モノクローナル抗体精製における従来のカラムクロマトグラフィーからメンブレンクロマトグラフィーへの置き換えに関する研究
従来の充填層クロマトグラフィーは成熟していて信頼性がありますが、拡散効率が低く、背圧が高く、処理速度が遅いなどの制約があるため、上流プロセスの継続的に向上する生産性に追いつくことがますます困難になっています。{0}最近、ある研究が出版されました。バイオテクノロジーの進歩膜クロマトグラフィーは業界に潜在的なブレークスルーをもたらしました。非常に高い生産性と堅牢な耐久性という利点により、メンブレン クロマトグラフィーは充填層クロマトグラフィーの効果的な代替手段となり、下流の mAb 精製の状況を根本的に変える可能性があります。{0}
研究の背景
この研究では、イオン交換膜やプロテイン A アフィニティ膜など、さまざまな種類の膜クロマトグラフィー デバイスを体系的に評価し、結合能力、不純物除去、耐用年数、全体的な精製性能などの多次元にわたって従来の充填層クロマトグラフィーとの包括的な比較を実施しました。{0}{1}研究のために 3 つの組換えタンパク質が選択されました-1 つのモノクローナル抗体 (mAb) と 2 つの Fc-融合タンパク質-は、捕捉から精製までの完全な下流精製プロセスをカバーします。主なテスト結果は次のとおりです。
1. 捕捉ステップ: プロテイン A メンブレン クロマトグラフィー - 短い滞留時間で高い結合能力
プロテイン A クロマトグラフィーは、mAb 捕捉における重要なステップです。この研究では、2 つの参照充填層樹脂に対する 4 つのプロテイン A メンブレン（3 つの市販品と 1 つのプロトタイプ メンブレン）の性能を評価しました。-
- 優れた動的バインディング能力 (DBC):2 つの膜は 50 g/L を超える DBC 値を達成しました。一部のメンブレンは、0.2 分の非常に短い滞留時間でも 35 ～ 65 g/L の結合容量を維持し、従来の充填層樹脂 (37 ～ 55 g/L) に匹敵しました。{5}
- 生産性の劇的な向上:メンブレンクロマトグラフィーの滞留時間は、従来のカラムクロマトグラフィーの滞留時間のわずか 1/6 ～ 1/30 でした (0.13 ～ 0.33 分 vs . 2-6 分)。バッチ処理の生産性が 12 ～ 35 倍向上.
- 安定した回復:タンパク質回収率はすべての膜デバイスで 85% を超えました。 GORE メンブレンは 96% という最高の回収率を達成し、従来の充填床樹脂 (94 ～ 98%) にほぼ匹敵しました。-
- 考慮すべき制限事項:メンブレンクロマトグラフィーによる溶出量1.4～5倍従来の充填層樹脂よりも優れていますが、HCP クリアランスはわずかに劣っていました。{0}一部の膜では、溶出液中の HCP レベルが 7,000 ppm に達しましたが、従来の充填層樹脂では 4,700 ppm でした。-したがって、この制限を補うために追加の研磨ステップが必要になる場合があります.
2. 研磨ステップ: イオン交換-/マルチモーダル膜- 迅速な処理による効率的な不純物除去
研磨ステップの主な目的は、高分子量 (HMW) 凝集体や宿主細胞タンパク質 (HCP) などの残留不純物を除去することです。{0}{1}この研究では、陰イオン交換 (AEX)、陽イオン交換 (CEX)、およびマルチモーダル (MM) 膜の 3 種類の膜クロマトグラフィーを評価しました。
- 記録的な生産性-:メンブレンクロマトグラフィーの滞留時間はわずかでした。0.17分、と比較して2～4分従来のカラムクロマトグラフィーの場合、滞留時間を 12 ～ 24 分の 1 に短縮処理効率が大幅に向上します。
- 従来のカラムクロマトグラフィーと同等の不純物除去:メンブレンクロマトグラフィーを実現HMW クリアランス係数 4.2 ～ 5.5、Capto Adhere 樹脂のパフォーマンスに迫ります (6)。のHCP クリアランス係数は 60 に達しました一部のメンブレンは従来の充填層クロマトグラフィーを上回る性能を備えています。{0}
- 優れたタンパク質回収率:ほとんどの膜を達成90%以上のタンパク質回収率一部の Fc- 融合タンパク質の回収率は、従来のカラムクロマトグラフィーで得られた回収率よりもさらに高かった。
3. フルプロセスの検証: メンブレンクロマトグラフィーにより高純度の精製が可能-
この研究により、プロテイン A の捕捉と研磨を組み合わせた統合膜-ベースの精製プロセスそして、従来の充填層クロマトグラフィー プロセスに対して直接ベンチマークを行いました。{0}
- 高純度のパフォーマンス:-完全膜-ベースの精製プロセスの後、Fc-融合タンパク質の HCP レベルは50ppm未満、骨材 (HMW 種) を含む0.5%以下。モノクローナル抗体の場合、HCP は次のように減少しました。226ppm、集計は次のとおりです。1.0%従来の充填層クロマトグラフィー プロセスのパフォーマンスに近づきます（{0}）11 ppm HCP および 0.7% 骨材).
- 全体的な回復力の向上:Fc-融合タンパク質の全体的な回収率は以下に達しました89%でした。19%高い従来の充填層クロマトグラフィー プロセスよりも優れています。{0}モノクローナル抗体の場合、回収率は73%従来の充填層プロセスに相当します。{0}}
- 強力な防汚性:メンブレンクロマトグラフィーは、不純物負荷の高い原料に対する耐性が優れていることが実証され、初期 HCP 濃度は 150,000 ppm に達しました.
4. 耐用年数: 100+ サイクルの安定した動作は製造要件を満たします
膜の耐久性は産業用途にとって重要な要素です。この研究では、膜の安定性を以下の方法で評価しました。201 連続動作サイクル:
- サイクル寿命の延長:8枚の膜のうち7枚が完成100サイクル以上、プロトタイプのマルチモーダル（MM）膜は、201サイクル大幅なパフォーマンスの低下はありません。
- 安定したパフォーマンス:サイクリングの研究を通じて、タンパク質回収率は約 90% のまま、HMW または HCP 除去パフォーマンスの大幅な低下はありません。圧力プロファイルも安定したままでした。
- 製造用途に適しています:ほとんどの膜は、少なくとも 1 つの完全な生産サイクル一方で、複数のバッチをサポートできるものもあります。蓄積された圧力の増加は、クリーン{0}インプレース-（CIP）戦略.
技術ハイライト: メンブレン クロマトグラフィーが従来のカラム クロマトグラフィーに取って代わることができるのはなぜですか?
メンブレン クロマトグラフィーの主要な利点は、その独特の平坦なシート膜構造に由来します。{0}}従来の多孔質クロマトグラフィー樹脂と比較して、メンブレンクロマトグラフィーには 3 つの重要な違いがあります。
- 革新的な物質移動メカニズム:膜は主に対流物質移動に依存しており、タンパク質が多孔質媒体に拡散する必要がありません。これにより、滞留時間が大幅に短縮され、より高速な処理が可能になります。
- 背圧を大幅に下げる:フラット シート構造により、流動抵抗が低く、より高い流量に対応できるため、従来のカラム クロマトグラフィーに一般的に伴う背圧制限を克服できます。-
- 強力なプロセス適応性:メンブレンクロマトグラフィーは連続製造と互換性があり、上流プロセスの高い生産性とよりよく適合できます。さらに、装置の設置面積が小さく、膜媒体の要件が低いため、全体的な製造コストの削減に役立ちます。
もちろん、メンブレンクロマトグラフィーにも一定の制限があります。これらには以下が含まれますより大きな溶出量、追加のバッファ消費が必要になります。などの困難なサンプルの不純物除去をさらに改善する必要性二重特異性抗体 (bsAbs);また、大規模な製造規模では一部の膜製品の入手可能性が限られています。ただし、これらの課題は、最適化された装置設計、追加の深層ろ過ステップの組み込み、その他のプロセスの改善を通じて徐々に解決できます。-
業界への影響: モノクローナル抗体製造は高効率精製の時代に突入-
この研究の結果は、バイオ医薬品業界に技術進歩の明確な方向性を提供します。高い生産性を優先する従来の mAb および Fc- 融合タンパク質の精製プロセスの場合、メンブレン クロマトグラフィーは、従来の充填層カラム クロマトグラフィーを完全に置き換える可能性があります。{0}。より複雑な原料の場合でも、メンブレンクロマトグラフィーと従来のクロマトグラフィー樹脂を組み合わせた戦略は、処理効率と製品純度の間の最適なバランスを達成するのに役立ちます。
膜材料技術は進歩し続けるため、将来の開発によりバッファ消費量がさらに削減され、拡張性が向上し、バイオ医薬品産業が加速することが期待されます。継続的、高効率、{0}}コスト効率の高い製造-.
バイオ医薬品メーカーにとって、メンブレンクロマトグラフィーの早期導入と戦略的展開は、進化する市場において重要な競争上の優位性となる可能性があります。
