdelavo.
2. Občutno nižji protitlak:Ploščata -struktura zagotavlja nizek pretočni upor in lahko sprejme višje pretoke, s čimer premaga omejitve protitlaka, ki so običajno povezane s tradicionalno kolonsko kromatografijo.
3. Močna prilagodljivost procesa:Membranska kromatografija je združljiva z neprekinjeno proizvodnjo in se lahko bolje ujema z visoko produktivnostjo predhodnih procesov. Poleg tega lahko manjši odtis opreme in nižje zahteve za membranske medije pomagajo zmanjšati skupne proizvodne stroške.

Seveda pa ima membranska kromatografija tudi določene omejitve. Ti vključujejovečje količine elucije, ki zahtevajo dodatno porabo medpomnilnika; potreba po nadaljnjem izboljšanju očistka nečistoč za zahtevne vzorce, kot je nprbispecifična protitelesa (bsAbs); in omejena razpoložljivost nekaterih membranskih izdelkov v velikih proizvodnih obsegih. Vendar pa je te izzive mogoče postopoma obravnavati z optimizirano zasnovo opreme, vključitvijo dodatnih korakov globinskega-filtriranja in drugimi izboljšavami postopka.

Vpliv na industrijo: proizvodnja monoklonskih protiteles vstopa v obdobje visoko-učinkovitega čiščenja

Ugotovitve te študije dajejo biofarmacevtski industriji jasno usmeritev za tehnološki napredek. Za običajne postopke čiščenja mAb in Fc-fuzijskih proteinov, ki dajejo prednost visoki produktivnosti,membranska kromatografija ima potencial, da v celoti nadomesti tradicionalno kolonsko kromatografijo-napolnjene postelje. Tudi za bolj zapletene surovine lahko kombinirana strategija z uporabo membranske kromatografije skupaj s konvencionalnimi kromatografskimi smolami pomaga doseči optimalno ravnovesje med učinkovitostjo predelave in čistostjo izdelka.

Ker tehnologije membranskega materiala še naprej napredujejo, se pričakuje, da bo prihodnji razvoj dodatno zmanjšal porabo medpomnilnika in izboljšal razširljivost, kar bo pospešilo biofarmacevtsko industrijo kneprekinjena, visoko{0}}učinkovita in stroškovno{1}}učinkovita proizvodnja.

Za biofarmacevtske proizvajalce,zgodnje sprejetje in strateška uvedba membranske kromatografije bi lahko postala pomembna konkurenčna prednost na razvijajočem se trgu.