Nghiên cứu việc thay thế sắc ký cột truyền thống bằng sắc ký màng để tinh chế kháng thể đơn dòng

sắc ký tầng đóng gói truyền thống đã hoàn thiện và đáng tin cậy nhưng bị hạn chế bởi những hạn chế như hiệu suất khuếch tán thấp, áp suất ngược cao và tốc độ xử lý chậm, khiến việc theo kịp năng suất ngày càng tăng của các quy trình ngược dòng ngày càng khó khăn. Gần đây, một nghiên cứu được công bố trênTiến bộ công nghệ sinh họcđã mang lại bước đột phá tiềm năng cho ngành: với lợi thế về năng suất đặc biệt cao và độ bền cao, sắc ký màng có thể trở thành một giải pháp thay thế hiệu quả cho-sắc ký tầng đóng gói và định hình lại về cơ bản bối cảnh của quá trình tinh chế mAb ở hạ lưu.

Bối cảnh nghiên cứu

 

Nghiên cứu đã đánh giá một cách có hệ thống nhiều loại thiết bị sắc ký màng khác nhau, bao gồm màng trao đổi ion và màng ái lực Protein A, đồng thời tiến hành so sánh toàn diện với sắc ký lớp đệm truyền thống trên nhiều khía cạnh, bao gồm khả năng liên kết, độ thanh lọc tạp chất, tuổi thọ sử dụng và hiệu suất tinh chế tổng thể. Ba protein tái tổ hợp đã được chọn cho nghiên cứu-một kháng thể đơn dòng (mAb) và hai protein tổng hợp Fc--bao gồm toàn bộ quá trình tinh chế tiếp theo từ thu giữ đến đánh bóng. Các kết quả kiểm tra chính như sau:

 

1. Bước thu giữ: Sắc ký màng protein A - Khả năng liên kết cao trong thời gian lưu trú ngắn

Protein Sắc ký A là một bước quan trọng trong việc thu giữ mAb. Nghiên cứu đã đánh giá hiệu suất của bốn màng Protein A (ba sản phẩm thương mại và một màng nguyên mẫu) so với hai loại nhựa nền-được đóng gói tham chiếu:

• Khả năng liên kết động vượt trội (DBC):Hai màng đạt giá trị DBC vượt quá 50 g/L. Một số màng duy trì khả năng liên kết ở mức 35–65 g/L ngay cả ở thời gian lưu cực ngắn 0,2 phút, có thể so sánh với các loại nhựa nền đóng gói truyền thống (37–55 g/L).
• Tăng năng suất đáng kể:Thời gian lưu của sắc ký màng chỉ bằng 1/6–1/30 so với sắc ký cột truyền thống (0,13–0,33 phút so với. 2–6 phút), dẫn đếnTăng năng suất xử lý hàng loạt lên 12–35 lần.
• Phục hồi ổn định:Tỷ lệ thu hồi protein vượt quá 85% đối với tất cả các thiết bị màng. Màng GORE đạt tỷ lệ thu hồi cao nhất là 96%, về cơ bản có thể so sánh với các loại nhựa nền-đóng gói truyền thống (94–98%).
• Những hạn chế cần xem xét:Sắc ký màng tạo ra thể tích rửa giảiCao hơn 1,4–5 lầnso với nhựa nền đóng gói truyền thống, trong khi độ thanh thải HCP kém hơn một chút. Đối với một số màng, mức HCP trong dịch rửa giải đạt 7.000 ppm, so với 4.700 ppm đối với nhựa nền đóng gói truyền thống. Vì thế,các bước đánh bóng bổ sung có thể được yêu cầu để bù đắp cho hạn chế này.

 

2. Bước đánh bóng: Trao đổi ion-Màng đa phương thức - Loại bỏ tạp chất hiệu quả với xử lý nhanh chóng

Mục tiêu chính của bước đánh bóng là loại bỏ các tạp chất còn sót lại chẳng hạn như các tập hợp có-khối lượng phân tử-cao (HMW) và protein tế bào chủ (HCP). Nghiên cứu đã đánh giá ba loại sắc ký màng: màng trao đổi anion (AEX), trao đổi cation (CEX) và màng đa phương thức (MM).

• Kỷ lục-năng suất đột phá:Thời gian lưu của sắc ký màng chỉ0,17 phút, so với2–4 phútcho sắc ký cột truyền thống, đại diện cho mộtGiảm 12–24 lần thời gian cư trúvà tăng đáng kể hiệu quả xử lý.
• Độ thanh thải tạp chất tương đương với sắc ký cột truyền thống:Sắc ký màng đạt đượcHệ số thanh thải HMW là 4,2–5,5, tiệm cận hiệu suất của nhựa Capto Adhere (6). cácHệ số thanh thải HCP đạt tới mức 60, với một số màng hoạt động tốt hơn sắc ký tầng đóng gói truyền thống.
• Thu hồi protein cạnh tranh:Hầu hết các màng đạt đượcthu hồi protein trên 90%và đối với một số protein tổng hợp Fc{0}}, độ thu hồi thậm chí còn cao hơn so với độ thu hồi thu được bằng sắc ký cột truyền thống.

 

3. Xác thực-quy trình đầy đủ: Sắc ký màng cho phép tinh chế độ tinh khiết-cao

Nghiên cứu đã thiết lập mộtquy trình tinh chế dựa trên màng-tích hợp kết hợp thu giữ Protein A với đánh bóngvà trực tiếp so sánh nó với quy trình sắc ký tầng đóng gói thông thường:

• Hiệu suất-độ tinh khiết cao:Sau quá trình tinh chế hoàn toàn dựa trên màng-, nồng độ HCP trong protein tổng hợp Fc-đã giảm xuống còndưới 50 trang/phút, với cốt liệu (loài HMW) tạiNhỏ hơn hoặc bằng 0,5%. Đối với kháng thể đơn dòng, HCP được giảm xuống còn226 trang/phút, với tập hợp tại1.0%, tiến gần đến hiệu suất của quy trình sắc ký-đóng gói thông thường (11 ppm HCP và 0,7% tổng hợp).
• Khả năng phục hồi tổng thể cao hơn:Độ thu hồi tổng thể của protein tổng hợp Fc-đã đạt89%, đó làcao hơn 19%so với quy trình sắc ký tầng đóng gói thông thường. Đối với kháng thể đơn dòng, sự phục hồi là73%, có thể so sánh với quy trình đóng gói{0}}giường thông thường.
• Khả năng chống bám bẩn mạnh:Sắc ký màng cho thấy khả năng chịu đựng tốt hơn đối với nguyên liệu có lượng tạp chất cao và vẫn hiệu quả ngay cả khinồng độ HCP ban đầu đạt 150.000 ppm.

 

4. Tuổi thọ sử dụng: Hoạt động ổn định cho chu trình 100+ đáp ứng yêu cầu sản xuất

Độ bền của màng là một yếu tố quan trọng cho ứng dụng công nghiệp. Nghiên cứu đánh giá tính ổn định của màng thông qua201 chu kỳ hoạt động liên tiếp:

• Vòng đời kéo dài:Bảy trong số tám màng đã hoàn thànhhơn 100 chu kỳ, trong khi màng đa phương thức (MM) nguyên mẫu đạt201 chu kỳmà không bị suy giảm hiệu suất đáng kể.
• Hiệu suất ổn định:Trong suốt quá trình nghiên cứu về xe đạp,thu hồi protein vẫn còn khoảng 90%, mà không làm giảm đáng kể hiệu suất loại bỏ HMW hoặc HCP. Các hồ sơ áp lực cũng vẫn ổn định.
• Thích hợp cho các ứng dụng sản xuất:Hầu hết các màng đều có khả năng hỗ trợít nhất một chu trình sản xuất hoàn chỉnh, trong khi một số có thể hỗ trợ nhiều đợt. Sự gia tăng áp suất tích lũy có thể được giảm thiểu bằng cách tối ưu hóachiến lược sạch-tại-tại chỗ (CIP).

 

Điểm nổi bật về kỹ thuật: Tại sao sắc ký màng có thể thay thế sắc ký cột truyền thống?

Ưu điểm cốt lõi của sắc ký màng bắt nguồn từ cấu trúc màng-phẳng độc đáo của nó. So với các loại nhựa sắc ký xốp thông thường, sắc ký màng có ba điểm khác biệt chính:

1. Cơ chế truyền khối cải tiến:Màng dựa chủ yếu vào sự truyền khối đối lưu, loại bỏ nhu cầu protein khuếch tán vào môi trường xốp. Điều này làm giảm đáng kể thời gian lưu trữ và cho phép xử lý nhanh hơn nhiều.
2. Áp suất ngược thấp hơn đáng kể:Cấu trúc tấm-phẳng mang lại khả năng cản dòng thấp và có thể đáp ứng tốc độ dòng cao hơn, khắc phục các giới hạn áp suất ngược thường liên quan đến sắc ký cột truyền thống.
3. Khả năng thích ứng quy trình mạnh mẽ:Sắc ký màng tương thích với sản xuất liên tục và có thể phù hợp hơn với năng suất cao của các quy trình ngược dòng. Ngoài ra, diện tích thiết bị nhỏ hơn và yêu cầu về phương tiện màng thấp hơn có thể giúp giảm chi phí sản xuất tổng thể.

Tất nhiên, sắc ký màng cũng có những hạn chế nhất định. Chúng bao gồmkhối lượng rửa giải lớn hơn, yêu cầu tiêu thụ bộ đệm bổ sung; nhu cầu cải tiến hơn nữa về độ thanh thải tạp chất đối với các mẫu khó nhưkháng thể đặc hiệu kép (bsAbs); và sự sẵn có hạn chế của một số sản phẩm màng ở quy mô sản xuất lớn. Tuy nhiên, những thách thức này có thể được giải quyết dần dần thông qua thiết kế thiết bị được tối ưu hóa, kết hợp các bước lọc-độ sâu bổ sung và các cải tiến quy trình khác.

Tác động của ngành: Sản xuất kháng thể đơn dòng bước vào kỷ nguyên tinh chế hiệu quả cao-

Những phát hiện của nghiên cứu này cung cấp cho ngành công nghiệp dược phẩm sinh học một định hướng rõ ràng về tiến bộ công nghệ. Đối với các quy trình tinh chế protein tổng hợp mAb và Fc{1}}thông thường ưu tiên năng suất cao,sắc ký màng có khả năng thay thế hoàn toàn sắc ký cột-cột nhồi truyền thống. Ngay cả đối với các nguyên liệu thô phức tạp hơn, chiến lược kết hợp sử dụng sắc ký màng cùng với nhựa sắc ký thông thường có thể giúp đạt được sự cân bằng tối ưu giữa hiệu quả xử lý và độ tinh khiết của sản phẩm.

Khi công nghệ vật liệu màng tiếp tục phát triển, những phát triển trong tương lai dự kiến ​​sẽ tiếp tục giảm mức tiêu thụ đệm và cải thiện khả năng mở rộng, thúc đẩy ngành công nghiệp dược phẩm sinh học hướng tớisản xuất liên tục,-hiệu quả cao và-tiết kiệm chi phí.

Đối với các nhà sản xuất dược phẩm sinh học,việc áp dụng sớm và triển khai chiến lược sắc ký màng có thể trở thành một lợi thế cạnh tranh quan trọng trong thị trường đang phát triển.