Badanie dotyczące zastąpienia tradycyjnej chromatografii kolumnowej chromatografią membranową do oczyszczania przeciwciał monoklonalnych

tradycyjna chromatografia ze złożem-z upakowanym jest dojrzała i niezawodna, ale jest ograniczona takimi ograniczeniami, jak niska wydajność dyfuzji, wysokie przeciwciśnienie i małe prędkości przetwarzania, co sprawia, że ​​coraz trudniej jest dotrzymać kroku stale rosnącej produktywności procesów poprzedzających. Niedawno badanie opublikowane wPostęp biotechnologiiprzyniosło potencjalny przełom w branży: dzięki swoim zaletom, jakim są wyjątkowo wysoka produktywność i solidna trwałość, chromatografia membranowa może stać się skuteczną alternatywą dla chromatografii ze złożem upakowanym i zasadniczo zmienić krajobraz dalszego oczyszczania mAb.

Tło badawcze

 

W badaniu systematycznie oceniano różne typy urządzeń do chromatografii membranowej, w tym membrany-wymienne jonowe i membrany powinowactwa do białka A, a także przeprowadzono kompleksowe porównanie z tradycyjną chromatografią ze złożem-z wypełnieniem pod wieloma względami, w tym zdolnością wiązania, usuwaniem zanieczyszczeń, żywotnością i ogólną wydajnością oczyszczania. Do badania wybrano trzy rekombinowane białka,-jedno przeciwciało monoklonalne (mAb) i dwa białka fuzyjne Fc--, obejmujące cały dalszy proces oczyszczania, od wychwytu do polerowania. Kluczowe wyniki testu są następujące:

 

1. Etap wychwytywania: chromatografia membranowa białka A - Wysoka zdolność wiązania przy krótkim czasie przebywania

Chromatografia białka A jest krytycznym etapem wychwytywania mAb. W badaniu oceniano skuteczność czterech membran z białkiem A (trzech produktów komercyjnych i jednej membrany prototypowej) w porównaniu z dwoma referencyjnymi żywicami-złożowymi:

• Znakomita zdolność wiązania dynamicznego (DBC):Dwie membrany osiągnęły wartości DBC przekraczające 50 g/l. Niektóre membrany utrzymywały zdolność wiązania na poziomie 35–65 g/l nawet przy wyjątkowo krótkim czasie przebywania wynoszącym 0,2 min, porównywalnym z tradycyjnymi żywicami z upakowanym złożem (37–55 g/l).
• Dramatyczny wzrost produktywności:Czas przebywania w chromatografii membranowej wynosił tylko 1/6–1/30 czasu przebywania w tradycyjnej chromatografii kolumnowej (0,13–0,33 min vs. 2–6 min), co skutkowało12–35-krotny wzrost wydajności przetwarzania wsadowego.
• Stabilne odzyskiwanie:Odzysk białka przekroczył 85% dla wszystkich urządzeń membranowych. Membrana GORE osiągnęła najwyższy odzysk wynoszący 96%, zasadniczo porównywalny z tradycyjnymi żywicami z wypełnieniem- (94–98%).
• Ograniczenia, które należy wziąć pod uwagę:Chromatografia membranowa dała objętość elucji1,4–5 razy wyższeniż tradycyjne żywice-z upakowanym złożem, podczas gdy klirens HCP był nieco gorszy. W przypadku niektórych membran poziom HCP w eluacie osiągnął 7000 ppm w porównaniu z 4700 ppm w przypadku tradycyjnych-żywic z upakowanym złożem. Dlatego,w celu skompensowania tego ograniczenia mogą być wymagane dodatkowe etapy polerowania.

 

2. Etap polerowania:-wymiana jonowa / membrany multimodalne - skuteczne usuwanie zanieczyszczeń dzięki szybkiemu przetwarzaniu

Głównym celem etapu polerowania jest usunięcie resztkowych zanieczyszczeń, takich jak agregaty-o dużej-masie cząsteczkowej (HMW) i białka komórek gospodarza (HCP). W badaniu oceniano trzy typy chromatografii membranowej: membrany anionowymienne (AEX), membrany kationowymienne (CEX) i membrany multimodalne (MM).

• Rekordowa-produktywność:Czas przebywania w przypadku chromatografii membranowej wynosił tylko0,17 minuty, w porównaniu z2–4 minutydla tradycyjnej chromatografii kolumnowej, reprezentujący a12–24-krotne skrócenie czasu przebywaniaoraz radykalny wzrost wydajności przetwarzania.
• Usuwanie zanieczyszczeń porównywalne z tradycyjną chromatografią kolumnową:Uzyskano chromatografię membranowąWspółczynniki prześwitu HMW 4,2–5,5, zbliżone do wydajności żywicy Capto Adhere (6). TheWspółczynnik zezwolenia HCP osiągnął aż 60, przy czym niektóre membrany mają lepsze wyniki niż tradycyjna chromatografia-z upakowanym złożem.
• Konkurencyjny odzysk białka:Osiągnięto większość membranodzysk białka powyżej 90%, a w przypadku niektórych białek fuzyjnych Fc- odzysk był nawet wyższy niż uzyskany w przypadku tradycyjnej chromatografii kolumnowej.

 

3. Pełna-walidacja procesu: chromatografia membranowa umożliwia oczyszczanie o wysokiej-czystości

W badaniu ustalonozintegrowany proces oczyszczania oparty na membranie-, łączący wychwytywanie białka A z polerowaniemi bezpośrednio porównał go z konwencjonalnym procesem chromatografii-z upakowanym:

• Wysoka-czystość:Po procesie oczyszczania w oparciu o pełną membranę, poziom HCP w białkach fuzyjnych Fc-obniżył się doponiżej 50 ppm, z kruszywami (gatunki HMW) o godzMniejsze lub równe 0,5%. W przypadku przeciwciała monoklonalnego HCP zredukowano do226 str./min, z agregatami o godz1.0%, zbliżając się do wydajności konwencjonalnego procesu chromatografii-z upakowanym (11 ppm HCP i 0,7% agregatów).
• Wyższy ogólny odzysk:Osiągnięto całkowity odzysk białka fuzyjnego Fc-89%, co było19% wyższyniż w konwencjonalnym procesie chromatografii-z upakowanym. W przypadku przeciwciała monoklonalnego odzysk był następujący73%, porównywalny z konwencjonalnym procesem-z wypełnieniem.
• Silna odporność na zabrudzenia:Chromatografia membranowa wykazała lepszą tolerancję na surowce o dużej zawartości zanieczyszczeń i pozostała skuteczna nawet wtedy, gdypoczątkowe stężenie HCP osiągnęło 150 000 ppm.

 

4. Żywotność: stabilna praca przez 100+ cykli spełnia wymagania produkcyjne

Trwałość membrany jest czynnikiem krytycznym w zastosowaniach przemysłowych. W badaniu oceniano stabilność błony poprzez201 kolejnych cykli operacyjnych:

• Wydłużony cykl życia:Ukończono siedem z ośmiu membranponad 100 cykli, podczas gdy osiągnięto prototypową membranę multimodalną (MM).201 cyklibez znaczącego pogorszenia wydajności.
• Stabilna wydajność:Przez cały okres nauki jazdy na rowerze,odzysk białka utrzymywał się na poziomie około 90%, bez znaczącego spadku wydajności usuwania HMW lub HCP. Profile ciśnienia również pozostały stabilne.
• Nadaje się do zastosowań produkcyjnych:Większość membran była w stanie utrzymaćco najmniej jeden pełny cykl produkcyjny, podczas gdy niektóre mogą obsługiwać wiele partii. Skumulowany wzrost ciśnienia można złagodzić poprzez optymalizacjęstrategia czyszczenia-na-miejscu (CIP)..

 

Najważniejsze informacje techniczne: Dlaczego chromatografia membranowa może zastąpić tradycyjną chromatografię kolumnową?

Podstawowe zalety chromatografii membranowej wynikają z jej unikalnej płaskiej-struktury membranowej. W porównaniu z konwencjonalnymi porowatymi żywicami do chromatografii, chromatografia membranowa oferuje trzy kluczowe różnice:

1. Innowacyjny mechanizm przenoszenia masy:Membrany opierają się głównie na konwekcyjnym przenoszeniu masy, co eliminuje potrzebę dyfuzji białek do porowatych ośrodków. To znacznie skraca czas przebywania i umożliwia znacznie szybsze przetwarzanie.
2. Wyraźnie niższe przeciwciśnienie:Płaska-struktura arkusza zapewnia niski opór przepływu i może pomieścić większe natężenia przepływu, przezwyciężając ograniczenia przeciwciśnienia powszechnie związane z tradycyjną chromatografią kolumnową.
3. Silna zdolność adaptacji procesu:Chromatografia membranowa jest kompatybilna z produkcją ciągłą i może lepiej odpowiadać wysokiej produktywności procesów poprzedzających. Ponadto mniejsza powierzchnia zajmowana przez sprzęt i mniejsze wymagania dotyczące nośników membranowych mogą pomóc w obniżeniu ogólnych kosztów produkcji.

Oczywiście chromatografia membranowa ma również pewne ograniczenia. Należą do nichwiększe objętości elucji, które wymagają dodatkowego zużycia bufora; potrzeba dalszej poprawy usuwania zanieczyszczeń z trudnych próbek, takich jakprzeciwciała bispecyficzne (bsAbs); oraz ograniczona dostępność niektórych produktów membranowych na dużą skalę produkcyjną. Jednakże wyzwaniom tym można stopniowo sprostać poprzez zoptymalizowaną konstrukcję sprzętu, włączenie dodatkowych etapów-filtracji głębokiej i inne ulepszenia procesów.

Wpływ na branżę: produkcja przeciwciał monoklonalnych wkracza w erę-wydajnego oczyszczania

Wyniki tego badania wyznaczają branży biofarmaceutycznej jasny kierunek rozwoju technologicznego. W przypadku konwencjonalnych procesów oczyszczania białek fuzyjnych mAb i Fc-, w których priorytetem jest wysoka produktywność,chromatografia membranowa może w pełni zastąpić tradycyjną chromatografię-kolumnową z wypełnieniem. Nawet w przypadku bardziej złożonych surowców strategia łączona wykorzystująca chromatografię membranową w połączeniu z konwencjonalnymi żywicami do chromatografii może pomóc w osiągnięciu optymalnej równowagi pomiędzy wydajnością przetwarzania a czystością produktu.

W miarę ciągłego rozwoju technologii materiałów membranowych oczekuje się, że przyszłe udoskonalenia spowodują dalsze zmniejszenie zużycia buforu i poprawę skalowalności, przyspieszając przemysł biofarmaceutyczny w stronęciągła,-wysoka wydajność i opłacalność-produkcji.

Dla producentów biofarmaceutyków,wczesne przyjęcie i strategiczne wdrożenie chromatografii membranowej może stać się ważną przewagą konkurencyjną na rozwijającym się rynku.