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層析技術(shù)是供制造商使用的功能zui強大的純化工具之一，廣泛應(yīng)用于多種行業(yè)。就生物制藥工業(yè)而言，*的層析技術(shù)正在幫助制藥廠家解決所面臨的一些巨大的產(chǎn)能挑戰(zhàn)。為了滿足生物制藥對無雜質(zhì)的蛋白質(zhì)、病毒、核酸、酶和酶抑制物不斷增長的需求，生產(chǎn)廠家必須意識到需不斷增加層析技術(shù)在藥物純化方面的應(yīng)用。本文針對層析工藝趨勢和技術(shù)進行了探討。
定制層析
目前有大量不同來源的基于重組細胞的治療方法，包括哺乳動物和非哺乳動物細胞、轉(zhuǎn)基因牛奶，以及玉米和煙草類植物。這樣的多樣性就要求層析工藝的個性化，以達到zui高的效能。在某些情況下，藥物純化過程可能包含多達 6 個獨立的層析步驟。慶幸的是，新的創(chuàng)新和*的工程技術(shù)可以幫助生產(chǎn)廠家根據(jù)具體應(yīng)用定制適合的解決方案。
對重組細胞治療性藥物的生產(chǎn)廠家而言，柱層析是下游生產(chǎn)過程中zui常用、也是功能zui強大的純化方法，可采用包括親和、離子交換、疏水作用以及金屬螯合和凝膠過濾等在內(nèi)的多種方法。隨著要求高劑量和長期監(jiān)管的藥物數(shù)量不斷增加，要以更快的速度增加產(chǎn)量以滿足需求，這已為廠商帶來巨大壓力。通過擴大柱層析設(shè)備實現(xiàn)產(chǎn)能增加，目前生產(chǎn)中所使用的zui大層析柱直徑超過 2 米，而且在某些生產(chǎn)設(shè)備中可能還需要更大的層析柱。
層析柱裝填的發(fā)展
在過去 10 年里柱層析有了許多創(chuàng)新，尤其是在自動化和過程控制領(lǐng)域。用于流體傳送和數(shù)據(jù)采集的新式控制器以及*的處理系統(tǒng)都提高了柱層析的可靠性和重現(xiàn)性。
自動化促進柱層析科學(xué)發(fā)展的一個領(lǐng)域是裝填工序。將介質(zhì)裝填到層析柱中曾經(jīng)被認為是一項需要熟練技巧、勞動強度大的生產(chǎn)活動，需要大量的操作培訓(xùn)才能保證一致性。但是，即使是受過*培訓(xùn)的人員，人工填料都不可避免地會導(dǎo)致不定因素，并可能破壞批次生產(chǎn)的重復(fù)性。對任何管制藥品的研發(fā)而言，重復(fù)性是非常關(guān)鍵的，而且在某些情況下，若層析柱裝填沒有達到標準，產(chǎn)品純度和產(chǎn)率就會受影響。zui糟的是，該批生產(chǎn)會遭到破壞，導(dǎo)致成本大幅超支和生產(chǎn)停工。
層析柱裝填的突破在于采用自動原位裝填技術(shù)，在裝填過程通過獨立的裝填工作站，重懸介質(zhì)并泵入組裝好的柱內(nèi)。原位裝填有利于介質(zhì)均勻裝填到柱內(nèi)，帶來更好的分辨率和產(chǎn)率。它還確保了更穩(wěn)定的填充床，從而提高了批次間的一致性。
自動原位裝填的另一優(yōu)點是使整個過程更加符合衛(wèi)生要求，因為操作員使用的是全封閉系統(tǒng)。所有裝填和在位清潔 （CIP） 工序無需拆卸柱頭，消除了生產(chǎn)過程中的污染風(fēng)險，并且在某些情況下還可防止操作員在處理生物危險性物品時受到傷害。
隨著高產(chǎn)量的要求，重裝層析柱日益頻繁，給保持柱裝填的一致性帶來更大壓力?，F(xiàn)在，有超過 70% 的新型柱層析操作設(shè)備采用原位裝填系統(tǒng)。
改進過程控制和監(jiān)測
zui近用于層析柱裝填的液壓控制方面的創(chuàng)新非常利于提高生產(chǎn)的一致性和可靠性，特別是對流動壓縮裝填操作。液壓線性傳動裝置已整合入柱系統(tǒng)中，以準確的控制作用于填料床壓縮軸的動力。壓力表監(jiān)測柱中的液壓值，當柱頭接觸到形成的柱床時就將其鎖定。每次進行裝填時，控制液壓值，使它保持相同，有助于確保柱床密度*化和介質(zhì)性能zui大化。它還提高了批次間的重復(fù)性。
柱層析zui重要的發(fā)展之一是采用超聲波技術(shù)監(jiān)測柱內(nèi)填料床的密度，此項工作迄今為止多半是在猜測下完成的。盡管仍處于發(fā)展階段，但以超聲波輔助層析柱裝填的應(yīng)用遲早會商業(yè)化。其性能直接決定了它具有很大的潛力，可以為操作員判斷層析柱的裝填情況提供的工具。
超聲波檢測器對層析柱中的柱床壓縮、流動組成和可溶成份的存在非常敏感。超聲波可檢測層析柱使用之前所記錄和驗證的“實時”組成數(shù)據(jù)，與來自裝填工作站的動態(tài)反饋控制，能幫助確保在使用之前裝填的一致性和準確性。
膜層析帶來高動態(tài)產(chǎn)率
過去幾年，作為一項可供替代的技術(shù)，離子交換膜層析取得了重大進展。在許多應(yīng)用中，膜層析在速度和工藝經(jīng)濟性方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。這項技術(shù)是采用多孔膜，并在膜表面鍵合活性化學(xué)基團。膜層析之所以帶來高動態(tài)產(chǎn)率，是因為其孔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可通過化學(xué)修飾鍵合帶電的親水聚合物。與常規(guī)的層析填料相比，開放的孔結(jié)構(gòu)能為生物分子結(jié)合提供更多可供使用的表面積。對流孔促使物質(zhì)傳遞快速而且有效，因為流體流動直接穿過膜孔，沒有擴散流限制。
膜層析已成功應(yīng)用于生產(chǎn)規(guī)模中DNA、蛋白質(zhì)和病毒的捕獲和去除。拋棄型的裝填好的層析膜柱，其去除雜質(zhì)的速度是柱層析的 100 倍。在柱層析中可供結(jié)合的表面積大多包含于填料孔結(jié)構(gòu)中，只有通過擴散力才能達到。大分子和病毒無法擴散到這些孔隙中，僅與填料外表面位點結(jié)合。與柱層析相比，無擴散流限制的膜層析在 去除DNA、病毒、質(zhì)粒等方面高出10~100倍。膜層析同樣可以線性放大，這是生產(chǎn)廠家把產(chǎn)品從實驗室規(guī)模放大到生產(chǎn)規(guī)模需要考慮的關(guān)鍵因素。
膜層析可做成拋棄型或重復(fù)使用型。小型的實驗室規(guī)模的設(shè)備用于研究和方案優(yōu)化。對于生產(chǎn)廠家而言，它們的應(yīng)用非常靈活，因為能經(jīng)常作為精純步驟添加到現(xiàn)有的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。由于膜層析是一次性使用的，因此不存在清潔或清潔檢驗的問題，大大加快了生產(chǎn)速度并且減少了勞動力和緩沖液成本。
基因載體和病毒的處理
在捕獲大分子方面，膜層析比柱層析更加有效，這在需要捕獲小型質(zhì)粒 DNA 或病毒的大規(guī)模生產(chǎn)中特別有優(yōu)勢。在基因治療載體的純化方面，膜層析日益被認為是一項可行性技術(shù)。帶正電荷的Q膜可有效結(jié)合大小為23kb的質(zhì)粒DNA，同時膜層析的快速處理可以有效分離不穩(wěn)定的大分子質(zhì)粒。
Q 化學(xué)性膜已經(jīng)證明每毫升體積能結(jié)合1013 腺病毒顆粒，并且研究表明，在腺病毒和慢性病毒的純化中，其載量也類似。
DNA 和病毒的去除
膜層析可有效地去除模型病毒，比如豬細小病毒、甲型肝炎病毒、鼠白血病病毒和偽狂犬病病毒，去除效率為104和107。
在具有代表性的案例中，膜層析作為純化后期精純步驟獲得了成功的實施。FDA 和 EMEA批準了采用膜層析來純化 Aldurazyme?，這是 BioMarin Pharmaceuticals 生產(chǎn)的酶替代治療藥物。
當與基于膜的分子排阻超濾過程一起使用時，膜層析按 FDA 和 EMEA 規(guī)定，提供病毒去除的正交法。這使 BioMarin 免于進行 DNA 分批檢測，成為蛋白質(zhì)藥物生產(chǎn)中的一個里程碑。而且，除了每批生產(chǎn)平均節(jié)省 2000 美金以外，BioMarin 已經(jīng)大大減少了生產(chǎn)批次失敗的可能性，從對人類健康影響的意義上來說，失敗的代價極其高昂。通過廣泛采用與此類似的工藝，生物制藥公司在單克隆抗體類和重組蛋白藥物的生產(chǎn)中可節(jié)省數(shù)千萬美元。這是一個*但又很有說服力的例子，說明了新的層析技術(shù)如何幫助生產(chǎn)廠家應(yīng)對生產(chǎn)和監(jiān)管挑戰(zhàn)。
在層析系列的其他文章中，我們將更詳細的分析層析技術(shù)給市場帶來的一些全新的和改良的創(chuàng)新。
