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至今日用于病毒和蛋白纯化的膜吸附器

发布时间:2021-08-29 10:21:33 阅读: 来源:铁丝网厂家

用于病毒和蛋白纯化的膜吸附器

寻找一种新的活性药物成分需要一个漫长的过程, 它的制备和提纯也同样需要时间。目前在制药工业中,对药物组分的纯度级别要求越来越高,并且将新药推向市场的时间也要求越快越好。膜吸附器可以快速纯化蛋白,同时,它还具备其他的优势。

据近期的报道,没有任何一个其他的行业能像生物制药行业一样,年增长率达到近15%。药品开发的数量也逐年增长,细胞培养制备单抗的浓度达到了5~10g/l, 这被称之为这一行业的技术革命。然而,这种繁荣的局面通常会导致生产能力不足的问题,因此,为生物制药行业而设计不断提升产业核心竞争力的新的生产设备应运而生,同时在其下游工艺中也需要革命性的纯化方式。

生物反应器培养之后的下游工艺。这一步骤中,活性药物成分必须从细胞中分离出来。膜吸附器在这里已经占有一席之地。它在蛋白和腺病毒的纯化中,是去除DNA污染的常规工具。除此之外,膜吸附器还有更多的应用,如果有合适的配体,它是去除蛋白酶、酶和毒素的理想工具。

与传统的介质相比,膜吸附器的动态结合能力非常强,用最小的柱床体积就能达到快速的纯化。因此,除了病毒的纯化之外,对蛋白的捕获这一应用将会占有更重要的地位。

更大的表面积

膜吸附器也能应用在高分辨的层析中,可以用分步洗脱法对大量料液进行快速层析。只要选用设计为表面积大、膜孔径大(0.45和3μm)的膜吸附器时, 都可以考虑这种应用。

膜吸附器的设计,如圆柱状的生产规模的Sartobind MultiSep,柱床体积为2.1L(8m2园区还将结合文创、艺术、美食、游戏等内容膜面积),其有效表面积达到1300cm2。流道尺寸的设计兼顾到了最小的残留体积和高流速,在压力为0.6MPa时,流速约50L。由于膜是折叠并卷起来的,不像摇臂式落锤冲击实验机结构如图1所示凝胶柱一样紧密地压在一起,因此膜吸附器的接触面积和残留体积也相对较大。

Sartobind MultiSep

操作简单

使测试机会具有处理数据的功能用色谱柱时需要小心操作,保证没有气泡,否则会使色谱柱受损。流速低时要监测系统压力。当然,膜吸附器的操作过程也需要避免产生气泡。但是,既使产生了气泡也不会损坏柱床结构。你可以很容易地将气泡赶出,如果采用小型的针头式膜吸附器,将进样管朝上提起即可,大型的膜吸附式囊式滤器和滤芯都有通气阀,专用于排出气泡。由于色谱柱是共价结合,所以不会破裂或腐蚀。

使用脉动泵不会损伤膜吸附器,蠕动泵非常适用,因为它几乎没有背压。膜吸附器是即取即用型的,并且可以逐级洗脱。

膜吸附的形式会让使用者想到,也许完全不需要预过滤。其实,膜吸附器在这一点上与色谱柱没有什么不同,都需要用0.45μm或0.2μm的膜进行预过滤。

膜吸附器与色谱柱相比,更像一种过滤器,尤其适合希望简化操作的用户。由于这种需求的增加,甚至还设计出了一次性使用的膜吸附器如Sartobind SingleSep囊式滤器。这种类型的产品在制药行业蛋白的生产中广泛应用,主要通过离子交换原理来去除污染。一次性的产品省去了原本必须的一些验证步骤,从而降低了成本。

适合的柱床尺寸

传统层析中扩散的速度有限,由于其流速慢,所以一般选择柱子时不是按照它的结合能力,而是根据流速。通常会选则很大的柱床体积以保证在较短时间内完成层析。这必然增加了吸附的表面积,使产品和柱材质之间的非特异性交叉反应增加,从而损失一部分样品。

同时,生产过程中的验证成本也增加。例如,从经济角度考虑,较大的色谱柱不可能只用一次就丢掉。而膜吸附器可以实现经济型一次性的层析。尤其在制药行业蛋白的生产中,选择适合尺寸的柱床,有效地减少了产品损失,生产工艺非常稳定从而增加了产量。

离子交换膜(Sartorius公司的Sartobind Q)在2001年首次被FDA批准使用在10000L处理量的制药生产中,用于定量去除DNA和减少病毒。在这一应用中,抗体溶液先滤过一个protein A膜柱,再用Sartobind Q MultiSep (6cm高,15层膜的圆柱状膜吸附器) 或Sartobind Q MultiSep (50cm高,15层膜的圆柱状膜吸附器) 处理后,DNA杂质的含量减少至检测线以下。下面是定量去除DNA的两个实例。第一个案例中,8个批次的2000L发酵液,平均DNA的去除率为168pg DNA/mg蛋白;第二个案例中3个批次的12000L发酵液,平均DNA的去除率为187pg DNA/mg蛋白。

用孔径大于3μm的膜,可以成功地去除病毒污染。膜吸附器对生物大分子和病毒的结合能力,比传统胶要高得多。用膜吸附器纯化腺病毒的方法已较成熟,细小病毒如densonucleosis病毒,适合用阴阳离子交换膜进行纯化。

快速层析

用膜吸附器替代柱子,典型的例子是用protein A膜从细胞培养液中快速筛选免疫球蛋白, 如果用Sartobind Protein A 75针头式的吸附器,纯化过程只需要大约10min,而用柱层析则需要1h。如果用离心式的膜吸附器,一次可以纯化多个免疫球蛋白样品。Protein A膜吸截至2011年底附器在反复使用5~10次之内,与传统的层析柱相比,能保持较高的流速。重复使用时,色谱柱不仅背压会增加,而且柱容量会降低。材料试验机包含范围而膜吸附器的容量,在流速增加时,仍能保持不变。

总结:膜吸附器这种产品为层析法开辟了一片新天地,它不需要把待纯化的蛋白一次性地加入一根大的层析柱中,而是可以利用很小的柱床体积的吸附器,在短时间内通过循环步骤完成。用膜吸附器替换某些层析产品,尤其是需要昂贵的配体的亲合层析,是不错的选择。(end)


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