단클론 항체 정제를 위한 기존 컬럼 크로마토그래피를 멤브레인 크로마토그래피로 대체하는 방법에 대한 연구
기존의 충전층 크로마토그래피는 성숙하고 안정적이지만 낮은 확산 효율, 높은 배압, 느린 처리 속도 등의 한계로 인해 제약을 받아 지속적으로 증가하는 업스트림 프로세스의 생산성을 따라잡기가 점점 더 어려워지고 있습니다. 최근에 발표된 연구는생명공학 발전업계에 잠재적인 돌파구를 가져왔습니다. 매우 높은 생산성과 견고한 내구성이라는 장점을 갖춘 멤브레인 크로마토그래피는 충전층 크로마토그래피의 효과적인 대안이 될 수 있으며 다운스트림 mAb 정제 환경을 근본적으로 바꿀 수 있습니다.
연구배경
이 연구에서는 이온 교환 및 단백질 A 친화성 멤브레인을 포함한 다양한 유형의 멤브레인 크로마토그래피 장치를 체계적으로 평가하고 결합 용량, 불순물 제거, 사용 수명 및 전반적인 정제 성능을 비롯한 여러 차원에 걸쳐 기존의 충전층 크로마토그래피와 포괄적인 비교를 수행했습니다. 연구를 위해 3개의 재조합 단백질이 선택되었습니다.-1개의 단일클론 항체(mAb)와 2개의 Fc-융합 단백질-은 포획에서 연마까지 전체 다운스트림 정제 과정을 포괄합니다. 주요 테스트 결과는 다음과 같습니다.
1. 포획 단계: 단백질 A 막 크로마토그래피 - 짧은 체류 시간에 높은 결합 용량
단백질 A 크로마토그래피는 mAb 포획에서 중요한 단계입니다. 이 연구에서는 2개의 참조 충진층 수지에 대해 4개의 단백질 A 막(3개의 상용 제품과 1개의 프로토타입 막)의 성능을 평가했습니다.
- 뛰어난 동적 바인딩 용량(DBC):두 개의 멤브레인은 50g/L를 초과하는 DBC 값을 달성했습니다. 일부 막은 0.2분이라는 극히 짧은 체류 시간에도 35~65g/L의 결합 용량을 유지했는데, 이는 기존 충전층 수지(37~55g/L)와 비교할 수 있습니다.
- 생산성의 극적인 증가:멤브레인 크로마토그래피의 체류 시간은 기존 컬럼 크로마토그래피의 체류 시간(0.13~0.33분 대. 2~6분)의 1/6~1/30에 불과하여배치 처리 생산성 12~35배 증가.
- 안정적인 회복:모든 막 장치의 단백질 회수율은 85%를 초과했습니다. GORE 멤브레인은 96%라는 가장 높은 회수율을 달성했는데, 이는 본질적으로 기존 충전층 수지(94~98%)와 비교할 수 있는 수치입니다.
- 고려해야 할 제한 사항:멤브레인 크로마토그래피로 용출량 생성1.4~5배 더 높음기존 충진-층 수지보다 HCP 클리어런스가 약간 낮았습니다. 일부 막의 경우 용출액의 HCP 수준이 7,000ppm에 달했는데, 이는 기존 충전층 수지의 경우 4,700ppm이었습니다. 그러므로,이러한 제한을 보상하기 위해 추가 연마 단계가 필요할 수 있습니다..
2. 폴리싱 단계: 이온-교환/다중 모드 멤브레인 - 신속한 처리로 효율적인 불순물 제거
연마 단계의 주요 목적은 고분자량(HMW) 응집체 및 숙주 세포 단백질(HCP)과 같은 잔류 불순물을 제거하는 것입니다. 이 연구에서는 음이온 교환(AEX), 양이온 교환(CEX) 및 다중 모드(MM) 막의 세 가지 유형의 막 크로마토그래피를 평가했습니다.
- 기록적인-생산성:막 크로마토그래피의 체류 시간은 다음과 같습니다.0.17분, 비교2~4분전통적인 컬럼 크로마토그래피의 경우체류 시간 12~24배 감소처리 효율성이 크게 향상됩니다.
- 기존 컬럼 크로마토그래피에 필적하는 불순물 제거:멤브레인 크로마토그래피 달성HMW 클리어런스 팩터 4.2–5.5, Capto Adhere 수지(6)의 성능에 접근합니다. 그만큼HCP 제거 계수가 60에 이르렀습니다., 일부 막은 기존의 충전층 크로마토그래피보다 성능이 뛰어납니다.
- 경쟁력 있는 단백질 회수:대부분의 멤브레인 달성90% 이상의 단백질 회수율, 일부 Fc-융합 단백질의 경우 회수율이 기존 컬럼 크로마토그래피로 얻은 것보다 훨씬 더 높았습니다.
3. 전체-공정 검증: 막 크로마토그래피로 고순도-정제 가능
이 연구는단백질 A 포획과 연마를 결합한 통합 멤브레인- 기반 정제 공정, 기존의 충전층 크로마토그래피 프로세스에 대해 직접 벤치마킹했습니다.-
- 고순도-성능:전체 막-기반 정제 공정에 따라 Fc-융합 단백질의 HCP 수준은 다음과 같이 감소했습니다.50ppm 이하, 응집체(HMW 종)가 있음0.5% 이하. 단일클론 항체의 경우 HCP가226ppm, 집계는 다음과 같습니다.1.0%, 기존의 충전층 크로마토그래피 공정의 성능에 근접한 -11ppm HCP 및 0.7% 응집체).
- 전반적인 회복력 향상:Fc-융합 단백질의 전반적인 회수율에 도달했습니다.89%, 그것은19% 더 높음기존의 충전층-층 크로마토그래피 공정보다 단일클론항체의 경우 회복률이 높았다.73%, 기존의 충전층 공정과 유사합니다-.
- 강력한 내오염성:멤브레인 크로마토그래피는 불순물 함량이 높은 공급원료에 대해 더 나은 내성을 입증했으며,초기 HCP 농도가 150,000ppm에 도달함.
4. 서비스 수명: 100+ 사이클의 안정적인 작동이 제조 요구 사항을 충족합니다.
멤브레인 내구성은 산업 응용에 있어 중요한 요소입니다. 이번 연구에서는 다음을 통해 막 안정성을 평가했습니다.201 연속 작동 주기:
- 연장된 사이클 수명:8개 멤브레인 중 7개 완료100주기 이상, 프로토타입 다중 모드(MM) 멤브레인이 도달한 동안201주기심각한 성능 저하 없이.
- 안정적인 성능:사이클링 연구 전반에 걸쳐,단백질 회수율은 약 90%로 유지되었습니다., HMW 또는 HCP 제거 성능이 크게 저하되지 않았습니다. 압력 프로파일도 안정적으로 유지되었습니다.
- 제조 분야에 적합:대부분의 막은 지지할 수 있었습니다.적어도 하나의 완전한 생산주기, 일부는 여러 배치를 지원할 수 있습니다. 누적된 압력 증가는 최적화를 통해 완화될 수 있습니다.CIP(Clean-in{1}}전략).
기술적 하이라이트: 멤브레인 크로마토그래피가 기존 컬럼 크로마토그래피를 대체할 수 있는 이유는 무엇입니까?
멤브레인 크로마토그래피의 핵심 장점은 독특한 평탄-시트 멤브레인 구조에 있습니다. 기존 다공성 크로마토그래피 수지와 비교하여 멤브레인 크로마토그래피는 세 가지 주요 차이점을 제공합니다.
- 혁신적인 물질 전달 메커니즘:막은 주로 대류 물질 전달에 의존하므로 단백질이 다공성 매질로 확산될 필요가 없습니다. 이는 체류 시간을 크게 줄이고 훨씬 빠른 처리를 가능하게 합니다.
- 현저히 낮은 배압:평판-시트 구조는 낮은 흐름 저항을 제공하고 더 높은 유속을 수용할 수 있어 기존 컬럼 크로마토그래피와 일반적으로 관련된 배압 제한을 극복합니다.
- 강력한 프로세스 적응성:멤브레인 크로마토그래피는 연속 제조와 호환되며 업스트림 공정의 높은 생산성에 더 잘 부합할 수 있습니다. 또한 장비 설치 공간이 더 작고 멤브레인 미디어 요구 사항이 낮기 때문에 전체 제조 비용을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
물론 막 크로마토그래피에도 특정 제한 사항이 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다더 큰 용출량, 추가 버퍼 소비가 필요합니다. 다음과 같은 까다로운 샘플의 불순물 제거에 대한 추가 개선의 필요성이중특이적 항체(bsAbs); 대규모 제조 규모에서는 일부 멤브레인 제품의 가용성이 제한적입니다. 그러나 이러한 문제는 최적화된 장비 설계, 추가적인 심층-여과 단계 통합 및 기타 프로세스 개선을 통해 점진적으로 해결될 수 있습니다.
업계에 미치는 영향: 단클론 항체 제조가 고-효율성 정제 시대로 진입
본 연구 결과는 바이오제약 산업에 기술 발전을 위한 명확한 방향을 제시합니다. 높은 생산성을 우선시하는 기존 mAb 및 Fc{1}}융합 단백질 정제 공정의 경우,막 크로마토그래피는 기존의 충전층 컬럼 크로마토그래피를 완전히 대체할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.. 더 복잡한 공급원료의 경우에도 기존 크로마토그래피 수지와 함께 멤브레인 크로마토그래피를 사용하는 조합 전략은 처리 효율성과 제품 순도 간의 최적의 균형을 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다.
막 소재 기술이 지속적으로 발전함에 따라 향후 개발을 통해 완충제 소비를 더욱 줄이고 확장성을 향상시켜 바이오제약 산업이 더욱 가속화될 것으로 예상됩니다.지속적이고-효율적이며 비용 효율적인-제조.
바이오의약품 제조사의 경우,막 크로마토그래피의 조기 채택과 전략적 배치는 진화하는 시장에서 중요한 경쟁 우위가 될 수 있습니다.
