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層析技術(shù)是供制造商使用的功能zui強(qiáng)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(duì)無(wú)雜質(zhì)的蛋白質(zhì)、病毒、核酸、酶和酶抑制物不斷增長(zhǎng)的需求，生產(chǎn)廠家必須意識(shí)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(duì)層析工藝趨勢(shì)和技術(shù)進(jìn)行了探討。
定制層析
目前有大量不同來(lái)源的基于重組細(xì)胞的治療方法，包括哺乳動(dòng)物和非哺乳動(dòng)物細(xì)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(gè)性化，以達(dá)到zui高的效能。在某些情況下，藥物純化過(guò)程可能包含多達(dá) 6 個(gè)獨(dú)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(duì)重組細(xì)胞治療性藥物的生產(chǎn)廠家而言，柱層析是下游生產(chǎn)過(guò)程中zui常用、也是功能zui強(qiáng)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(guò)濾等在內(nèi)的多種方法。隨著要求高劑量和長(zhǎng)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(lái)巨大壓力。通過(guò)擴(kuò)大柱層析設(shè)備實(shí)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(guò) 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(guò)去 10 年里柱層析有了許多創(chuàng)新，尤其是在自動(dòng)化和過(guò)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(dòng)化促進(jìn)柱層析科學(xué)發(fā)展的一個(gè)領(lǐng)域是裝填工序。將介質(zhì)裝填到層析柱中曾經(jīng)被認(rèn)為是一項(xiàng)需要熟練技巧、勞動(dòng)強(qiáng)度大的生產(chǎn)活動(dòng)，需要大量的操作培訓(xùn)才能保證一致性。但是，即使是受過(guò)*培訓(xùn)的人員，人工填料都不可避免地會(huì)導(dǎo)致不定因素，并可能破壞批次生產(chǎn)的重復(fù)性。對(duì)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(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)品純度和產(chǎn)率就會(huì)受影響。zui糟的是，該批生產(chǎn)會(huì)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(dòng)原位裝填技術(shù)，在裝填過(guò)程通過(guò)獨(dú)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(lái)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(dòng)原位裝填的另一優(yōu)點(diǎn)是使整個(gè)過(guò)程更加符合衛(wèi)生要求，因?yàn)椴僮鲉T使用的是全封閉系統(tǒng)。所有裝填和在位清潔 （CIP） 工序無(wú)需拆卸柱頭，消除了生產(chǎn)過(guò)程中的污染風(fēng)險(xiǎn)，并且在某些情況下還可防止操作員在處理生物危險(xiǎn)性物品時(shí)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(lái)更大壓力?，F(xiàn)在，有超過(guò) 70% 的新型柱層析操作設(shè)備采用原位裝填系統(tǒng)。
改進(jìn)過(guò)程控制和監(jiān)測(cè)
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(duì)流動(dòng)壓縮裝填操作。液壓線性傳動(dòng)裝置已整合入柱系統(tǒng)中，以準(zhǔn)確的控制作用于填料床壓縮軸的動(dòng)力。壓力表監(jiān)測(cè)柱中的液壓值，當(dāng)柱頭接觸到形成的柱床時(shí)就將其鎖定。每次進(jìn)行裝填時(shí)，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(cè)柱內(nèi)填料床的密度，此項(xiàng)工作迄今為止多半是在猜測(cè)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(huì)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(cè)器對(duì)層析柱中的柱床壓縮、流動(dòng)組成和可溶成份的存在非常敏感。超聲波可檢測(cè)層析柱使用之前所記錄和驗(yàn)證的“實(shí)時(shí)”組成數(shù)據(jù)，與來(lái)自裝填工作站的動(dòng)態(tài)反饋控制，能幫助確保在使用之前裝填的一致性和準(zhǔn)確性。
膜層析帶來(lái)高動(dòng)態(tài)產(chǎn)率
過(guò)去幾年，作為一項(xiàng)可供替代的技術(shù)，離子交換膜層析取得了重大進(jìn)展。在許多應(yīng)用中，膜層析在速度和工藝經(jīng)濟(jì)性方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。這項(xiàng)技術(shù)是采用多孔膜，并在膜表面鍵合活性化學(xué)基團(tuán)。膜層析之所以帶來(lái)高動(dòng)態(tài)產(chǎn)率，是因?yàn)槠淇捉Y(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可通過(guò)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(kāi)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(duì)流孔促使物質(zhì)傳遞快速而且有效，因?yàn)榱黧w流動(dòng)直接穿過(guò)膜孔，沒(méi)有擴(kuò)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(guò)擴(kuò)散力才能達(dá)到。大分子和病毒無(wú)法擴(kuò)散到這些孔隙中，僅與填料外表面位點(diǎn)結(jié)合。與柱層析相比，無(wú)擴(kuò)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室規(guī)模的設(shè)備用于研究和方案優(yōu)化。對(duì)于生產(chǎn)廠家而言，它們的應(yīng)用非常靈活，因?yàn)槟芙?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(yàn)的問(wèn)題，大大加快了生產(chǎn)速度并且減少了勞動(dòng)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(shì)。在基因治療載體的純化方面，膜層析日益被認(rèn)為是一項(xiàng)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(shí)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(xì)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(shí)施。FDA 和 EMEA批準(zhǔn)了采用膜層析來(lái)純化 Aldurazyme?，這是 BioMarin Pharmaceuticals 生產(chǎn)的酶替代治療藥物。
當(dāng)與基于膜的分子排阻超濾過(guò)程一起使用時(shí)，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(jìn)行 DNA 分批檢測(cè)，成為蛋白質(zhì)藥物生產(chǎn)中的一個(gè)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(duì)人類健康影響的意義上來(lái)說(shuō)，失敗的代價(jià)極其高昂。通過(guò)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(wàn)美元。這是一個(gè)*但又很有說(shuō)服力的例子，說(shuō)明了新的層析技術(shù)如何幫助生產(chǎn)廠家應(yīng)對(duì)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(xì)的分析層析技術(shù)給市場(chǎng)帶來(lái)的一些全新的和改良的創(chuàng)新。
