Estudi sobre la substitució de la cromatografia de columna tradicional per la cromatografia de membrana per a la purificació d'anticossos monoclonals

La cromatografia de llit-empaquetada tradicional és madura i fiable, però està limitada per limitacions com ara una baixa eficiència de difusió, una contrapressió elevada i velocitats de processament lentes, cosa que fa que cada cop sigui més difícil seguir el ritme de l'augment contínua de la productivitat dels processos aigües amunt. Recentment, un estudi publicat aProgrés de la Biotecnologiaha aportat un avenç potencial a la indústria: amb els seus avantatges d'una productivitat excepcionalment alta i una durabilitat robusta, la cromatografia de membrana pot esdevenir una alternativa eficaç a la cromatografia de llit-empaquetat i remodelar fonamentalment el paisatge de la purificació de mAb aigües avall.

Antecedents de recerca

 

L'estudi va avaluar sistemàticament diversos tipus de dispositius de cromatografia de membrana, incloses les membranes d'intercanvi-iònic i d'afinitat de proteïna A, i va realitzar una comparació completa amb la cromatografia tradicional de llit-empaquetat en múltiples dimensions, inclosa la capacitat d'unió, l'eliminació d'impureses, la vida útil i el rendiment general de la purificació. Es van seleccionar tres proteïnes recombinants per a l'estudi-un anticòs monoclonal (mAb) i dues proteïnes de fusió Fc--cobrint tot el procés de purificació aigües avall des de la captura fins al poliment. Els resultats clau de la prova són els següents:

 

1. Pas de captura: cromatografia de membrana de proteïna A - Alta capacitat d'unió en temps de residència curts

La cromatografia de proteïnes A és un pas crític en la captura de mAb. L'estudi va avaluar el rendiment de quatre membranes de proteïna A (tres productes comercials i una membrana prototip) contra dues resines de llit-empaquetades de referència:

• Excel·lent capacitat d'enllaç dinàmic (DBC):Dues membranes van aconseguir valors de DBC superiors a 50 g/L. Algunes membranes van mantenir capacitats d'unió de 35-65 g/L fins i tot amb un temps de residència extremadament curt de 0,2 min, comparable a les resines tradicionals de llit-empaquetades (37-55 g/L).
• Augment espectacular de la productivitat:El temps de residència de la cromatografia de membrana va ser només 1/6–1/30 del de la cromatografia de columna tradicional (0,13–0,33 min vs . 2–6 min), donant lloc a unAugment de 12 a 35 vegades en la productivitat del processament per lots.
• Recuperació estable:La recuperació de proteïnes va superar el 85% per a tots els dispositius de membrana. La membrana GORE va aconseguir la recuperació més alta del 96%, essencialment comparable a les resines tradicionals de llit-empaquetades (94-98%).
• Limitacions a tenir en compte:La cromatografia de membrana va produir un volum d'elució1,4-5 vegades més granque les resines de llit-empaquetades tradicionals, mentre que la separació de l'HCP va ser lleugerament inferior. Per a algunes membranes, els nivells d'HCP a l'eluat van arribar a les 7.000 ppm, en comparació amb les 4.700 ppm de les resines de llit-empaquetades tradicionals. Per tant,Es poden requerir passos de poliment addicionals per compensar aquesta limitació.

 

2. Pas de poliment:-intercanvi iònic/membranes multimodals - eliminació eficient d'impureses amb processament ràpid

L'objectiu principal de l'etapa de poliment és eliminar les impureses residuals, com ara agregats d'alt -pes-molecular (HMW) i proteïnes de cèl·lules hostes (HCP). L'estudi va avaluar tres tipus de cromatografia de membrana: intercanvi d'anions (AEX), intercanvi catiònic (CEX) i membranes multimodals (MM).

• Productivitat rècord-:El temps de residència per a la cromatografia de membrana era només0,17 min, en comparació amb2-4 minper a la cromatografia de columna tradicional, que representa aReducció de 12 a 24 vegades del temps de residènciai un augment espectacular de l'eficiència del processament.
• Eliminació d'impureses comparable a la cromatografia de columna tradicional:Cromatografia de membrana aconseguidaFactors d'autorització HMW de 4,2-5,5, apropant-se a l'actuació de la resina Capto Adhere (6). ElEl factor d'eliminació de l'HCP va arribar fins a 60, amb algunes membranes que superen la cromatografia de llit-empaquetada tradicional.
• Recuperació de proteïnes competitiva:La majoria de membranes aconseguidesrecuperacions de proteïnes per sobre del 90%, i per a algunes proteïnes de fusió Fc-, la recuperació va ser fins i tot superior a la que s'obté amb la cromatografia de columna tradicional.

 

3.-Validació completa del procés: la cromatografia de membrana permet una purificació d'alta-puresa

L'estudi va establir unprocés de purificació integrat-basat en membrana que combina la captura de proteïna A amb el poliment, i el va comparar directament amb un procés de cromatografia de llit-empaquetat convencional:

• Rendiment d'alta-puresa:Després del procés complet de purificació basat en membrana-, els nivells de HCP a les proteïnes de fusió Fc- es van reduir ainferior a 50 ppm, amb agregats (espècies HMW) aMenor o igual al 0,5%. Per a l'anticòs monoclonal, HCP es va reduir a226 ppm, amb agregats a1.0%, apropant-se al rendiment del procés convencional de cromatografia de llit-empaquetat (11 ppm d'HCP i 0,7% d'àrids).
• Recuperació global més alta:S'ha aconseguit la recuperació global de la proteïna de fusió Fc-89%, que eraun 19% mésque el del procés de cromatografia de llit-empaquetat convencional. Per a l'anticòs monoclonal, la recuperació va ser73%, comparable al procés convencional{0}}de llit envasat.
• Forta resistència a la contaminació:La cromatografia de membrana va demostrar una millor tolerància a les matèries primeres amb altes càrregues d'impureses i va romandre efectiva fins i tot quan lala concentració inicial de HCP va arribar a 150.000 ppm.

 

4. Vida útil: un funcionament estable durant 100+ cicles compleix els requisits de fabricació

La durabilitat de la membrana és un factor crític per a l'aplicació industrial. L'estudi va avaluar l'estabilitat de la membrana201 cicles operatius consecutius:

• Cicle de vida allargat:Set de les vuit membranes completadesmés de 100 cicles, mentre que el prototip de membrana multimodal (MM) va arribar201 ciclessense una degradació significativa del rendiment.
• Rendiment estable:Al llarg de l'estudi del ciclisme,la recuperació de proteïnes es va mantenir al voltant del 90%, sense una disminució significativa del rendiment d'eliminació de HMW o HCP. Els perfils de pressió també es van mantenir estables.
• Apte per a aplicacions de fabricació:La majoria de les membranes eren capaços de suportaralmenys un cicle de producció complet, mentre que alguns podrien suportar diversos lots. Els augments de pressió acumulats es podrien mitigar optimitzantestratègia de neteja-al lloc-(CIP)..

 

Aspectes tècnics: per què la cromatografia de membrana pot substituir la cromatografia de columna tradicional?

Els principals avantatges de la cromatografia de membrana provenen de la seva estructura única de membrana plana-. En comparació amb les resines de cromatografia porosa convencional, la cromatografia de membrana ofereix tres diferències clau:

1. Mecanisme innovador de transferència de massa:Les membranes es basen principalment en la transferència de massa convectiva, eliminant la necessitat que les proteïnes es difonguin en medis porosos. Això redueix significativament el temps de residència i permet un processament molt més ràpid.
2. Reducció significativa de la contrapressió:L'estructura de la làmina plana-ofereix una baixa resistència al flux i pot adaptar-se a cabals més alts, superant les limitacions de contrapressió associades habitualment a la cromatografia de columna tradicional.
3. Forta adaptabilitat al procés:La cromatografia de membrana és compatible amb la fabricació contínua i pot adaptar-se millor a l'alta productivitat dels processos amunt. A més, la seva empremta d'equip més petita i els requisits més baixos dels mitjans de membrana poden ajudar a reduir els costos globals de fabricació.

Per descomptat, la cromatografia de membrana també té certes limitacions. Aquests inclouenvolums d'elució més grans, que requereixen un consum addicional de buffer; la necessitat de millorar encara més l'eliminació d'impureses per a mostres difícils com araanticossos biespecífics (bsAbs); i la disponibilitat limitada d'alguns productes de membrana a grans escales de fabricació. Tanmateix, aquests reptes es poden abordar gradualment mitjançant un disseny d'equips optimitzat, la incorporació de passos addicionals de filtració-de profunditat i altres millores del procés.

Impacte en el sector: la fabricació d'anticossos monoclonals entra en una era de purificació d'alta{0}}eficiència

Els resultats d'aquest estudi proporcionen a la indústria biofarmacèutica una direcció clara per al progrés tecnològic. Per als processos convencionals de purificació de proteïnes de fusió mAb i Fc-que prioritzen una alta productivitat,la cromatografia de membrana té el potencial de substituir completament la cromatografia tradicional de columna-de llit empaquetada. Fins i tot per a matèries primeres més complexes, una estratègia combinada que utilitza cromatografia de membrana juntament amb resines de cromatografia convencionals pot ajudar a aconseguir un equilibri òptim entre l'eficiència del processament i la puresa del producte.

A mesura que les tecnologies de materials de membrana continuen avançant, s'espera que els desenvolupaments futurs redueixin encara més el consum de tampó i millorin l'escalabilitat, accelerant la indústria biofarmacèutica cap afabricació contínua, d'alta-eficiència i rendible-cost.

Per als fabricants de productes biofarmacèutics,L'adopció primerenca i el desplegament estratègic de la cromatografia de membrana podrien esdevenir un avantatge competitiu important en el mercat en evolució.