Studio sulla sostituzione della tradizionale cromatografia su colonna con la cromatografia su membrana per la purificazione di anticorpi monoclonali

la cromatografia tradizionale a letto impaccato- è matura e affidabile, ma è vincolata da limitazioni quali bassa efficienza di diffusione, elevata contropressione e velocità di elaborazione lente, rendendo sempre più difficile tenere il passo con la produttività in continuo aumento dei processi a monte. Recentemente, uno studio pubblicato suProgresso della biotecnologiaha apportato una potenziale svolta al settore: con i suoi vantaggi di produttività eccezionalmente elevata e robustezza, la cromatografia su membrana può diventare un'alternativa efficace alla cromatografia a letto impaccato-e rimodellare radicalmente il panorama della purificazione mAb a valle.

Contesto della ricerca

 

Lo studio ha valutato sistematicamente vari tipi di dispositivi per cromatografia a membrana, comprese le membrane a scambio ionico e ad affinità con la proteina A, e ha condotto un confronto completo con la cromatografia a letto impaccato tradizionale su più dimensioni, tra cui la capacità legante, l'eliminazione delle impurità, la durata di servizio e le prestazioni complessive di purificazione. Per lo studio sono state selezionate tre proteine ​​ricombinanti-un anticorpo monoclonale (mAb) e due Fc-proteine ​​di fusione-che coprono l'intero processo di purificazione a valle dalla cattura alla lucidatura. I principali risultati dei test sono i seguenti:

 

1. Fase di cattura: cromatografia su membrana della proteina A - elevata capacità di legame con tempi di residenza brevi

La cromatografia della proteina A è un passaggio fondamentale nella cattura di mAb. Lo studio ha valutato le prestazioni di quattro membrane di Proteina A (tre prodotti commerciali e una membrana prototipo) rispetto a due resine a letto impaccato-di riferimento:

• Eccezionale capacità di legame dinamico (DBC):Due membrane hanno raggiunto valori DBC superiori a 50 g/L. Alcune membrane hanno mantenuto capacità leganti di 35–65 g/L anche con un tempo di residenza estremamente breve di 0,2 minuti, paragonabile alle tradizionali resine a letto impaccato-(37–55 g/L).
• Drastico aumento della produttività:Il tempo di residenza della cromatografia su membrana era solo 1/6–1/30 di quello della cromatografia su colonna tradizionale (0,13–0,33 min contro . 2–6 min), risultando in unAumento di 12-35 volte della produttività dell'elaborazione batch.
• Recupero stabile:Il recupero proteico ha superato l'85% per tutti i dispositivi a membrana. La membrana GORE ha ottenuto il recupero più elevato, pari al 96%, sostanzialmente paragonabile alle tradizionali resine a letto impaccato- (94–98%).
• Limitazioni da considerare:La cromatografia su membrana ha prodotto un volume di eluizione1,4–5 volte superiorerispetto alle tradizionali resine a letto impaccato-, mentre la clearance dell'HCP era leggermente inferiore. Per alcune membrane, i livelli di HCP nell'eluato hanno raggiunto 7.000 ppm, rispetto ai 4.700 ppm delle tradizionali resine a letto impaccato-. Perciò,potrebbero essere necessari ulteriori passaggi di lucidatura per compensare questa limitazione.

 

2. Fase di lucidatura:-membrane a scambio ionico/multimodali - rimozione efficiente delle impurità con elaborazione rapida

L'obiettivo principale della fase di lucidatura è rimuovere le impurità residue come aggregati ad alto-peso molecolare-(HMW) e proteine ​​della cellula ospite (HCP). Lo studio ha valutato tre tipi di cromatografia su membrana: membrane a scambio anionico (AEX), a scambio cationico (CEX) e multimodali (MM).

• Produttività-da record:Il tempo di residenza per la cromatografia su membrana era solo0,17 minuti, rispetto a2–4 minutiper la cromatografia su colonna tradizionale, che rappresenta aRiduzione di 12-24 volte del tempo di residenzae un drammatico aumento dell’efficienza di elaborazione.
• Eliminazione delle impurità paragonabile alla cromatografia su colonna tradizionale:Cromatografia su membrana ottenutaFattori di clearance HMW di 4,2–5,5, avvicinandosi alle prestazioni della resina Capto Adhere (6). ILIl fattore di autorizzazione dell'operatore sanitario ha raggiunto il valore di 60, con alcune membrane che superano le prestazioni della cromatografia a letto impaccato-tradizionale.
• Recupero proteico competitivo:La maggior parte delle membrane sono state raggiunterecuperi proteici superiori al 90%, e per alcune proteine ​​di fusione Fc-, il recupero è stato addirittura superiore a quello ottenuto con la cromatografia su colonna tradizionale.

 

3. Convalida-del processo completo: la cromatografia su membrana consente una purificazione-ad elevata purezza

Lo studio ha stabilito unprocesso di purificazione integrato basato su membrana-che combina la cattura della proteina A con la lucidaturae lo abbiamo confrontato direttamente con un processo di cromatografia a letto impaccato-convenzionale:

• Prestazioni di elevata-purezza:Dopo l'intero processo di purificazione basato sulla membrana-, i livelli di HCP nelle proteine ​​di fusione Fc-sono stati ridotti ainferiore a 50 ppm, con aggregati (specie HMW) aInferiore o uguale allo 0,5%. Per l'anticorpo monoclonale, l'HCP è stato ridotto a226 pagine al minuto, con aggregati a1.0%, avvicinandosi alle prestazioni del processo di cromatografia a letto impaccato-convenzionale (11 ppm di HCP e 0,7% di aggregati).
• Recupero complessivo più elevato:È stato raggiunto il recupero complessivo della proteina di fusione Fc-89%, che era19% in piùrispetto a quello del processo cromatografico a letto impaccato-convenzionale. Per l'anticorpo monoclonale il recupero è stato73%, paragonabile al tradizionale processo-a letto impaccato.
• Forte resistenza alle incrostazioni:La cromatografia a membrana ha dimostrato una migliore tolleranza alle materie prime con elevati carichi di impurità ed è rimasta efficace anche quandola concentrazione iniziale degli operatori sanitari ha raggiunto 150.000 ppm.

 

4. Durata utile: il funzionamento stabile per 100+ cicli soddisfa i requisiti di produzione

La durabilità della membrana è un fattore critico per le applicazioni industriali. Lo studio ha valutato la stabilità della membrana attraverso201 cicli operativi consecutivi:

• Ciclo di vita esteso:Sette delle otto membrane completatepiù di 100 cicli, mentre è stato raggiunto il prototipo della membrana multimodale (MM).201 ciclisenza un significativo degrado delle prestazioni.
• Prestazione stabile:Durante lo studio sul ciclismo,il recupero proteico è rimasto intorno al 90%, senza un calo significativo delle prestazioni di rimozione di HMW o HCP. Anche i profili di pressione sono rimasti stabili.
• Adatto per applicazioni di produzione:La maggior parte delle membrane erano in grado di sostenerealmeno un ciclo produttivo completo, mentre alcuni potrebbero supportare più batch. Gli aumenti di pressione accumulati potrebbero essere mitigati ottimizzando ilstrategia clean-in-place (CIP)..

 

Aspetti tecnici: Perché la cromatografia su membrana può sostituire la tradizionale cromatografia su colonna?

I principali vantaggi della cromatografia su membrana derivano dalla sua struttura unica della membrana piatta-. Rispetto alle tradizionali resine cromatografiche porose, la cromatografia su membrana presenta tre differenze fondamentali:

1. Meccanismo innovativo di trasferimento di massa:Le membrane si basano principalmente sul trasferimento di massa convettivo, eliminando la necessità che le proteine ​​si diffondano nei mezzi porosi. Ciò riduce significativamente il tempo di permanenza e consente un'elaborazione molto più rapida.
2. Contropressione notevolmente inferiore:La struttura a foglio piatto- fornisce una bassa resistenza al flusso e può ospitare portate più elevate, superando i limiti di contropressione comunemente associati alla cromatografia su colonna tradizionale.
3. Forte adattabilità del processo:La cromatografia a membrana è compatibile con la produzione continua e può adattarsi meglio all'elevata produttività dei processi a monte. Inoltre, l'ingombro ridotto delle apparecchiature e i minori requisiti di membrana possono contribuire a ridurre i costi di produzione complessivi.

Naturalmente, anche la cromatografia su membrana presenta alcune limitazioni. Questi includonovolumi di eluizione maggiori, che richiedono un ulteriore consumo di buffer; la necessità di un ulteriore miglioramento nell'eliminazione delle impurità per campioni impegnativi comeanticorpi bispecifici (bsAbs); e disponibilità limitata di alcuni prodotti a membrana su larga scala. Tuttavia, queste sfide possono essere affrontate gradualmente attraverso la progettazione ottimizzata delle apparecchiature, l'integrazione di ulteriori passaggi di filtraggio-profondito e altri miglioramenti dei processi.

Impatto sul settore: la produzione di anticorpi monoclonali entra in un'era di purificazione ad alta-efficienza

I risultati di questo studio forniscono all’industria biofarmaceutica una chiara direzione per il progresso tecnologico. Per i processi convenzionali di purificazione delle proteine ​​di fusione mAb e Fc-che privilegiano l'elevata produttività,la cromatografia su membrana ha il potenziale per sostituire completamente la tradizionale cromatografia su colonne a letto impaccato-. Anche per le materie prime più complesse, una strategia combinata che utilizza la cromatografia su membrana insieme alle resine cromatografiche convenzionali può aiutare a raggiungere un equilibrio ottimale tra efficienza di lavorazione e purezza del prodotto.

Poiché le tecnologie dei materiali a membrana continuano ad avanzare, si prevede che gli sviluppi futuri ridurranno ulteriormente il consumo di tampone e miglioreranno la scalabilità, accelerando l’industria biofarmaceutica versoproduzione continua, ad alta{0}}efficienza ed-economicamente conveniente.

Per i produttori biofarmaceutici,L’adozione tempestiva e l’implementazione strategica della cromatografia su membrana potrebbero diventare un importante vantaggio competitivo in un mercato in evoluzione.