Studija o zamjeni tradicionalne kolonske hromatografije membranskom hromatografijom za pročišćavanje monoklonskih antitijela

Tradicionalna hromatografija sa upakovanim{0}}slojem je zrela i pouzdana, ali je ograničena ograničenjima kao što su niska efikasnost difuzije, visoki povratni pritisak i spore brzine obrade, što otežava održavanje koraka sa stalno rastućom produktivnošću procesa uzvodnih procesa. Nedavno je objavljena studija uBiotehnološki napredakdonijela je potencijalni proboj u industriju: sa svojim prednostima izuzetno visoke produktivnosti i robusne izdržljivosti, membranska hromatografija može postati efikasna alternativa hromatografiji upakovanog{0}}sloja i fundamentalno preoblikovati krajolik daljeg prečišćavanja mAb.

Pozadina istraživanja

 

Studija je sistematski procjenjivala različite vrste uređaja za membransku hromatografiju, uključujući membrane za ionsku{0}}izmjenu i afinitet za protein A, te je sprovela sveobuhvatno poređenje sa tradicionalnom hromatografijom u upakovanom sloju{1}}u više dimenzija, uključujući kapacitet vezivanja, čišćenje nečistoća, vijek trajanja i ukupne performanse prečišćavanja. Tri rekombinantna proteina su odabrana za studiju-jedno monoklonsko antitijelo (mAb) i dva Fc-fuziona proteina-koji pokrivaju kompletan nizvodni proces prečišćavanja od hvatanja do poliranja. Ključni rezultati testiranja su sljedeći:

 

1. Korak hvatanja: membranska hromatografija proteina A - Visok kapacitet vezivanja pri kratkom vremenu zadržavanja

Protein A hromatografija je kritičan korak u hvatanju mAb. Studija je procijenila performanse četiri Protein A membrane (tri komercijalna proizvoda i jedna prototip membrane) u odnosu na dvije referentne -slojne smole:

• Izvanredan kapacitet dinamičkog povezivanja (DBC):Dvije membrane su postigle DBC vrijednosti veće od 50 g/L. Neke membrane su zadržale kapacitet vezivanja od 35–65 g/L čak i pri izuzetno kratkom vremenu zadržavanja od 0,2 min, uporedivo sa tradicionalnim napakovanim-smolama (37–55 g/L).
• Dramatično povećanje produktivnosti:Vrijeme zadržavanja membranske hromatografije bilo je samo 1/6–1/30 od tradicionalne kolonske hromatografije (0,13–0,33 min naspram . 2–6 min), što je rezultiralo12-35 puta povećanje produktivnosti serijske obrade.
• Stabilan oporavak:Oporavak proteina je premašio 85% za sve membranske uređaje. GORE membrana je postigla najveći oporavak od 96%, u suštini uporediv sa tradicionalnim napakovanim-smolama (94–98%).
• Ograničenja koja treba uzeti u obzir:Membranska hromatografija dala je zapreminu eluiranja1,4-5 puta većiod tradicionalnih napakovanih{0}}sloja, dok je klirens HCP bio nešto lošiji. Za neke membrane, nivoi HCP-a u eluatu su dostigli 7.000 ppm, u poređenju sa 4.700 ppm za tradicionalne pakovane-slojne smole. stoga,mogu biti potrebni dodatni koraci poliranja kako bi se nadoknadilo ovo ograničenje.

 

2. Korak poliranja: jonska-izmjena/multimodalne membrane - Efikasno uklanjanje nečistoća uz brzu obradu

Primarni cilj koraka poliranja je uklanjanje zaostalih nečistoća kao što su agregati visoke{0}}molekularne-težine (HMW) i proteini ćelije domaćina (HCP). Studija je procijenila tri tipa membranske hromatografije: anionsku izmjenu (AEX), katjonsku izmjenu (CEX) i multimodalnu (MM) membranu.

• Rekordna{0}}produktivnost:Vrijeme zadržavanja za membransku hromatografiju je bilo samo0.17 min, u poređenju sa2–4 minza tradicionalnu kolonsku hromatografiju, koja predstavlja a12-24 puta smanjenje vremena boravkai dramatično povećanje efikasnosti obrade.
• Čišćenje nečistoća uporedivo sa tradicionalnom kolonskom hromatografijom:Membranska hromatografija postignutaFaktori klirensa HMW od 4,2–5,5, približava se performansama Capto Adhere smole (6). TheFaktor klirensa HCP dostigao je čak 60, pri čemu neke membrane nadmašuju tradicionalnu hromatografiju{0}}pakovanog sloja.
• Kompetitivni oporavak proteina:Većina membrana postignutaoporavak proteina iznad 90%, a za neke Fc-fuzione proteine, oporavak je bio čak i veći od onog dobivenog tradicionalnom kolonskom hromatografijom.

 

3. Potpuna-Provjera valjanosti procesa: membranska hromatografija omogućava prečišćavanje visoke-čistoće

Studija je utvrdila anintegrisani membranski{0}}proces prečišćavanja koji kombinuje hvatanje proteina A sa poliranjem, i direktno ga usporedio s konvencionalnim procesom hromatografije upakovanog{0}}sloja:

• Visoke-performanse čistoće:Nakon potpunog procesa prečišćavanja zasnovanog na membrani{0}}, nivoi HCP u Fc-fuzionim proteinima su smanjeni naispod 50 ppm, sa agregatima (vrste HMW) naManje ili jednako 0,5%. Za monoklonsko antitijelo, HCP je smanjen na226 ppm, sa agregatima na1.0%, približavajući se performansama konvencionalnog procesa hromatografije sa upakovanim slojem{0}}(11 ppm HCP i 0,7% agregata).
• Veći ukupni oporavak:Postignut je ukupni oporavak Fc-fuzionog proteina89%, što je bilo19% višenego kod konvencionalnog procesa hromatografije sa upakovanim{0}}slojem. Za monoklonsko antitijelo, oporavak je bio73%, uporediv sa konvencionalnim procesom upakovanog{0}}kreveta.
• Jaka otpornost na zagađivanje:Membranska kromatografija pokazala je bolju toleranciju na sirovine s velikim opterećenjem nečistoća i ostala je efikasna čak i kada jepočetna koncentracija HCP dostigla je 150.000 ppm.

 

4. Vijek trajanja: stabilan rad za 100+ cikluse ispunjava zahtjeve proizvodnje

Trajnost membrane je kritičan faktor za industrijsku primenu. Studija je procijenila stabilnost membrane kroz201 uzastopni radni ciklus:

• Produženi životni vijek:Završeno sedam od osam membranaviše od 100 ciklusa, dok je prototip multimodalne (MM) membrane dostigao201 ciklusbez značajne degradacije performansi.
• Stabilne performanse:Tokom studija biciklizma,oporavak proteina ostao je oko 90%, bez značajnog pada performansi uklanjanja HMW ili HCP. Profili pritiska su takođe ostali stabilni.
• Pogodno za proizvodne aplikacije:Većina membrana je bila sposobna da podržinajmanje jedan kompletan proizvodni ciklus, dok neki mogu podržavati više serija. Akumulirana povećanja pritiska mogu se ublažiti optimizacijomstrategija čistog-na-mjestu (CIP)..

 

Tehnički detalji: Zašto membranska hromatografija može zamijeniti tradicionalnu kolonsku hromatografiju?

Osnovne prednosti membranske hromatografije proizlaze iz njene jedinstvene strukture membrane sa ravnim{0}}listom. U poređenju sa konvencionalnim smolama za poroznu hromatografiju, membranska hromatografija nudi tri ključne razlike:

1. Inovativni mehanizam prenosa mase:Membrane se prvenstveno oslanjaju na konvektivni prijenos mase, eliminišući potrebu da proteini difundiraju u porozne medije. Ovo značajno skraćuje vrijeme zadržavanja i omogućava mnogo bržu obradu.
2. Značajno niži protupritisak:Plosna-struktura ploča pruža nisku otpornost protoka i može prihvatiti veće brzine protoka, prevazilazeći ograničenja povratnog pritiska koja se obično povezuju sa tradicionalnom kolonskom hromatografijom.
3. Snažna prilagodljivost procesa:Membranska kromatografija je kompatibilna s kontinuiranom proizvodnjom i može bolje odgovarati visokoj produktivnosti procesa uzvodno. Osim toga, njegov manji otisak opreme i niži zahtjevi za membranskim medijima mogu pomoći u smanjenju ukupnih troškova proizvodnje.

Naravno, membranska hromatografija također ima određena ograničenja. Ovo uključujeveće zapremine eluiranja, koji zahtijevaju dodatnu potrošnju pufera; potreba za daljim poboljšanjem čišćenja nečistoća za izazovne uzorke kao što subispecifična antitela (bsAbs); i ograničena dostupnost nekih membranskih proizvoda u velikim proizvodnim razmjerima. Međutim, ovi izazovi se mogu postepeno rješavati kroz optimiziran dizajn opreme, ugrađivanje dodatnih koraka dubinske{1}}filtracije i druga poboljšanja procesa.

Utjecaj na industriju: Proizvodnja monoklonskih antitijela ulazi u eru visoko{0}}efikasnog pročišćavanja

Nalazi ove studije daju biofarmaceutskoj industriji jasan pravac za tehnološki napredak. Za konvencionalne procese prečišćavanja mAb i Fc-fuzionih proteina kojima je prioritet visoka produktivnost,membranska kromatografija ima potencijal da u potpunosti zamijeni tradicionalnu -kromatografiju na koloni. Čak i za složenije sirovine, kombinovana strategija koja koristi membransku hromatografiju zajedno sa konvencionalnim hromatografskim smolama može pomoći u postizanju optimalne ravnoteže između efikasnosti obrade i čistoće proizvoda.

Kako tehnologije membranskih materijala nastavljaju da napreduju, očekuje se da će budući razvoji dalje smanjiti potrošnju pufera i poboljšati skalabilnost, ubrzavajući biofarmaceutsku industriju premakontinuirana, visoka{0}}efikasnost i isplativa-proizvodnja.

Za proizvođače biofarmaceuta,rano usvajanje i strateško uvođenje membranske hromatografije moglo bi postati važna konkurentska prednost na tržištu koje se razvija.