Studiu privind înlocuirea cromatografia pe coloană tradițională cu cromatografia pe membrană pentru purificarea anticorpilor monoclonali

cromatografia tradițională în pat-compact este matură și fiabilă, dar este constrânsă de limitări, cum ar fi eficiența scăzută de difuzie, contrapresiune mare și viteze lente de procesare, ceea ce face din ce în ce mai dificil să țină pasul cu productivitatea în continuă creștere a proceselor din amonte. Recent, un studiu publicat înProgresul Biotehnologieia adus o descoperire potențială în industrie: cu avantajele sale de productivitate excepțional de ridicată și durabilitate robustă, cromatografia cu membrană poate deveni o alternativă eficientă la cromatografia în pat compact-și poate remodela în mod fundamental peisajul purificării mAb în aval.

Context de cercetare

 

Studiul a evaluat sistematic diferite tipuri de dispozitive de cromatografie cu membrană, inclusiv membrane cu schimb{0}}ionic și cu afinitate pentru proteina A, și a efectuat o comparație cuprinzătoare cu cromatografia tradițională în pat-pacat pe mai multe dimensiuni, inclusiv capacitatea de legare, eliminarea impurităților, durata de viață și performanța generală de purificare. Au fost selectate trei proteine ​​recombinante pentru studiu-un anticorp monoclonal (mAb) și două proteine ​​de fuziune Fc-proteine ​​de fuziune-care acoperă întregul proces de purificare în aval, de la captare până la lustruire. Principalele rezultate ale testelor sunt următoarele:

 

1. Pasul de captare: Cromatografia cu membrană a proteinei A - Capacitate mare de legare la timpi scurti de rezidență

Cromatografia cu proteină A este o etapă critică în captarea mAb. Studiul a evaluat performanța a patru membrane de proteină A (trei produse comerciale și o membrană prototip) față de două rășini de pat de referință-pachete:

• Capacitate remarcabilă de legare dinamică (DBC):Două membrane au atins valori DBC care depășesc 50 g/L. Unele membrane și-au menținut capacități de legare de 35–65 g/L chiar și la un timp de rezidență extrem de scurt de 0,2 min, comparabil cu rășinile tradiționale cu pat compactat (37–55 g/L).
• Creștere dramatică a productivității:Timpul de rezidență al cromatografiei cu membrană a fost de numai 1/6–1/30 față de cromatografia pe coloană tradițională (0,13–0,33 min vs. 2–6 min), rezultând oCreștere de 12-35 de ori a productivității procesării în loturi.
• Recuperare stabilă:Recuperarea proteinelor a depășit 85% pentru toate dispozitivele cu membrană. Membrana GORE a obținut cea mai mare recuperare de 96%, în esență comparabilă cu rășinile tradiționale de pat-ambalate (94–98%).
• Limitări de luat în considerare:Cromatografia pe membrană a produs un volum de eluarede 1,4-5 ori mai maredecât rășinile tradiționale{0}}patate, în timp ce clearance-ul HCP a fost ușor inferior. Pentru unele membrane, nivelurile de HCP din eluat au atins 7.000 ppm, comparativ cu 4.700 ppm pentru rășinile tradiționale de pat compactat-. Prin urmare,pot fi necesari pași suplimentari de lustruire pentru a compensa această limitare.

 

2. Etapa de lustruire:-Schimb de ioni / Membrane multimodale - Îndepărtarea eficientă a impurităților cu procesare rapidă

Obiectivul principal al etapei de lustruire este eliminarea impurităților reziduale, cum ar fi agregatele cu greutate-moleculară-înaltă (HMW) și proteinele celulei gazdă (HCP). Studiul a evaluat trei tipuri de cromatografie pe membrană: schimb de anioni (AEX), schimb de cationi (CEX) și membrane multimodale (MM).

• Productivitate record{0}:Timpul de rezidență pentru cromatografia pe membrană a fost doar0,17 min, comparativ cu2-4 minpentru cromatografia tradițională pe coloană, reprezentând aReducere de 12-24 de ori a timpului de rezidențăși o creștere dramatică a eficienței procesării.
• Clearance-ul impurităților comparabil cu cromatografia tradițională pe coloană:Cromatografia pe membrană realizatăFactori de clearance HMW de 4,2–5,5, apropiindu-se de performanțele rășinii Capto Adhere (6). TheFactorul de clearance al HCP a ajuns la 60, cu unele membrane depășind cromatografia tradițională în pat{0}}pacat.
• Recuperarea competitivă a proteinelor:Cele mai multe membrane realizaterecuperări de proteine ​​peste 90%, iar pentru unele proteine ​​de fuziune Fc-, recuperarea a fost chiar mai mare decât cea obținută cu cromatografia pe coloană tradițională.

 

3. Validare completă-procesului: cromatografia cu membrană permite purificarea de-puritate ridicată

Studiul a stabilit oproces integrat de purificare pe bază de membrană-combinând captarea proteinei A cu lustruireași l-au comparat direct cu un proces de cromatografie cu pat{0}}convențional:

• Performanță de-puritate ridicată:În urma procesului de purificare complet bazat pe membrană-, nivelurile HCP din proteinele de fuziune Fc- au fost reduse lasub 50 ppm, cu agregate (specii HMW) laMai mic sau egal cu 0,5%. Pentru anticorpul monoclonal, HCP a fost redus la226 ppm, cu agregate la1.0%, apropiindu-se de performanța procesului convențional de cromatografie în pat compactat-(11 ppm HCP și 0,7% agregate).
• Recuperare globală mai mare:S-a atins recuperarea globală a proteinei de fuziune Fc-89%, care a fostcu 19% mai maredecât cel al procesului convențional de cromatografie{0}}pachetată. Pentru anticorpul monoclonal, recuperarea a fost73%, comparabil cu procesul convențional{0}}pat ambalat.
• Rezistenta puternica la murdare:Cromatografia pe membrană a demonstrat o toleranță mai bună la materiile prime cu încărcături mari de impurități și a rămas eficientă chiar și atunci cândconcentrația inițială de HCP a atins 150.000 ppm.

 

4. Durată de viață: funcționare stabilă pentru 100+ cicluri îndeplinește cerințele de producție

Durabilitatea membranei este un factor critic pentru aplicațiile industriale. Studiul a evaluat stabilitatea membranei prin201 cicluri de operare consecutive:

• Ciclu de viață extins:Șapte din cele opt membrane au fost finalizatemai mult de 100 de cicluri, în timp ce prototipul de membrană multimodală (MM) a ajuns201 ciclurifără o degradare semnificativă a performanței.
• Performanță stabilă:Pe parcursul studiului ciclism,recuperarea proteinelor a rămas în jur de 90%, fără o scădere semnificativă a performanței de îndepărtare a HMW sau HCP. Profilurile de presiune au rămas și ele stabile.
• Potrivit pentru aplicații de producție:Majoritatea membranelor erau capabile să susținăcel puțin un ciclu de producție complet, în timp ce unele ar putea accepta mai multe loturi. Creșterile de presiune acumulate ar putea fi atenuate prin optimizareastrategie curată-in-la loc (CIP)..

 

Repere tehnice: De ce poate cromatografia cu membrană înlocui cromatografia tradițională pe coloană?

Avantajele de bază ale cromatografiei cu membrană provin din structura sa unică a membranei-plate. În comparație cu rășinile cromatografice poroase convenționale, cromatografia cu membrană oferă trei diferențe cheie:

1. Mecanism inovator de transfer de masă:Membranele se bazează în primul rând pe transferul de masă convectiv, eliminând nevoia ca proteinele să difuzeze în medii poroase. Acest lucru reduce semnificativ timpul de rezidență și permite o procesare mult mai rapidă.
2. Contrapresiunea scăzută semnificativ:Structura plăcii-plate oferă rezistență scăzută la curgere și poate găzdui debite mai mari, depășind limitările de contrapresiune asociate în mod obișnuit cu cromatografia tradițională pe coloană.
3. Adaptabilitate puternică la proces:Cromatografia pe membrană este compatibilă cu producția continuă și se poate potrivi mai bine cu productivitatea ridicată a proceselor din amonte. În plus, amprenta mai mică a echipamentului și cerințele mai mici pentru medii cu membrană pot ajuta la reducerea costurilor totale de producție.

Desigur, cromatografia cu membrană are și anumite limitări. Acestea includvolume de eluție mai mari, care necesită un consum suplimentar de tampon; necesitatea îmbunătățirii în continuare a curățării impurităților pentru probe dificile, cum ar fianticorpi bispecifici (bsAbs); și disponibilitatea limitată a unor produse membranare la scară mare de producție. Cu toate acestea, aceste provocări pot fi abordate treptat prin proiectarea optimizată a echipamentelor, prin încorporarea unor pași suplimentari de filtrare în adâncime-și alte îmbunătățiri ale procesului.

Impactul industriei: producția de anticorpi monoclonali intră într-o eră a purificării cu{0}}înaltă eficiență

Concluziile acestui studiu oferă industriei biofarmaceutice o direcție clară pentru progresul tehnologic. Pentru procesele convenționale de purificare a proteinelor de fuziune mAb și Fc-care acordă prioritate productivității ridicate,cromatografia cu membrană are potențialul de a înlocui pe deplin cromatografia tradițională pe coloană cu pat compact-. Chiar și pentru materii prime mai complexe, o strategie de combinare care utilizează cromatografia cu membrană împreună cu rășini cromatografice convenționale poate ajuta la obținerea unui echilibru optim între eficiența procesării și puritatea produsului.

Pe măsură ce tehnologiile materialelor membranare continuă să avanseze, se așteaptă ca evoluțiile viitoare să reducă în continuare consumul de tampon și să îmbunătățească scalabilitatea, accelerând industria biofarmaceutică cătreproducție continuă, de-înaltă eficiență și rentabilă-.

Pentru producătorii de produse biofarmaceutice,adoptarea timpurie și implementarea strategică a cromatografiei cu membrană ar putea deveni un avantaj competitiv important pe piața în evoluție.