Estudio sobre la sustitución de la cromatografía en columna tradicional por cromatografía de membrana para la purificación de anticuerpos monoclonales

La cromatografía de lecho compacto- tradicional es madura y confiable, pero está limitada por limitaciones como la baja eficiencia de difusión, la alta contrapresión y las velocidades de procesamiento lentas, lo que hace que sea cada vez más difícil seguir el ritmo de la productividad en continuo aumento de los procesos anteriores. Recientemente, un estudio publicado enProgreso de la biotecnologíaha aportado un avance potencial a la industria: con sus ventajas de productividad excepcionalmente alta y durabilidad robusta, la cromatografía de membrana puede convertirse en una alternativa eficaz a la cromatografía de lecho empaquetado-y remodelar fundamentalmente el panorama de la purificación de mAb posteriores.

Antecedentes de la investigación

 

El estudio evaluó sistemáticamente varios tipos de dispositivos de cromatografía de membrana, incluidas las membranas de intercambio iónico-y de afinidad por proteína A, y realizó una comparación exhaustiva con la cromatografía de lecho compacto- tradicional en múltiples dimensiones, incluida la capacidad de unión, la eliminación de impurezas, la vida útil y el rendimiento general de la purificación. Se seleccionaron tres proteínas recombinantes para el estudio-un anticuerpo monoclonal (mAb) y dos Fc-proteínas de fusión-que cubren todo el proceso de purificación posterior, desde la captura hasta el pulido. Los resultados clave de la prueba son los siguientes:

 

1. Paso de captura: cromatografía de membrana de proteína A - alta capacidad de unión en tiempos de residencia cortos

La cromatografía de proteína A es un paso crítico en la captura de mAb. El estudio evaluó el rendimiento de cuatro membranas de proteína A (tres productos comerciales y un prototipo de membrana) frente a dos resinas de lecho -empaquetadas de referencia:

• Excelente capacidad de unión dinámica (DBC):Dos membranas alcanzaron valores de DBC superiores a 50 g/l. Algunas membranas mantuvieron capacidades de unión de 35 a 65 g/l incluso con un tiempo de residencia extremadamente corto de 0,2 min, comparable a las resinas de lecho empaquetado- tradicionales (37 a 55 g/l).
• Aumento espectacular de la productividad:El tiempo de residencia de la cromatografía de membrana fue sólo 1/6–1/30 del de la cromatografía en columna tradicional (0,13–0,33 min frente a . 2–6 min), lo que resultó en unAumento de 12 a 35 veces en la productividad del procesamiento por lotes.
• Recuperación estable:La recuperación de proteínas superó el 85% para todos los dispositivos de membrana. La membrana GORE logró la recuperación más alta del 96%, esencialmente comparable a las resinas de lecho empaquetado- tradicionales (94–98%).
• Limitaciones a considerar:La cromatografía de membrana produjo un volumen de elución.1,4 a 5 veces mayorque las resinas de lecho-envasadas tradicionales, mientras que el aclaramiento de HCP fue ligeramente inferior. Para algunas membranas, los niveles de HCP en el eluido alcanzaron las 7000 ppm, en comparación con las 4700 ppm de las resinas de lecho - empaquetadas tradicionales. Por lo tanto,Es posible que se requieran pasos de pulido adicionales para compensar esta limitación..

 

2. Paso de pulido: intercambio iónico-/membranas multimodales - eliminación eficiente de impurezas con procesamiento rápido

El objetivo principal del paso de pulido es eliminar impurezas residuales, como agregados de alto{0}}peso molecular-(HMW) y proteínas de la célula huésped (HCP). El estudio evaluó tres tipos de cromatografía de membrana: membranas de intercambio aniónico (AEX), de intercambio catiónico (CEX) y multimodales (MM).

• Récord-de productividad:El tiempo de residencia para la cromatografía de membrana fue sólo0,17 minutos, en comparación con2 a 4 minutospara cromatografía en columna tradicional, lo que representa unaReducción de 12 a 24 veces en el tiempo de residenciay un aumento dramático en la eficiencia del procesamiento.
• Eliminación de impurezas comparable a la cromatografía en columna tradicional:Cromatografía de membrana lograda.Factores de eliminación de HMW de 4,2 a 5,5, acercándose al rendimiento de la resina Capto Adhere (6). ElEl factor de eliminación del HCP alcanzó hasta 60, y algunas membranas superan a la cromatografía de lecho-empaquetado tradicional.
• Recuperación competitiva de proteínas:La mayoría de las membranas logradasrecuperaciones de proteínas superiores al 90%, y para algunas proteínas de fusión Fc-, la recuperación fue incluso mayor que la obtenida con la cromatografía en columna tradicional.

 

3. Validación completa del proceso-: la cromatografía de membrana permite una purificación de alta-pureza

El estudio estableció unaProceso de purificación integrado-basado en membranas que combina la captura de proteína A con el pulido.y lo compararon directamente con un proceso de cromatografía de lecho-compacto convencional:

• Rendimiento de alta-pureza:Tras el proceso de purificación completo basado en membrana-, los niveles de HCP en las proteínas de fusión Fc-se redujeron apor debajo de 50 ppm, con agregados (especies de APM) enMenor o igual al 0,5%. Para el anticuerpo monoclonal, el HCP se redujo a226 ppm, con agregados en1.0%, acercándose al rendimiento del proceso de cromatografía de lecho empaquetado-convencional (11 ppm de HCP y 0,7 % de áridos).
• Mayor recuperación general:Se alcanzó la recuperación global de la proteína de fusión Fc-89%, que fue19% más altoque el del proceso de cromatografía de lecho-compacto convencional. Para el anticuerpo monoclonal, la recuperación fue73%, comparable al proceso de lecho empaquetado-convencional.
• Fuerte resistencia a las incrustaciones:La cromatografía de membrana demostró una mejor tolerancia a materias primas con altas cargas de impurezas y siguió siendo efectiva incluso cuando elLa concentración inicial de HCP alcanzó 150.000 ppm..

 

4. Vida útil: funcionamiento estable durante 100+ ciclos que cumplen con los requisitos de fabricación

La durabilidad de la membrana es un factor crítico para la aplicación industrial. El estudio evaluó la estabilidad de la membrana a través de201 ciclos operativos consecutivos:

• Ciclo de vida extendido:Siete de las ocho membranas terminadasmás de 100 ciclos, mientras que el prototipo de membrana multimodal (MM) alcanzó201 ciclossin una degradación significativa del rendimiento.
• Rendimiento estable:A lo largo del estudio de ciclismo,la recuperación de proteínas se mantuvo alrededor del 90%, sin una disminución significativa en el rendimiento de eliminación de HMW o HCP. Los perfiles de presión también se mantuvieron estables.
• Adecuado para aplicaciones de fabricación:La mayoría de las membranas eran capaces de soportaral menos un ciclo de producción completo, mientras que algunos podrían admitir varios lotes. Los aumentos de presión acumulados podrían mitigarse optimizando laestrategia de limpieza-in-in situ (CIP).

 

Aspectos técnicos destacados: ¿Por qué la cromatografía de membrana puede reemplazar la cromatografía en columna tradicional?

Las principales ventajas de la cromatografía de membrana se derivan de su estructura única de membrana plana-. En comparación con las resinas de cromatografía porosa convencionales, la cromatografía de membrana ofrece tres diferencias clave:

1. Mecanismo innovador de transferencia de masa:Las membranas dependen principalmente de la transferencia de masa por convección, lo que elimina la necesidad de que las proteínas se difundan en medios porosos. Esto reduce significativamente el tiempo de residencia y permite un procesamiento mucho más rápido.
2. Contrapresión significativamente menor:La estructura de hoja plana-proporciona una baja resistencia al flujo y puede admitir velocidades de flujo más altas, superando las limitaciones de contrapresión comúnmente asociadas con la cromatografía en columna tradicional.
3. Fuerte adaptabilidad del proceso:La cromatografía de membrana es compatible con la fabricación continua y puede igualar mejor la alta productividad de los procesos anteriores. Además, el tamaño más pequeño de su equipo y sus menores requisitos de medios de membrana pueden ayudar a reducir los costos generales de fabricación.

Por supuesto, la cromatografía de membrana también tiene ciertas limitaciones. Estos incluyenmayores volúmenes de elución, que requieren un consumo adicional de buffer; la necesidad de mejorar aún más la eliminación de impurezas para muestras difíciles comoanticuerpos biespecíficos (bsAbs); y disponibilidad limitada de algunos productos de membranas a gran escala de fabricación. Sin embargo, estos desafíos se pueden abordar gradualmente mediante el diseño optimizado del equipo, la incorporación de pasos de filtración en profundidad-adicionales y otras mejoras en el proceso.

Impacto en la industria: la fabricación de anticuerpos monoclonales entra en una era de purificación de alta-eficiencia

Los hallazgos de este estudio brindan a la industria biofarmacéutica una dirección clara para el avance tecnológico. Para los procesos de purificación de proteínas de fusión convencionales de mAb y Fc-que priorizan la alta productividad,La cromatografía de membrana tiene el potencial de reemplazar completamente la cromatografía en columna de lecho empaquetado tradicional.. Incluso para materias primas más complejas, una estrategia combinada que utilice cromatografía de membrana junto con resinas de cromatografía convencionales puede ayudar a lograr un equilibrio óptimo entre la eficiencia del procesamiento y la pureza del producto.

A medida que las tecnologías de materiales de membrana continúan avanzando, se espera que los desarrollos futuros reduzcan aún más el consumo de tampón y mejoren la escalabilidad, acelerando la industria biofarmacéutica haciafabricación continua, de alta-eficiencia y rentable-.

Para los fabricantes biofarmacéuticos,La adopción temprana y el despliegue estratégico de la cromatografía de membrana podrían convertirse en una ventaja competitiva importante en un mercado en evolución.