Проучване за замяната на традиционната колонна хроматография с мембранна хроматография за пречистване на моноклонални антитела

Традиционната-слойна хроматография е зряла и надеждна, но е ограничена от ограничения като ниска ефективност на дифузия, високо обратно налягане и бавни скорости на обработка, което прави все по-трудно да се върви в крак с непрекъснато нарастващата производителност на процесите нагоре по веригата. Наскоро проучване, публикувано вБиотехнологичен прогресдонесе потенциален пробив в индустрията: с предимствата си на изключително висока производителност и здрава издръжливост, мембранната хроматография може да се превърне в ефективна алтернатива на хроматографията в-слой и фундаментално да промени пейзажа на пречистването на mAb надолу по веригата.

Предистория на изследването

 

Проучването систематично оценява различни типове мембранни хроматографски устройства, включително йоно{0}}обменни и мембрани с афинитет към протеин А, и провежда цялостно сравнение с традиционната пакетирана-слойна хроматография в множество измерения, включително капацитет на свързване, изчистване на примеси, експлоатационен живот и цялостна ефективност на пречистване. Три рекомбинантни протеина бяха избрани за изследването-едно моноклонално антитяло (mAb) и два Fc-слети протеина-, обхващащи пълния процес на пречистване надолу по веригата от улавяне до полиране. Основните резултати от теста са както следва:

 

1. Етап на улавяне: Мембранна хроматография на протеин А - Висок капацитет на свързване при кратки времена на престой

Хроматографията на протеин А е критична стъпка в улавянето на mAb. Проучването оценява ефективността на четири мембрани на протеин А (три търговски продукта и една прототипна мембрана) спрямо две референтни опаковани-слойни смоли:

• Изключителен динамичен капацитет на свързване (DBC):Две мембрани постигнаха DBC стойности над 50 g/L. Някои мембрани поддържаха капацитет на свързване от 35–65 g/L дори при изключително кратко време на престой от 0,2 min, сравнимо с традиционните опаковани-слойни смоли (37–55 g/L).
• Драматично увеличение на производителността:Времето на престой на мембранната хроматография е само 1/6–1/30 от това на традиционната колонна хроматография (0,13–0,33 минути спрямо . 2–6 минути), което води до12–35-кратно увеличение на производителността на партидната обработка.
• Стабилно възстановяване:Възстановяването на протеин надвишава 85% за всички мембранни устройства. Мембраната GORE постигна най-високото възстановяване от 96%, по същество сравнимо с традиционните опаковани -слойни смоли (94–98%).
• Ограничения, които трябва да имате предвид:Мембранната хроматография дава обем на елуиране1,4-5 пъти по-високив сравнение с традиционните опаковани-смоли, докато клирънсът на HCP беше малко по-нисък. За някои мембрани нивата на HCP в елуата достигат 7 000 ppm, в сравнение с 4 700 ppm за традиционните опаковани-слойни смоли. следователноможе да са необходими допълнителни стъпки за полиране, за да се компенсира това ограничение.

 

2. Стъпка на полиране: Йоно-обмен / мултимодални мембрани - Ефективно отстраняване на примеси с бърза обработка

Основната цел на етапа на полиране е да се отстранят остатъчните примеси, като агрегати с високо -молекулно- тегло (HMW) и протеини на клетката гостоприемник (HCP). Проучването оценява три вида мембранна хроматография: анионобменна (AEX), катионнообменна (CEX) и мултимодална (MM) мембрани.

• Рекорд{0}}производителност:Времето на престой за мембранна хроматография е само0.17 мин, в сравнение с2–4 минза традиционна колонна хроматография, представляваща a12–24-кратно намаляване на времето на престойи драматично повишаване на ефективността на обработката.
• Изчистване на примеси, сравнимо с традиционната колонна хроматография:Постигната мембранна хроматографияHMW клирънс фактори от 4,2–5,5, доближавайки се до ефективността на смолата Capto Adhere (6). TheКоефициентът на изчистване на HCP достига до 60, като някои мембрани превъзхождат традиционната-слойна хроматография.
• Конкурентно възстановяване на протеини:Повечето постигнати мембранивъзстановяване на протеин над 90%, а за някои Fc-слети протеини, възстановяването е дори по-високо от това, получено с традиционната колонна хроматография.

 

3. Пълно-утвърждаване на процеса: Мембранната хроматография позволява пречистване с висока-чистота

Проучването установяваинтегриран мембранен -базиран процес на пречистване, комбиниращ улавяне на протеин А с полиране, и директно го сравни с конвенционален процес на-слойна хроматография:

• Висока{0}}производителност на чистота:След пълния мембранно-базиран процес на пречистване нивата на HCP в Fc-слетите протеини бяха намалени допод 50 ppm, с агрегати (HMW видове) приПо-малко или равно на 0,5%. За моноклоналното антитяло HCP беше намален до226 ppm, с агрегати при1.0%, доближавайки се до производителността на конвенционалния процес на-слойна хроматография (11 ppm HCP и 0,7% агрегати).
• По-високо общо възстановяване:Достигнато цялостно възстановяване на Fc-слетия протеин89%, което беше19% по-високаотколкото при конвенционалния процес на-слойна хроматография. За моноклоналното антитяло възстановяването беше73%, сравнимо с конвенционалния процес-на легло.
• Силна устойчивост на замърсяване:Мембранната хроматография демонстрира по-добра толерантност към суровини с високо съдържание на примеси и остава ефективна дори когатопървоначалната концентрация на HCP достига 150 000 ppm.

 

4. Срок на експлоатация: Стабилна работа за 100+ цикъла отговаря на производствените изисквания

Издръжливостта на мембраната е критичен фактор за промишлено приложение. Проучването оценява стабилността на мембраната чрез201 последователни работни цикъла:

• Удължен цикъл на живот:Седем от осемте мембрани са завършениповече от 100 цикъла, докато прототипът на мултимодална (MM) мембрана достигна201 цикълабез значително влошаване на производителността.
• Стабилна производителност:По време на цялото колоездене,възстановяването на протеина остава около 90%, без значителен спад в ефективността на отстраняване на HMW или HCP. Профилите на налягането също остават стабилни.
• Подходящ за производствени приложения:Повечето мембрани са способни да поддържатпоне един пълен производствен цикъл, докато някои могат да поддържат множество партиди. Натрупаното повишаване на налягането може да бъде смекчено чрез оптимизиране настратегия за чисто -на- място (CIP)..

 

Технически акценти: Защо мембранната хроматография може да замени традиционната колонна хроматография?

Основните предимства на мембранната хроматография произтичат от нейната уникална плоска -пластова мембранна структура. В сравнение с конвенционалните порести хроматографски смоли, мембранната хроматография предлага три ключови разлики:

1. Иновативен механизъм за пренос на маса:Мембраните разчитат предимно на конвективен масов трансфер, елиминирайки необходимостта протеините да дифундират в пореста среда. Това значително намалява времето за престой и позволява много по-бърза обработка.
2. Значително по-ниско обратно налягане:Структурата на плоския -лист осигурява ниско съпротивление на потока и може да поеме по-високи скорости на потока, преодолявайки ограниченията на обратното налягане, обикновено свързани с традиционната колонна хроматография.
3. Силна адаптивност на процеса:Мембранната хроматография е съвместима с непрекъснатото производство и може по-добре да съответства на високата производителност на процесите нагоре по веригата. В допълнение, по-малкият отпечатък на оборудването и по-ниските изисквания за мембранна среда могат да помогнат за намаляване на общите производствени разходи.

Разбира се, мембранната хроматография също има определени ограничения. Те включватпо-големи обеми на елуиране, които изискват допълнителна консумация на буфер; необходимостта от по-нататъшно подобряване на изчистването на примеси за предизвикателни проби като напрбиспецифични антитела (bsAbs); и ограничена наличност на някои мембранни продукти в големи производствени мащаби. Тези предизвикателства обаче могат постепенно да бъдат преодолени чрез оптимизиран дизайн на оборудването, включване на допълнителни стъпки за дълбочинно-филтриране и други подобрения на процеса.

Влияние върху индустрията: Производството на моноклонални антитела навлиза в ерата на високо{0}}ефективно пречистване

Резултатите от това проучване дават на биофармацевтичната индустрия ясна посока за технологичен напредък. За конвенционалните процеси на пречистване на mAb и Fc-слети протеини, които дават приоритет на високата продуктивност,мембранната хроматография има потенциала напълно да замени традиционната колонна хроматография с-слой. Дори за по-сложни суровини, комбинирана стратегия, използваща мембранна хроматография заедно с конвенционални хроматографски смоли, може да помогне за постигане на оптимален баланс между ефективността на обработката и чистотата на продукта.

Тъй като технологиите за мембранни материали продължават да напредват, бъдещите разработки се очаква да намалят допълнително потреблението на буфери и да подобрят скалируемостта, ускорявайки биофармацевтичната индустрия къмнепрекъснато, високо{0}}ефективно и-рентабилно производство.

За биофармацевтични производители,ранното приемане и стратегическо внедряване на мембранната хроматография може да се превърне във важно конкурентно предимство на развиващия се пазар.