[发明专利]逆流切向色谱的方法及装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是PCT申请并且要求于2009年3月14日提交的发明名称为“逆流切向色谱的方法、系统及装置”的第12/404,299号美国申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体涉及色谱。更具体地，本发明涉及利用逆流来促进期望产物的分离并且提高整个色谱处理的效率的切向色谱的方法、系统及装置。

背景技术

以单克隆抗体类及其他蛋白质为主的新药品生产已有显著且持续的增长，每年约为15-20％。该增长归因于扩张药品渠道以及更有效的细胞系和生物反应器增长优化。生物生产的年成本当前估计为26亿美元。药品制造商必须进行的最显著投资之一为色谱处理(每年约30％或8.5亿美元)。

色谱是药品生产的构成部分；其在生物技术工业中的目的在于从污染物质从纯化产物蛋白质。业界已开始意识到用于纯化产物蛋白质的色谱步骤的效率不再跟得上生产需求。对此存在多个原因：

首先，在过去30年中未对柱型色谱处理进行任何显著的改进-产业中的大部分工作着重于新树脂研发。值得注意的例外是业界近来采用的膜色谱。

第二，在同一时期内上游技术发生了惊人的改进-生物反应器更大(达到20,000升)，并且滴定率高得多(较之五年前的1-2g/L，达到15g/L)。由于较长的发酵时间，在生物反应器流出物溶液中通常存在更多的杂志。所有上述原因导致对下游纯化的更重的负荷。

第三，柱型色谱具有固有的物理局限性。直径大于2米的柱无法按比例扩大。市场中最大的柱具有2米直径和40厘米底座高度。它们适合1,250L的树脂。假定为树脂的30g/L的粘合容量(对于单克隆抗体类的普遍的蛋白A树脂的容量)，单个循环可粘合38kg。具有10g/L的输出的20,000L生物反应器将产生200kg的负荷。这意味着市场中最大的柱不得不运行至少6个全循环来加工单批。操作会占用24小时并且会导致对制造工艺的显著瓶颈。

最后，在现有的市场中，制造工艺中的一次性正得到普及。一次性加工步骤节约劳力、不需要清洁验证并且对于制造全体人员而言较易于运作。大多数下游工艺中已大幅具有一次性系统。这些是-生物反应器(达到2,000L容积，Xcellerex公司)、微孔过滤(来自Pall公司的KleenPak TFF技术)、深度过滤(POD，Millipore公司)、无菌过滤(所有主要制造商)、切向流过滤(所有主要制造商)以及膜色谱(Mustang，Pall公司，Sartobind和Sartorius公司)。柱型色谱技术由于其固有的局限性而无法成为一次性趋向的一部分。因此，当前不能具有完全一次性的下游工艺-纯化链必须包括无法成为一次性的色谱步骤。

因此，本发明发明人意识到目前技术水平的突破将包括对上述问题的解决方案。已意识到的是业界需要1)更大规模的操作；2)更快的加工时间；3)一次性；4)介质/树脂费用的减少；以及5)固定设备投资的减少。

在此背景下提出了本发明的各实施例。

发明概述

因此，本发明的一个实施例是可量的、可靠的且为一次性的技术，其使用再循环原理来显著增加处理效率、增加操作规模并且降低树脂成本。

在本发明中，用由两个或更多个连通的切向流动过滤器和静态混合器组成的模块替代色谱柱。色谱树脂单程地流过该模块，同时对树脂进行类似于常规色谱处理的操作(粘合、洗涤、洗脱、再生以及平衡)。沿着树脂流动的逆流方向将用于这些操作的缓冲剂泵送到所述模块中，并且将来自稍后阶段的渗透物溶液反向循环到先前阶段中。这沿着树脂流动的逆流方向在所述切向流动过滤器的渗透物溶液中产生浓度梯度，从而节约缓冲剂容积并且提高处理效率。来自粘合、洗涤、平衡以及再生操作的渗透物溶液被废弃。来自洗脱操作的渗透物溶液是被收集到单独产物罐中的纯化产物流。