納微盤點|速覽Protein A親和抗體層析的突破性創(chuàng)新（二）

導讀:

近期華人抗體協(xié)會發(fā)布一篇文章介紹到連續(xù)制造工藝被FDA推崇備至：連續(xù)制造工藝基于其穩(wěn)定高效率的優(yōu)勢，已經(jīng)在其它許多行業(yè)成為極其成功的生產(chǎn)模型。然而很長一段時間以來，制藥行業(yè)以嚴格監(jiān)管和法規(guī)要求過于保守而被行業(yè)所詬病，故多數(shù)仍以批次生產(chǎn)為主。近年來，隨著業(yè)界對于產(chǎn)能效率和生產(chǎn)成本的不斷重視，生物制藥行業(yè)對于連續(xù)工藝的關(guān)注度也在不斷增加，希望能借以提高生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率，且已有案例表明特定連續(xù)技術(shù)整合到現(xiàn)有生物藥生產(chǎn)流程后，顯現(xiàn)了諸多優(yōu)勢。作為全球藥物監(jiān)管的領(lǐng)先者，F(xiàn)DA一直是連續(xù)制造工藝的有力倡導者。早在2017年，F(xiàn)DA就發(fā)布了關(guān)于連續(xù)制造（Continues manufacturing, CM）的意見征求稿；2018年FDA 向三個連續(xù)制造項目提供近六百萬美元資金，旨在幫助實施創(chuàng)新技術(shù)以提高產(chǎn)品質(zhì)量并實現(xiàn)行業(yè)現(xiàn)代化；2019年2月26日，F(xiàn)DA頒布了涉及CM的關(guān)鍵指南草案《Quality Considerations for Continuous Manufacturing》，必將對此技術(shù)的推動起到巨大作用，同時FDA 局長 Scott Gottlieb 和藥品中心主任 Janet Woodcock 也為CM高調(diào)站臺，在隨指南發(fā)布的聲明中一再強調(diào)連續(xù)制造的優(yōu)勢，由此看來CM未來或許已不遠。令人高興的是，得益于納微科技在納米材料及鍵合等多方面取得的突破性進展，UniMab Protein A親和層析介質(zhì)因其諸多獨有領(lǐng)先優(yōu)勢而特別適合用于連續(xù)柱色譜體系。

降成本、提效率：推行連續(xù)制造工藝的必要性和緊迫性

降低成本和提高效率一直都是制藥企業(yè)的重要訴求，盡管由于其產(chǎn)品涉及人身健康和安全等而極具行業(yè)特殊性，故不得不受限于藥監(jiān)部門的嚴格監(jiān)管和法規(guī)要求而過于保守，但眾所周知，業(yè)內(nèi)人士一直在 “降成本、提效率”等方面上下求索。以生物制品為例，經(jīng)過多年努力，研究者們對于其上游研發(fā)階段的生產(chǎn)效率和成本已經(jīng)優(yōu)化到極其理想的水平，天花板效應(yīng)凸顯，但在于下游分離純化方面卻幾無建樹，生產(chǎn)成本和效率仍有較大優(yōu)化空間。此外有研究報道稱生物制品下游分離純化所占成本超過整個生產(chǎn)成本的80%以上，因此包括FDA在內(nèi)的機構(gòu)和企業(yè)都開始轉(zhuǎn)向連續(xù)制造工藝的研究和推廣�；�于這種積極的思路導向，在下游分離純化領(lǐng)域積極推廣應(yīng)用連續(xù)色譜層析工藝，也會日益被廣大生物制藥企業(yè)和研究機構(gòu)所認可接受，并成為當下及未來發(fā)展的主流趨勢之一。

連續(xù)色譜層析簡介

眾所周知，傳統(tǒng)色譜分離技術(shù)是采用固定的色譜塔進行，先進入一定量物料，然后采用洗脫劑不斷洗脫，在同一出口在不同時間段就可接到不同的產(chǎn)品組分，此過程明顯費時費力；而連續(xù)色譜分離技術(shù)則是利用不同物質(zhì)在由固定相和流動相構(gòu)成的體系中具有不同的分配系數(shù)，當兩相作相對運動時，這些物質(zhì)隨流動相一起運動，并在兩相間進行反復多次的分配，從而使各物質(zhì)達到分離。在實際生產(chǎn)中，連續(xù)流層析可獲得更高的產(chǎn)量，且成本更低，這是通過降低Protein A 填料用量和緩沖液消耗量實現(xiàn)的，由于操作穩(wěn)定，其可更好地保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，并顯著提高下游純化的產(chǎn)量。傳統(tǒng)色譜分離方式通常是單一色譜柱序列上樣和洗脫，這就明顯限制了介質(zhì)的利用程度，而連續(xù)色譜層析技術(shù)平行采用多根色譜柱平行上樣和洗脫，這種連續(xù)上樣的方式無疑能夠最大化介質(zhì)的利用率。

連續(xù)色譜層析技術(shù)示意圖

盡管傳統(tǒng)色譜分離技術(shù)被廣為采用，但其仍存在一系列問題亟待解決：

• 溶劑消耗量大，綜合生產(chǎn)成本居高不下；

• 填料使用量大，單位填料產(chǎn)出少，工業(yè)化生產(chǎn)成本進一步提高；

• 某些低分離度品種分離受限，無法工業(yè)化；

• 對于某些特殊樣品（如手性藥物），沒有太好的解決辦法等等。

然而連續(xù)色譜分離技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)物料連續(xù)使用，應(yīng)用同等規(guī)模的填料和溶劑卻可大幅度提高樣品處理量，對于某些化學結(jié)構(gòu)相類似的成分，仍然能夠獲得較理想的分離度和樣品回收率。該技術(shù)主要能夠很好地解決大、小分子原料藥、功能糖等的連續(xù)化分離問題，在降低緩沖液用量的同時，提高填料利用率，高效降低生產(chǎn)成本，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石油化工、食品工程和生物化工等領(lǐng)域，如：

• 糖醇類分離：果葡糖漿、菊粉、低聚果糖、海藻糖、阿拉伯糖、木糖醇、核糖等；

• 手性藥物和天然產(chǎn)物分離：紫杉醇、魚油、芍藥苷、大豆卵磷脂、氟西汀、酮洛芬等；

• 精細化工：香精香料、色素、不飽和脂肪酸等；

• 石化：PX及其類似物、碳五碳六中正異構(gòu)烷烴等；

• 生物大分子：蛋白多肽（親和層析）、核酸等。

 

理想的連續(xù)色譜層析介質(zhì)：UniMab Protein A親和層析介質(zhì)

傳統(tǒng)間歇式色譜（左）新型連續(xù)色譜（右）洗脫概念圖

在傳統(tǒng)間歇式色譜法中，實驗者只能采用單根色譜柱進行分離純化，上樣時只能序列式上樣洗脫，這種方法雖然適合于絕大多數(shù)分離純化，但其對于純化介質(zhì)的利用率并不高；在新型的連續(xù)色譜層析法中，實驗者可以同時平行使用多根色譜柱并進行上樣和洗脫，整個洗脫過程處于不間斷的持續(xù)進行中，這種方法可以確保使用更少的緩沖液來最大化填料的利用率，目前已經(jīng)證實這種新型色譜層析方案在手性和糖類化合物分離方面非常有效，尤其在單抗捕獲方面經(jīng)實際驗證效果良好。單分散UniMab 親和介質(zhì)由于具備諸如粒徑均一、柱效高、柱與柱重復性好，且機械強度高、反壓低，在高流速下載量高等一系列獨特優(yōu)點，正好滿足連續(xù)色譜高流速的要求。

連續(xù)色譜應(yīng)用單分散UniMab大幅提高生產(chǎn)效率和介質(zhì)利用率

單分散UniMab層析介質(zhì)與多分散軟膠基質(zhì)介質(zhì)的生產(chǎn)效率和介質(zhì)利用效率對比

由于新型的連續(xù)色譜層析相對傳統(tǒng)色譜層析具有諸多明顯優(yōu)勢，能夠帶來更高的生產(chǎn)效率和介質(zhì)利用率，在實際應(yīng)用過程中上述特點也得到了印證。如上圖，連續(xù)色譜層析比傳統(tǒng)色譜層析具有更高的生產(chǎn)效率和介質(zhì)利用效率，而單分散UniMab層析介質(zhì)相對于多分散軟膠介質(zhì)在絕大多數(shù)保留時間下均表現(xiàn)出更高的生產(chǎn)效率和介質(zhì)利用率，并且可很明顯地看出不論新型連續(xù)色譜層析還是傳統(tǒng)色譜層析，單分散介質(zhì)相對于多分散介質(zhì)都具有極為明顯的優(yōu)勢。

連續(xù)色譜應(yīng)用單分散UniMab大幅降低流動相消耗，高效環(huán)保

單分散和多分散體系介質(zhì)色譜洗脫示意圖

得益于納微精準制造的單分散介質(zhì)，UniMab親和層析介質(zhì)相對于軟膠基質(zhì)親和介質(zhì)在裝柱后的洗脫過程中表現(xiàn)出更良好有序的洗脫行為，渦流擴散、縱向擴散和傳質(zhì)阻力均有顯著降低，因此單分散體系在洗脫過程中更容易獲得高柱效、低反壓等理想色譜性能。如下圖，連續(xù)色譜比傳統(tǒng)色譜更節(jié)省緩沖液消耗量，且單分散UniMab親和介質(zhì)比多分散軟膠親和介質(zhì)更能顯著降低緩沖液消耗量，此舉不僅節(jié)約了人力物力的投入成本，更省去了較多后期廢液處理等環(huán)保成本�？梢哉f，單分散色譜填料當屬現(xiàn)代制藥業(yè)分離純化的理想選擇。

單分散和多分散親和層析介質(zhì)洗脫緩沖液消耗數(shù)據(jù)對比圖

連續(xù)色譜應(yīng)用10個生產(chǎn)批次的單分散UniMab介質(zhì)純化單抗的色譜重現(xiàn)性極佳

10批次單分散UniMab介質(zhì)純化單抗色譜圖重復性對比

 

10批次單分散UniMab介質(zhì)純化單抗數(shù)據(jù)統(tǒng)計（每批次介質(zhì)產(chǎn)量高達100L）

如上圖上表，通過對十個生產(chǎn)批次親和介質(zhì)在單抗色譜分離純化方面進行的重復性考察，可以明顯地看出單分散UniMab親和介質(zhì)在單抗分離純化中保持著理想的色譜重現(xiàn)性，親和介質(zhì)穩(wěn)定性狀態(tài)較理想，將為企業(yè)及科研院所的生產(chǎn)工藝優(yōu)化放大和分離純化研究帶來諸多便利。從某種意義上，能夠?qū)崿F(xiàn)在最大程度上確保生產(chǎn)研究高效開展，把對人力物力等生產(chǎn)資源的消耗降到最低。

連續(xù)色譜應(yīng)用單分散UniMab和多分散軟膠介質(zhì)純化數(shù)據(jù)概覽

單分散UniMab和多分散軟膠介質(zhì)純化數(shù)據(jù)統(tǒng)計

總而言之，我們在實驗中發(fā)現(xiàn)通過雙柱連續(xù)上樣可實現(xiàn)蛋白高效捕獲，顯著提高介質(zhì)利用度，提高時空產(chǎn)率，減少緩沖液消耗，特別適合Protein A親和捕獲單抗。如上表，在單抗純化純度、回收率和HCP等三項數(shù)據(jù)來看，單分散UniMab和多分散軟膠介質(zhì)的色譜性能表現(xiàn)基本一致，但在單抗生產(chǎn)效率、層析介質(zhì)利用率和緩沖液節(jié)約率等方面，單分散UniMab卻表現(xiàn)出更加顯著的優(yōu)越性，這些明顯的優(yōu)勢將在很大程度上提高制藥企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，節(jié)約大量生產(chǎn)資料的成本投入和環(huán)保成本，確保用戶可以更加高效快捷地進行單抗分離純化生產(chǎn)或研究。

文末，小編愿再給各位讀者簡單概括一下納微Protein A親和層析介質(zhì)的一些顯著優(yōu)勢，可以說正是因為納微科技本著創(chuàng)新研究的宗旨，才為大家?guī)�來了一款性能如此�?yōu)越的Protein A親和層析介質(zhì)。如果您對我們的產(chǎn)品感興趣的話，歡迎撥打熱線電話聯(lián)系我們?yōu)槟�提供更詳細的產(chǎn)品信息或試用裝。

• 高機械強度，高流速下動態(tài)載量高，可以大幅提高生產(chǎn)效率

• 耐堿性良好，可以滿足CIP&SIP要求

• 使用壽命長，生產(chǎn)成本較低

• 緩沖液使用量顯著降低，進一步縮減生產(chǎn)成本

• 回收率高，目標抗體純度高，低HCP殘留和Protein A配基脫落等優(yōu)異分離純化性能

• 世界首個可大規(guī)模生產(chǎn)的單分散Protein A親和層析介質(zhì)，是理想的連續(xù)層析介質(zhì)

 

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備注：此文部分實驗數(shù)據(jù)由浙江大學林東強教授提供。