Студија о замени традиционалне колонске хроматографије мембранском хроматографијом за пречишћавање моноклонских антитела

традиционална{0}}хроматографија са упакованим слојем је зрела и поуздана, али је ограничена ограничењима као што су ниска ефикасност дифузије, висок противпритисак и споре брзине обраде, што отежава одржавање корака са стално растућом продуктивношћу процеса узводних процеса. Недавно је студија објављена уБиотехнолошки напредакдонела је потенцијални продор у индустрију: са својим предностима изузетно високе продуктивности и робусне издржљивости, мембранска хроматографија може да постане ефикасна алтернатива хроматографији са упакованим{0}}слојем и суштински преобликује пејзаж пречишћавања мАб низводно.

Позадина истраживања

 

Студија је систематски процењивала различите типове уређаја за мембранску хроматографију, укључујући мембране за јонску{0}}измену и афинитет за протеин А, и спровела свеобухватно поређење са традиционалном{1}} хроматографијом у више димензија, укључујући капацитет везивања, уклањање нечистоћа, радни век и укупне перформансе пречишћавања. Три рекомбинантна протеина су одабрана за студију-једно моноклонско антитело (мАб) и два Фц-фузиона протеина-који покривају комплетан низводни процес пречишћавања од хватања до полирања. Кључни резултати теста су следећи:

 

1. Корак хватања: хроматографија на мембрани протеина А - Висок капацитет везивања при кратком времену задржавања

Протеин А хроматографија је критичан корак у хватању мАб. Студија је проценила перформансе четири Протеин А мембране (три комерцијална производа и једне прототипне мембране) у односу на две референтне -смоле у ​​слоју:

• Изузетан капацитет динамичког повезивања (ДБЦ):Две мембране су постигле ДБЦ вредности веће од 50 г/Л. Неке мембране су задржале капацитет везивања од 35–65 г/Л чак и при изузетно кратком времену задржавања од 0,2 мин, што је упоредиво са традиционалним упакованим-смолама (37–55 г/Л).
• Драматично повећање продуктивности:Време задржавања мембранске хроматографије било је само 1/6–1/30 него код традиционалне колонске хроматографије (0,13–0,33 мин наспрам . 2–6 мин), што је резултирало12–35 пута повећање продуктивности серијске обраде.
• Стабилан опоравак:Опоравак протеина је премашио 85% за све мембранске уређаје. ГОРЕ мембрана је постигла највећи опоравак од 96%, у суштини упоредив са традиционалним упакованим-смолама (94–98%).
• Ограничења која треба узети у обзир:Мембранска хроматографија је дала запремину елуирања1,4-5 пута вишенего традиционалним упакованим{0}}слојама, док је клиренс ХЦП био нешто лошији. За неке мембране, нивои ХЦП у елуату су достигли 7.000 ппм, у поређењу са 4.700 ппм за традиционалне паковане-слојне смоле. дакле,могу бити потребни додатни кораци полирања да би се надокнадило ово ограничење.

 

2. Корак полирања: јонска-измена/мултимодалне мембране - Ефикасно уклањање нечистоћа уз брзу обраду

Примарни циљ корака полирања је уклањање заосталих нечистоћа као што су агрегати високе{0}}молекуларне-(ХМВ) масе и протеини ћелије домаћина (ХЦП). Студија је проценила три типа мембранске хроматографије: ањонске измене (АЕКС), катјонске измене (ЦЕКС) и мултимодалне (ММ) мембране.

• Рекордна{0}}продуктивност:Време задржавања за мембранску хроматографију је било само0.17 мин, у поређењу са2–4 минза традиционалну колонску хроматографију, која представља а12-24 пута смањење времена боравкаи драматично повећање ефикасности обраде.
• Чишћење нечистоћа упоредиво са традиционалном колонском хроматографијом:Мембранска хроматографија постигнутаФактори клиренса ХМВ од 4,2–5,5, приближавајући се перформансама Цапто Адхере смоле (6). ТхеФактор клиренса за ХЦП достигао је чак 60, при чему неке мембране имају бољи учинак од традиционалне{0}}хроматографије у пакованом слоју.
• Компетитивни опоравак протеина:Већина постигнутих мембранаопоравак протеина изнад 90%, а за неке Фц-фузионе протеине, опоравак је био чак и већи од оног добијеног традиционалном колонском хроматографијом.

 

3. Потпуна-Валидација процеса: Мембранска хроматографија омогућава пречишћавање високе-чистоће

Студија је установила анинтегрисани мембрански{0}}процес пречишћавања који комбинује хватање протеина А са полирањем, и директно га упоредио са конвенционалним процесом хроматографије са{0}}упакованим креветом:

• Високе{0}}перформансе чистоће:Након потпуног процеса пречишћавања заснованог на мембрани{0}}, нивои ХЦП у Фц-фузионим протеинима су смањени наиспод 50 ппм, са агрегатима (врсте ХМВ) наМање или једнако 0,5%. За моноклонско антитело, ХЦП је смањен на226 ппм, са агрегатима на1.0%, приближавајући се перформансама конвенционалног процеса{0}}хроматографије у пакованом слоју (11 ппм ХЦП и 0,7% агрегата).
• Већи укупни опоравак:Укупан опоравак Фц{0}}фузионог протеина је постигнут89%, што је било19% вишенего код конвенционалног процеса хроматографије са{0}}пакованим слојем. За моноклонско антитело, опоравак је био73%, упоредиви са конвенционалним процесом{0}}паковања кревета.
• Јака отпорност на загађивање:Мембранска хроматографија је показала бољу толеранцију на сировине са великим оптерећењем нечистоћа и остала је ефикасна чак и када јепочетна концентрација ХЦП достигла је 150.000 ппм.

 

4. Век трајања: стабилан рад за 100+ циклусе испуњава производне захтеве

Трајност мембране је критичан фактор за индустријску примену. Студија је проценила стабилност мембране кроз201 узастопни радни циклус:

• Продужени век циклуса:Седам од осам мембрана је завршеновише од 100 циклуса, док је прототип мултимодалне (ММ) мембране достигао201 циклусбез значајне деградације перформанси.
• Стабилне перформансе:Током студија бициклизма,опоравак протеина је остао око 90%, без значајног пада у перформансама уклањања ХМВ или ХЦП. Профили притиска су такође остали стабилни.
• Погодно за производне апликације:Већина мембрана је била способна да подржинајмање један комплетан производни циклус, док би неки могли да подрже више серија. Акумулирана повећања притиска могу се ублажити оптимизацијомстратегија чистог-на{1}} месту (ЦИП)..

 

Технички детаљи: Зашто мембранска хроматографија може да замени традиционалну колонску хроматографију?

Основне предности мембранске хроматографије произилазе из њене јединствене структуре мембране са равним{0}}листом. У поређењу са конвенционалним смолама за порозну хроматографију, мембранска хроматографија нуди три кључне разлике:

1. Иновативни механизам преноса масе:Мембране се првенствено ослањају на конвективни пренос масе, елиминишући потребу да протеини дифундују у порозне медије. Ово значајно смањује време задржавања и омогућава много бржу обраду.
2. Значајно мањи противпритисак:Структура равног-листова пружа низак отпор протока и може да прихвати веће брзине протока, превазилазећи ограничења против притиска која се обично повезују са традиционалном колонском хроматографијом.
3. Снажна прилагодљивост процеса:Мембранска хроматографија је компатибилна са континуираном производњом и може боље да одговара високој продуктивности процеса узводно. Поред тога, његов мањи отисак опреме и нижи захтеви за мембранским медијима могу помоћи у смањењу укупних трошкова производње.

Наравно, мембранска хроматографија такође има одређена ограничења. Ово укључујевеће запремине елуирања, који захтевају додатну потрошњу пуфера; потреба за даљим побољшањем клиренса од нечистоћа за изазовне узорке као нпрбиспецифична антитела (бсАбс); и ограничена доступност неких мембранских производа у великим производним размерама. Међутим, ови изазови се могу постепено решавати путем оптимизованог дизајна опреме, уградње додатних корака дубинског{1}}филтрирања и других побољшања процеса.

Утицај на индустрију: Производња моноклоналних антитела улази у еру високог{0}}ефикасног пречишћавања

Налази ове студије дају биофармацеутској индустрији јасан правац за технолошки напредак. За конвенционалне процесе пречишћавања мАб и Фц{1}}фузионих протеина којима је приоритет висока продуктивност,мембранска хроматографија има потенцијал да у потпуности замени традиционалну -хроматографију на колони са пакованим слојем. Чак и за сложеније сировине, комбинована стратегија која користи мембранску хроматографију заједно са конвенционалним хроматографским смолама може помоћи у постизању оптималне равнотеже између ефикасности обраде и чистоће производа.

Како технологије мембранских материјала настављају да напредују, очекује се да ће будући развоји даље смањити потрошњу пуфера и побољшати скалабилност, убрзавајући биофармацеутску индустрију каконтинуирана, висока{0}}ефикасна и исплатива{1} производња.

За произвођаче биофармацеута,рано усвајање и стратешко коришћење мембранске хроматографије могло би да постане важна конкурентска предност на тржишту које се развија.