CHO(中國倉鼠卵巢細(xì)胞)是目前治療性蛋白藥物生產(chǎn)的首選細(xì)胞株。然而,在表達(dá)目的蛋白時,CHO細(xì)胞會產(chǎn)生大量雜質(zhì),其中宿主細(xì)胞蛋白(HCP)是一類主要的相關(guān)雜質(zhì)。即使含量很低,HCP也會對藥物的安全性和有效性產(chǎn)生影響。
HCP是由多種蛋白質(zhì)組成的混合物,等電點(diǎn)在4.5-7之間,不同蛋白對藥品的影響各不相同。
有一些蛋白水解酶類的HCP會引起重組蛋白的降解和聚集,從而影響產(chǎn)品質(zhì)量[1]。
另有一些HCP,如溶酶體磷脂酶A和磷脂酶B,會促進(jìn)聚山梨酯20(PS20)和聚山梨酯80(PS80)的降解[2]。
此外,在親和層析中,HCP會導(dǎo)致淋洗過程中產(chǎn)生不同程度的渾濁,可能影響層析填料的清洗和壽命[3]。
因此,降低HCP是生物藥品質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié),通常CHO表達(dá)生物制品的最終HCP含量需要控制在1-100 ppm。
在HCP控制中,常見的方法包括:控制上游培養(yǎng)細(xì)胞活率以降低HCP水平,優(yōu)化層析工藝去除HCP,調(diào)節(jié)低pH及回調(diào)參數(shù)去除HCP,以及通過添加深層過濾參數(shù)去除HCP。本文將重點(diǎn)探討深層過濾在HCP去除中的原理和應(yīng)用。
深層過濾的組成及去除原理
深層過濾通常由纖維素、助濾劑和合成樹脂組成。
纖維素為濾膜提供了良好的多孔和滲水性基架結(jié)構(gòu);
助濾劑與纖維基架結(jié)合,主要通過吸附特性輔助機(jī)械攔截機(jī)制對污染物起到攔截作用;
合成樹脂可以有效提高深層膜層的濕強(qiáng)度,且常含有季胺伯胺官能團(tuán),電位表現(xiàn)為正電性,可以通過靜電吸附去除異種電荷的相關(guān)雜質(zhì)。
深層膜較厚,通常為1.3-5 mm,內(nèi)部流道迂回曲折,其截留作用可通過直接攔截和慣性撞擊的機(jī)理高效去除顆粒物,達(dá)到澄清效果。
在HCP去除中,深層過濾也展現(xiàn)出良好的效果。去除原理通常被認(rèn)為是通過靜電吸附(陰陽離子交換)、疏水作用、氫鍵和分子間相互作用力吸附料液中的HCP分子。
影響HCP去除效率的因素
濾器材質(zhì)
不同濾器內(nèi)部配比及合成樹脂修飾不同,濾器的表面電位會有差別,因此所依賴的HCP去除原理也會有差別。
料液特性及緩沖液
深層濾器去除可溶性雜質(zhì)HCP的主要吸附作用機(jī)理,如靜電吸附和疏水作用吸附,都會受到料液中pH、離子類型和濃度的影響。例如,Negin等[4]研究發(fā)現(xiàn),在30 mM和150 mM PBS兩種buffer體系中,深層濾器對模型蛋白的吸附在更低的PBS濃度下更高。
此外,不同pH值下,深層濾器、目的蛋白、HCP所帶電荷也會不同,從而影響深層過濾的蛋白回收率和HCP去除效果。
對于不同的料液及HCP去除要求,除了測試不同材質(zhì)的深層濾器,還可以通過調(diào)整待過濾料液的pH和離子強(qiáng)度,以達(dá)到更好的回收率和HCP去除能力。
過濾參數(shù)
載量、濾速及連接方式都會對深層工藝中HCP的去除效率產(chǎn)生影響。隨著載量的升高,深層濾器對HCP的吸附會逐漸趨于飽和,因此在工藝開發(fā)過程中,應(yīng)注意不同載量下HCP的去除趨勢,根據(jù)需求選擇合適的載量。
此外,深層濾器串聯(lián)后去除HCP的效果大于并聯(lián)的去除效果,這可能是由于料液在濾器中間和邊緣濾速不同,串聯(lián)使得更多料液有效接觸過濾介質(zhì),從而產(chǎn)生了1+1>2的去除效果[3]。
深層過濾實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及操作
根據(jù)濁度選擇合適濾器,調(diào)節(jié)pH(pH 5-5.5)和電導(dǎo)(電導(dǎo)控制在5 mS/cm以內(nèi)),進(jìn)行深層濾器水沖洗去除TOC和顆粒物(100 L/m2),buffer平衡(20-30 L/m2),上樣(濾速120 LMH)并收集濾后料液(分段收集,每45 ml收集一次),頂洗,繪制載量和HCP去除效率關(guān)系,確定最終載量。
下圖是的PDE2深層濾器在HCP去除中的相關(guān)數(shù)據(jù):
Fig 1:抗體低pH后HCP去除效果
Fig 2:重組疫苗(CHO細(xì)胞表達(dá))親和層析后HCP去除效果
總的來說,在下游工藝中,隨著監(jiān)管對HCP含量的控制要求越來越高,對于一些特殊料液,單純依賴層析技術(shù)很難達(dá)到最終質(zhì)量要求,而在中間品中適當(dāng)添加深層工藝,反而會達(dá)到較好效果。
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