(57)【要約】  複数のビーズを使用する応用ラジアル技術クロマトグラフィのシステム及び方法であって、各ビーズが約250Å〜約5000Åの直径を有する1つ又は複数の孔を含み、各ビーズが約100pm〜約250pmの平均半径を有する、応用ラジアル技術クロマトグラフィのシステム及び方法を開示する。また、ラジアルフロークロマトグラフィカラムで使用するビーズを選択する方法、及びラジアルフロークロマトグラフィカラムを使用して非清澄化供給流を精製する方法を開示する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
各ビーズが1つ又は複数の孔を含む複数のビーズと、ビーズ間に形成された隙間チャネルとを含むラジアルフロークロマトグラフィカラムであって、
各孔が約250Å〜約5000Åの直径を有し、
複数のビーズの少なくとも約80%が約200pm〜約500pmの直径を有し、
ビーズが約100pm〜約250pmの平均半径Rを有する、
ラジアルフロークロマトグラフィカラム。
【請求項２】
ビーズが、ポリマー、ガラス、アルミナ、シリカ、制御多孔質ガラス(CPG)、セルロース、カプセル化鉄粒子、カプセル化CPG、又はカプセル化シリカで作製されている、請求項1に記載のラジアルフロークロマトグラフィカラム。
【請求項３】
ビーズがポリマービーズである、請求項2に記載のラジアルフロークロマトグラフィカラム。
【請求項４】
r<0.414Rを有するあらゆるビーズが除去されている、請求項1から3のいずれか一項に記載のラジアルフロークロマトグラフィカラム。
【請求項５】
r<0.225Rを有するあらゆるビーズが除去されている、請求項1から4のいずれか一項に記載のラジアルフロークロマトグラフィカラム。
【請求項６】
隙間チャネルが、四面体部位半径rtet=0.225R、八面体部位半径roct=0.414R、又は両方を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載のラジアルフロークロマトグラフィカラム。
【請求項７】
隙間チャネルが、最も狭いチャネル半径rcha=0.155Rを有する、請求項1から6のいずれか一項に記載のラジアルフロークロマトグラフィカラム。
【請求項８】
ビーズが単分散である、請求項1から3のいずれか一項に記載のラジアルフロークロマトグラフィカラム。
【請求項９】
ラジアルフロークロマトグラフィカラムで使用するビーズを選択する方法であって、a)供給流中に存在する成分に基づいて、狭い望ましいビーズ半径Rの範囲を特定する工程と、b)望ましいビーズの範囲外にある、所定の半径rのビーズを除去する工程と、c)望ましいビーズ範囲内のビーズ半径Rのパーセンテージを規定する工程とを含む、方法。
【請求項１０】
ビーズが、ポリマー、ガラス、アルミナ、金属、又は他の結晶性、半結晶性、若しくは非晶性の材料、シリカ、制御多孔質ガラス(CPG)、セルロース、カプセル化鉄粒子、カプセル化CPG、又はカプセル化シリカで作製される、請求項9に記載の方法。
【請求項１１】
ビーズがポリマービーズである、請求項9に記載の方法。
【請求項１２】
半径rのビーズが、湿式若しくは乾式ふるい分け、及び/又は水簸によって除去される、請求項9から11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
半径r<0.414Rを有するビーズが除去される、請求項9から11のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
半径r<0.225Rを有するビーズが除去される、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
請求項1に記載のラジアルフロークロマトグラフィカラムを使用して非清澄化供給流を精製する方法であって、
a.ビーズをラジアルフローカラムに充填する工程と、
b.目的の粒子を含有する清澄化供給流を処理して、精製条件を調整する工程と、
c.工程bの結果から目的の粒子の結合を決定する工程と、
d.目的の粒子を含む非清澄化供給流を処理する工程と
を含む、方法。
【請求項１６】
目的の粒子が、タンパク質、ウイルス、VLP、DNA、RNA、抗原、リポソーム、オリゴ糖若しくは多糖、又はそれらの任意の組合せである、請求項15に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ラジアルフローカラムクロマトグラフィに関し、より詳細には、特定サイズのビーズを含むラジアルフローカラム、及び非清澄化供給流のろ過を高めるパラメーター、及びビーズを選択する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クロマトグラフィは、一般に使用されているように、試料混合物の様々な成分を分離するための技術である。液体クロマトグラフィシステムでは、クロマトグラフィ分離カラムに、試料に続いて溶出液を注入する。分離カラムは、分離する試料の様々な成分と相互作用する充填物又はマトリクスの媒体又は材料を含有する。所望の分離を行うために、分離媒体の組成は、そこに導入する流体によって決まる。試料及び溶出液が分離媒体を通過するとき、試料の様々な成分は、異なる相互作用を受けて、分離媒体を異なる速度で移動する。これらの成分は、分離媒体からの流出口又は流出物において分離されて出てくる。
【０００３】
様々なタイプの垂直及び水平流分離カラムが当技術分野で公知である。高性能クロマトグラフィの必要性から、水平流型クロマトグラフィカラムが開発された。このような水平又はラジアルフローカラムは、例えば、米国特許第4,627,918号及び同第4,676,898号に記載されている。水平又はラジアルフロー型カラムでは、試料及び溶出液は、分配器を介して分離媒体又はマトリクスの外周又は周囲壁又は面に導入され、流体は、分離媒体を水平方向又は半径方向内側を通過して中央ポート又は収集ポートに到達し、次いで、異なる時間及び異なる速度でカラムから溶出する。
【０００４】
その後、細胞/発酵収穫物、組織抽出物、藻類、植物由来の細胞及び材料、並びに血漿/血液を含めた生物学的活性材料を単離するために、粗供給物を直接処理するためのクロマトグラフィカラム及び方法が開発された。大型ビーズクロマトグラフィ媒体が、エンドプレートスクリーンを大孔スクリーン(60〜180pmの孔)に置き換えた標準的な低圧クロマトグラフィカラムに充填されている。大きな孔は、カラムの閉塞を防ぐ。粒径が大きいため、細胞材料は粒子間間隙におけるビーズの間を流れるが、可溶性生成物はビーズ上の官能基によって捕捉される。
【０００５】
伝統的に、細胞培養物/発酵収穫物からの生物学的物質(biology)の下流処理には、2つの主要な操作:i)供給流の調製、並びにii)回収及び精製が必要とされてきた。試料は、カラムにかける前に適切に調製しなければならない。これは時間的にもコスト的にもかなりの負担になる可能性がある。試料の調製が必要な場合、供給流を一般に希釈して、細胞密度、粘度、及び塩濃度を低下させるが、これらはすべて、回収及び精製の向上に役立つ。回収には、遠心分離及び/又は精密ろ過による細胞及びその他の粒子状材料の除去、並びに初期容量低減工程、典型的には限外ろ過が含まれる。従来のクロマトグラフィ媒体は細胞残屑によって急速に汚染されるので、精製操作のために、粒子を含まない供給物を調製しなければならない。
【０００６】
遠心分離及びろ過は、時間及びコストがかかるだけでなく、質を低下させる。壊れた細胞から放出されたプロテアーゼは、標的タンパク質を分解する可能性があり、精製方法開発の課題を更に複雑にし、精製コストを増加させる。濃縮された細胞残屑との接触時間が長くなると、より多くの生成物が失われる可能性がある。
【０００７】
非清澄化供給物からタンパク質生成物を直接捕捉することで、生成物の分解が最小限に抑えられ、生成物の質、収量、及びプロセス経済性が向上するであろう。また、生成物捕捉及び細胞除去の工程を単一操作にまとめると、資本集約的な回収操作が大幅に簡略化されるであろう。
【０００８】
細胞培養物/発酵収穫物又は他の生物学的試料(例えば血漿)等、非清澄化供給物からの生成物を直接捕捉する2つの手法がある。一方の手法は、捕捉用樹脂粒子の流動化を提案している。流動化により、個々の粒子が分離されて、残屑は妨げられずにカラム床を出ることができる。
【０００９】
この手法にはいくつかの問題がある。流動床システムは、所定の高流量で操作しており、操作の自由度又はカラムサイズの変更手段がない。このシステムの緩衝液消費量は、充填床システムよりも高く、高価な医薬品ではその多くが精製のために特殊な緩衝液を必要とするため、大きなコスト要因となっている。カラム体積の固相粒子体積に対する比が非常に高い。これは、標的分子が固相中に完全に拡散するのに十分な時間がないため、カラム内での滞留時間及び結合能力に悪影響を及ぼすであろう。更に、粒子はカラム床内で衝突し、固相フラグメントはいわゆる「微粉」を生じ、カラムの性能と再使用との両方を低下させるであろう。流動床操作はまた、専門的で高価なハードウェア及びクロマトグラフィ媒体を必要とする。
【００１０】
もう一方の手法は、粒子を除去するための充填床カラムの使用である。この手段は、以下の理由で大部分は未調査のままである。充填床カラムで細胞残屑を除去するには、大きな、好ましくは球状の粒子を使用する必要がある。これらの粒子は、細胞又は同等サイズの他の粒子をカラムから排出させるために、粒子間間隙に十分なスペースを必要とする。
【００１１】
大きな粒子(ビーズ)を使用することの欠点は、タンパク質の結合能力がゲル床の単位体積あたりの利用可能な表面の関数であるということである。したがって、粒径が大きくなると、結合能力の損失が観察される。濃密な細胞懸濁液を扱うのに必要なように、粒径が0.1mm〜1mmに増大すると、タンパク質結合能力の約90%が失われる。このため、粗処理の供給流を処理するには、充填床カラムは実用的ではなかった。
【００１２】
しかし、充填床カラム操作は、単純性、効率性、及び経済性を提供する。それは、柔軟性があり、スケール変更が比較的容易である。特殊な粒子、装置、又はオペレータのトレーニングは必要ない。標準的なクロマトグラフィでは、作業場面積は比較的小さく、流動床装置を収容するのに作業施設の高さを変更する必要はない。
【００１３】
生成物の適用速度は、操作の処理能力の点からもう1つの重要な問題である。これは流動床システムでは予め決められているが、充填カラムシステムでは反応の結合速度のみが速度制限因子となる。これにより、流動床システムよりも最大3〜10倍高い処理能力が可能になる。
【００１４】
生成物の捕捉後、短時間の高速洗浄パルスによって残留する細胞材料が除去される。次いで、生成物は典型的な溶出方法によって溶出される。したがって、公知の大型ビーズクロマトグラフィ樹脂は、細胞除去と同時に生成物捕捉を組み合わせることによって、細胞培養物又は発酵ブロス並びに他の非清澄化供給物を充填床カラムで直接処理することを可能にする。
【００１５】
米国特許第5,466,377号は、標準的な低圧充填床クロマトグラフィカラムにおいて非清澄のプロセス液から所望の生成物を直接捕捉するための方法及び大型ビーズクロマトグラフィ粒子を提案した。
【００１６】
細胞培養物/発酵収穫物、組織抽出物、細胞断片、ウイルス、血漿、野菜若しくは果実抽出物由来の不用供給流、又は牛乳加工若しくは他の天然材料源由来の不用供給流等の粗供給物の直接処理を充填床カラムにおいて実現するための改良されたクロマトグラフィ材料及び方法が依然として必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許第4,627,918号
【特許文献２】米国特許第4,676,898号
【特許文献３】米国特許第5,466,377号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本明細書において、各ビーズが1つ又は複数の孔を含む複数のビーズ、及びビーズ間に形成された隙間チャネルを含む、ラジアルフロークロマトグラフィカラムを開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
各ビーズが1つ又は複数の孔を含む複数のビーズと、ビーズ間に形成された隙間チャネルとを含むラジアルフロークロマトグラフィカラムを、開示する。各孔は、約250Å〜約5000Åの直径を有し、複数のビーズの少なくとも約80%は、約200pm〜約500pmの直径を有し、ビーズは、約100pm〜約250pmの平均半径Rを有する。ビーズは、単分散(即ち、すべてのビーズの半径が標的若しくは標識付けされた半径の±約10%)でもよく、又はr<0.414R若しくはr<0.225Rを除去したものでもよい。
【００２０】
ラジアルフロークロマトグラフィカラムで使用するビーズを選択する方法も開示する。その方法は、a)供給流中に存在する成分(又は目的の粒子)に基づいて、狭い望ましいビーズ半径Rの範囲を特定する工程と、b)望ましいビーズ範囲の外にある、所定の半径rのビーズを除去する工程と、c)望ましいビーズ範囲内のビーズ半径Rのパーセンテージを規定する工程とを含む。半径rのビーズは、湿式若しくは乾式ふるい分け及び/又は水簸によって除去することができる。除去されるビーズは、半径r<0.414R又はr<0.225Rを有するビーズであり得る。
【００２１】
また、本明細書において、各ビーズが1つ又は複数の孔を含む複数のビーズ及びビーズ間に形成された隙間チャネルを含むラジアルフロークロマトグラフィカラムを使用して非清澄化供給流を精製する方法であって、各孔が約250Å〜約5000Åの直径を有し、複数のビーズの少なくとも約80%が約200pm〜約500pmの直径を有し、ビーズが約100pm〜約250pmの平均半径Rを有する、方法を開示する。その方法は、a)ビーズをラジアルフローカラムに充填する工程と、b)目的の粒子を含有する清澄化供給流を処理して、精製条件を調整する工程と、c)工程bの結果から目的の粒子の結合を決定する工程と、d)目的の粒子を含む非清澄化供給流を処理する工程とを含む。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
ラジアルフローカラム並びにそれを作製及び使用する方法を、粗生物学的供給流、例えば、非清澄化(即ち、ろ過されていない)細胞培養物の直接ろ過、即ち、処理のために提供する。本開示の主題は、特に充填床クロマトグラフィ及び膨張床クロマトグラフィ等の方法と比較して、実質上より低コストで、より速く処理できる精製を実現するものである。代表的な用途としては、血漿の分画;タンパク質(具体的には、例えば、ハーセプチン、インスリン、アバスチン等の医薬品)を単離及び精製するための細胞培養物のバイオプロセス処理;ウイルス及びウイルス様粒子の捕捉及び精製;野菜又は果実抽出物由来の不用供給流、及び牛乳加工又は他の天然材料源由来の不用供給流の精製が挙げられる。
【００２３】
本明細書に開示のクロマトグラフィは、驚くべきことに且つ有益なことに、全細胞及び他の粒子が、ゲル床を詰まらせることなく、開示のビーズの周り及びそれらの間を損傷なく通過することを可能にし、全細胞、細胞断片、天然若しくは組換え植物材料のホモジネート、ナノ粒子溶液、及び/又は他の粒子(通常、小さなビーズを有するカラムを詰まらせる)を含有する細胞培養物の非清澄化(非ろ過)供給流の直接通過を可能にする。また、供給流中の目的の分子標的を選択的に結合して、後で回収することができる。例えば、IgG精製では、Aタンパク質又はGタンパク質をビーズの表面に共有結合させることでビーズを官能化して、可逆的なIgG結合を可能にし、続いて洗浄し、その後溶出させることができる。ウイルス及びVLP捕捉では、ビーズを、高い外表面積及び高い(正の)電荷密度を有するように改変してもよい。
【００２４】
本明細書において、各ビーズが1つ又は複数の孔を含む複数のビーズ、及びビーズ間に形成された隙間チャネルを含む、ラジアルフロークロマトグラフィカラムを開示する。
【００２５】
ラジアルフローカラムは、ビーズ、ゲル床、孔、及びチャネルに関して本明細書で具体的に説明する違いを除いて、任意の公知のラジアルフローカラムに従って作製することができる。ラジアルフローカラムは、約3cm〜約50cmの床長を有してよく、床体積(V)は、約5ml〜約1000リットルの範囲でよい。ラジアルフローカラムは、「ドーナツ」(真円の中空円筒形を有するフルサイズラジアルフローカラム)、「ケーキ」スライス(同じ床長/半径及び曲率を有するが体積がより小さい台形プリズム、即ち、ドーナツの小片の形を有する)、又は切頭「円錐」(ケーキ又はドーナツから取り出した小さな円筒状コア片から生じ、同じ床長/半径及び曲率を有するが「ケーキ」よりも更に体積が小さい、円錐又は切頭円錐の形を有する)として形作られてもよい。
【００２６】
カラムは、1つ又は複数の多孔質フィルターフリットを含んでよい。多くの場合、外部フリット及び内部フリットがある。各フリットは、約40pm〜約300pm、約80pm〜約250pm、又は約100pm〜約200pmの孔サイズを有するように設計してよい。フリットは、従来から公知の任意の材料で作製することができる。任意選択で、それは、ステンレス鋼、又はステンレス鋼及び1種若しくは複数種のポリマー、例えば、限定しないがポリエチレン(PE)若しくはポリプロピレン(PP)等、から作製することができる。
【００２７】
「ドーナツ」、「ケーキ」、又は「円錐」形状のラジアルフローカラムはすべて、外部フリット面積の内部フリット面積に対する比が一定である。この比は、1.5:1〜10:1の範囲にあり得る。好ましい範囲は、2:1〜4:1である。同一の床長及び外部フリットの内部フリットに対する面積比を有する3種の異なる形状のフローダイナミクスは実質的に同一である。
【００２８】
ビーズは、球状でも、ほぼ球状でもよい。ビーズは、ポリマー、ガラス、アルミナ、金属、又は他の結晶性、半結晶性、若しくは非晶性の材料、シリカ、制御細孔ガラス(CPG)、セルロース、カプセル化鉄粒子、カプセル化CPG、カプセル化シリカ、又はそれらの任意の組合せで作製することができる。ポリマービーズは、当技術分野での使用が公知の任意のポリマー、例えば、ポリアクリラート、例えば、メタクリラート、ポリスチレン、又は多糖、例えば、デキストラン、プルラン、アガロース等、又は天然若しくは結合させたポリシリカートで作製することができる。ビーズは、2種以上の均一に又は不均一にブレンドされたポリマーから構成されていてもよい。ポリマービーズは、球状(又はほぼ球状)の多糖ビーズでもよい。
【００２９】
ビーズは、約200pm〜約1000pm、又は約200pm〜約500pmの平均直径を有し得る。一実施形態では、少なくとも約80%のポリマービーズは、約200pm〜約500pmの直径を有し、又は少なくとも約85%、若しくは少なくとも約90%のポリマービーズは、約200pm〜約500pmの直径を有する。
【００３０】
ビーズは、約100pm〜約500pm、又は約100pm〜約250pmの平均半径(R)を有し得る。
【００３１】
ほとんどのビーズは、一般に、単分散(すべて同じサイズで同じ直径を有する)ではなく、所与の範囲を超えた範囲の直径を有する。したがって、例えば、この測定は、ビーズの全質量(又は体積)の80%が200〜500pmの範囲内にあることを意味する。残りの20%(パーセンテージの規定方法とは無関係)は、範囲外であり、これよりも小さいか又は大きい。隙間チャネルが詰まらないようにするためには、所与の範囲外の20%のより小さいビーズが除去されているか、又はカラムを充填する前のある時点で少なくとも枯渇していることが重要である。チャネルの直径とほぼ同じサイズのより小さいビーズが枯渇していない又は除去されていない場合、200〜500pmのビーズのゲル床は、チャネルを部分的に又は完全にふさぐのに十分な小さいビーズを含有することがある。
【００３２】
いくつかのクロマトグラフィビーズは市販されており、多くの場合、ビーズ直径ごとに販売されている。しかし、指定の直径はビーズ直径の平均であり、すべてのビーズがその指定の直径を有するという意味ではない。別の会社では、ビーズ直径の範囲を掲載してビーズを販売している場合がある。しかし、これは、ある特定の、時には不明確な、パーセンテージのビーズが含まれる範囲である。その場合、所与の範囲外にある直径を有するビーズの合計パーセンテージは不明であるが、範囲より上又は下にある、所与のパーセンテージのビーズが存在することはまれである。
【００３３】
ビーズは、官能化された基(例えば、イオン交換基、疎水性相互作用基等)を有してよく、これにより、目的の分子標的を選択的に結合させる(起こり得る、後の回収のために)ことが可能になる。潜在的な標的としては、ウイルス、ウイルス様粒子、タンパク質(具体的には、IgG、IgM、IgY、及び血液タンパク質であるが、これらだけに限らない)、DNA、RNA、オリゴヌクレオチド、ポリペプチド、並びに細胞が挙げられる。
【００３４】
ビーズは、1つ又は複数の孔を有する。各孔は、約250Å〜約5000Åの直径を有する。各孔は、ビーズを通って部分的に広がっていてもよいし、ビーズを貫通して別の出口点に到達していてもよい。
【００３５】
隙間チャネルは、充填されたビーズ間に形成され、部分的に空隙体積を構成している。これらのチャネルが、細胞及び細胞断片が詰まることなくゲル床を通過できるほど十分に広い場合、且つチャネルが、ビーズのサイズが原因で細胞及び細胞断片の通過を制限又は妨害する可能性のあるより小さなビーズを含まない場合、使用者は、充填されたビーズを利用して、クロマトグラフィ精製工程の前の有害なろ過若しくは遠心分離、沈殿、又は他のコストも時間もかかり、生成物を失う可能性のある工程を回避することができる。
【００３６】
単分散球状ビーズは、理想的には、六方最密充填(HCP)又は立方最密充填(CCP)配置のいずれかで充填される。どちらの充填配置も同じ最大ビーズ(球)密度を有し、どちらも類似の充填エネルギーを有するので、どちらも他方よりエネルギー的に明らかに有利ということはない。ポリマー、例えば多糖、ビーズの好ましい充填配置は予測できないが、どちらの充填配置も、ビーズ間にチャネル(隙間空間又はチャネル)を形成し、その最小サイズは、本明細書に開示の装置及びシステムの成功又は失敗にとって重要である。
【００３７】
隙間チャネルは、以下の通りであるべきである:1)細胞、細胞断片、及び他の干渉粒子がゲル床を詰まらせることなく通過するのに十分な大きさ;2)隙間チャネル自体と同様のサイズであり、そのためにチャネルを詰まらせる可能性のあるより小さなビーズがない;3)ビーズ直径の範囲が可能な限り狭いビーズの集団から形成され、単分散ビーズが可能な限り理想的なサイズに近い。
【００３８】
更に、隙間チャネルをあまり狭く圧縮すべきではなく、これは、i)高すぎる流量、ii)高すぎる圧力、又はiii)高すぎるビーズの充填密度をもたらして、隙間チャネルを詰まらせる可能性がある。隙間チャネルは、供給流を処理する連続的な経路を提供するために開いている(即ち、詰まりがない)べきである。また、流量が高すぎると、非剛性ゲル床の隙間チャネルが狭くなる。したがって、ゲル床は、細胞及び細胞断片がゲル床を通過できるように(ビーズ圧縮によって)隙間チャネルを狭めることなく、毎分0.1カラム体積〜10カラム体積の流量を可能にする十分な剛性を有していなければならない。
【００３９】
また、ゲル床の剛性は、ビーズ自体の剛性に依存する。ビーズ(すべてのビーズが球状又はほぼ球状で、所与のサイズ分布を有すると仮定)間の隙間チャネルの直径/サイズの変化を最小にするためには、ビーズの形態が流動条件の下で変化しないことが重要である。
【００４０】
1つの選択肢は、クロマトグラフィ分離で使用する緩衝液に対して不活性であり、したがって、ビーズのサイズ又は形状に変化を示さない非常に剛質なビーズを使用することである。しかし、例えば、シリカ又はCPG(制御多孔質ガラス)から作製されたビーズは、優れた機械的剛性及び安定性を有するが、NaOHに対する耐性がほとんど又はまったくない。
【００４１】
限定するものではないがメタクリラート又はポリスチレンビーズ等のポリマービーズは、より試薬安定性を高め、剛性を保持することができる。限定するものではないがデキストラン又はアガロースビーズ等の多糖ビーズは、剛性は低いが、NaOH等の試薬に対してより安定である。しかし、多糖ビーズは、他のポリマービーズよりも「柔らかい」ことが多く、そのため、圧縮されやすい。圧縮が起こる程度は、充填ゲル床を流れる液体から加わる圧力に依存する。圧縮されすぎると、無孔床になり、流れることができなくなる(内部孔ネットワークと隙間空間の両方が閉鎖される)。通常、この圧力及び圧縮の増加をもたらす主な要因は、加えられる液体の流量(普通、mL/分、CV/分、又はcm/時間で表される)及び液体の粘度である。
【００４２】
より柔らかい多糖ビーズの機械的安定性及び剛性は、ある特定の手順を適用することで高めることができる。例えば、以下の手法により、ビーズの機械的安定性及び剛性を向上させる:
1.多糖構造内での架橋。これにより、ビーズの圧力に対する耐性が高まり、したがって、ビーズの形態が維持される。しかし、用いられる架橋化学によっては、ビーズ構造内の内部孔のサイズが影響を受ける場合がある。
2.ビーズの配合に使用する多糖の量の密度を増加させる。これは、しばしばアガロースベースの粒子を用いて行われる。標準的な市販のアガロースビーズは、約2〜10%のアガロースパーセンテージを有する(アガロースが、配合したビーズ1リットル当たり20〜100グラム)。密度が増加しているビーズは、≧約6%のアガロースを有してもよい。しかし、この密度増加は、ビーズの内部孔サイズを小さくする可能性がある:
・  4%のビーズは、約2,000万ダルトンの平均分子量カットオフを有する
・  6%のビーズは、約400万ダルトンの平均分子量カットオフを有する。
【００４３】
最適な隙間チャネルサイズは、ビーズサイズに左右されるが、最終的には供給流中に存在する成分に依存する。具体的には、隙間チャネルの最適なサイズは、ゲル床を望ましくは通過する粒子に依存する。隙間チャネルの最適なサイズを決定する方法は、以下の通りであり得る:
1.ビーズサイズの決定:ゲル床を通過する細胞又は断片の半径から、3つのビーズによって形成されるチャネルの必要半径(「最も狭いチャネル半径」)を推定し、必要な最小ビーズサイズを計算する。
2.ゲルから除去すべきサイズ分画の決定:ビーズの半径(単分散ビーズの半径、又は多分散ビーズのビーズ半径の平均)から、四面体及び八面体部位の半径の長さを計算する。これらの部位の半径は、ゲルから除去しなければならない最大ビーズの半径である。
【００４４】
次いで、3つの完全に同一の球の間に形成された最小のチャネルを何とか通り抜けることができる小球の理論最大直径を計算した。チャネルの直径は、非清澄化供給流中に存在する最大粒子(即ち、細胞、細胞断片、又は他の粒子)よりも約3〜約10倍大きくても、又は約4〜約6倍大きくてもよい。
【００４５】
充填密度に測定可能な変化がなく、完全に安定化し、振動された単分散ビーズの立方最密、六方最密、又はBarlow充填では、次のことが該当する:
・  四面体部位の半径rtet=0.225R(Rはビーズの半径であり、rtetは四面体部位の半径である)
・  八面体部位の半径roct=0.414R(Rはビーズの半径であり、roctは八面体部位の半径である)
・  最も狭いチャネルの半径rcha=0.155R(Rはビーズの半径であり、rchaはチャネルの半径である)
・  0.155R<x<0.414Rである半径xを有するビーズは、八面体部位に収まり、恒久的に占有することができるサイズである。
・  0.155R<x<0.225Rである半径xを有するビーズは、四面体部位に収まり、恒久的に占有することができるサイズである。
【００４６】
四面体及び八面体の両方の「穴」は、充填されたビーズの床中に常に存在する。穴は、穴を囲んで形成するビーズの数に基づいて、四面体又は八面体と呼ばれる。
【００４７】
多分散ビーズのランダム最密充填では、上記の値は最小値であり、実際の値はより大きくなる可能性がある。半径rcha=0.155Rのチャネルは、ゲル床を容易に通過するために、細胞、断片、又は粒子の半径の最小1.1倍(好ましくは約2〜約4倍)にすべきである。
【００４８】
単分散ビーズは、以下の通りにすることによって調製することができる:
a.最適な半径を有し、より小さなビーズが完全に存在しない単分散ビーズを製造すること;
b.乳化処理中の条件を注意深く制御することによって狭い範囲の多分散ビーズを製造すること。これらの条件には、最適なタイプ及び量の乳化剤を添加し、最適な撹拌速度を維持し、最適な温度を維持することが含まれ、これらすべてが、形成されるビーズのサイズ分布を狭くすることに寄与する;
c.湿式若しくは乾式ふるいにかけて、選択されたサイズよりも小さい(若しくは大きい)粒子の分画を除去すること;並びに/又は
d.水簸して、決められたサイズよりも小さい粒子の分画を除去すること。
【００４９】
ろ過を向上させるために、隙間チャネルを詰まらせる可能性のあるより小さいビーズを、ゲル床の充填前に除去することができる。
【００５０】
隙間チャネルは、以下の工程の一部又は全部を行うことによって形状及び機能を向上させることができる:
a.例えば、以下のTable 1(表1)〜Table 3(表3)に示す情報を使用して、細胞、細胞断片、又は他の粒子が通過できるようにするための望ましい平均ビーズ半径Rを計算/決定する。
b.半径r<0.414Rを有するビーズを除去したゲル床を形成する。
i.半径r<0.414Rを有するすべてのビーズを除去すると、最大の流動性及び多孔性を有するゲル床、並びにより短い経路が形成される。その利点は、精製処理がより速くなることである。
c.半径r<0.225Rを有するビーズを除去したゲル床を形成する。
i.半径r<0.225Rを有するすべてのビーズを除去すると、多孔性がやや低下し、経路長が長くなり、滞留時間が長くなったゲル床が形成される。その利点は、精製がより効率的になることである。
d.半径r<0.225R又はr<0.414Rを有するより小さいビーズを除去すると、ゲル床内の隙間チャネルの閉塞/目詰まりが防止される。これにより、精製サイクル間に必要なゲル床の清浄量も低減される。
e.除去すべきビーズの半径rを最大25%増大させる(即ち、除去されるビーズの半径rが、他に示されているものより25%超である)。
f.ビーズのサイズ分布をできる限り狭くして、ランダム最密充填密度の低下を実現し、立方最密/六方最密充填密度に近づける。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
【表２】
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【００５３】
【表３】
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【００５４】
別の一実施形態は、ラジアルクロマトグラフィゲル床で使用するビーズを選択する方法であって、a)供給流中に存在する成分(又は目的の粒子)に基づいて、狭い望ましいビーズ直径(又は半径)範囲を特定する工程と、b)望ましいビーズ直径範囲の外にある、規定直径(又は半径)のビーズを除去する工程と、c)望ましいビーズ直径範囲内のビーズ直径(半径)のパーセンテージを規定する工程とを含む、方法である。
【００５５】
更に別の一実施形態は、前述のラジアルフローカラムを使用して非清澄化供給流をろ過する方法であって、
a.ビーズをラジアルフローカラムに充填する工程と、
b.目的の粒子を含有する清澄化供給流を処理して、精製条件を調整する工程と、
c.工程bの結果から目的の粒子の結合を決定する工程と、
d.選択したタンパク質を含む非清澄化供給流を処理する工程と
を含む、方法である。
【００５６】
目的の粒子は、全細胞、細胞断片、ウイルス、又はタンパク質であり得る。それは、VLP、DNA、RNA、抗原、リポソーム、オリゴ糖、又は多糖であり得る。
【００５７】
ビーズをラジアルフローカラムに充填した後、清澄化供給流を使用して、最適な精製条件を調整し、その後、非清澄化供給流の実際のルーチン精製を行う。これにより、タンパク質等の目的の粒子がどのようにカラム(RFC、Zetacell(商標))に結合するのかを理解する。非清澄化流の精製では、前方洗浄と後方洗浄の両方を使用して、細胞/細胞断片の痕跡を除去することができる。小スケールの最適化にケーキ又はコーン形状を使用し、その後、ドーナツ形状を使用してスケールアップすることができる。この方法は、「擬似移動床」(「SMB」)/連続方法と組み合わせて使用することができる。
【００５８】
クロマトグラフィ中に使用する試薬系に応じて、ポリマービーズは収縮及び膨潤し、それによって、内部の孔直径と、(球状)ビーズ間の隙間空間との両方が増加及び減少する。これは、シリカ及びCPG粒子では起こらないが、すべてのポリマー及び多糖粒子ベースのゲル床では起こる。膨潤及び収縮の影響は、カラムの充填に使用され、且つルーチン操作中に使用される緩衝系を当業者が注意深く選択することによって、全体的に、ほぼ全体的に、又は少なくとも部分的に制御することができる。
【００５９】
ゲル床としてポリマービーズを含有する小型ラジアルフロークロマトグラフィカラムで清澄化供給流を直接用いてプロセスを最適化した後、床長を維持し、外部フリットの内部フリットに対する面積比を維持し、方法の各工程(清澄化又は非清澄化供給流の装入、細胞、細胞破片、及び非結合材料を除去するための順方向及び逆方向の洗浄、固相から直接捕捉された標的を放出するための溶出、後の再使用のためにカラム及び固相を清浄及び調製するための再生)のすべての操作パラメーター(流量、単位時間あたりのカラム体積数、緩衝液組成、滞留時間、固相、圧力、及び温度)を維持することによって、より大きなプロセススケールへの線形スケールアップを実現することができる。いかなる時点においても大スケールの精製系を再調整、再最適化、又はその他の変更を行う必要がある場合には、床長を維持し、外部フリットの内部フリットに対する面積比を維持し、方法の各工程(清澄化又は非清澄化供給流の装入、細胞、細胞破片、及び非結合材料を除去するための順方向及び逆方向の洗浄、固相から直接捕捉された標的を放出するための溶出、後の再使用のためにカラム及び固相を清浄及び調製するための再生)のすべての操作パラメーター(流量、単位時間あたりのカラム体積数、緩衝液組成、滞留時間、固相、圧力、及び温度)を維持することによって、管理しやすい小さなRFCカラムへの線形スケールダウンも実現する。
【００６０】
上記は、本発明を実施するためのいくつかの可能性を例示するものである。したがって、特定の例示的な実施形態を説明したが、本発明の広範な範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に対して様々な改変及び変更を行うことができることは明らかであり、本発明の範囲及び趣旨内で他の多くの実施形態が可能である。本開示を簡素化する目的で、様々な特徴を単一の実施形態にひとまとめにしている。本開示の方法は、特許請求する実施形態が、各請求項で明示的に言及しているよりも多くの特徴を有することを反映するものとして解釈すべきではない。むしろ、以下の特許請求の範囲が反映するように、本発明の主題は、単一の開示した実施形態のすべての特徴よりも少ない。したがって、以下の特許請求の範囲は、本発明の上記の説明にこれにより組み込まれ、各特許請求の範囲は、別個の例示的な実施形態としてそれ自体が独立している。
【００６１】
この文書において明確に確認されるいずれの特徴又は要素も、特許請求の範囲において定義する本発明の実施形態の特徴又は要素として具体的に除外され得ることも想定されることに留意されたい。また、明確に確認される(又は具体的若しくは暗示的のいずれであっても除外される)いずれの特徴又は要素も、明確に確認される(又は具体的若しくは暗示的のいずれであっても除外される)いずれの他の特徴又は要素と組み合わせて使用できることが想定されることに留意されたい。
【国際調査報告】
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