(57)【要約】  連続向流スパイラルクロマトグラフィーのためのシステム、モジュールおよび方法が、開示される。該モジュールは、投入溶液を受け取るための第一の投入口と、該投入溶液とリサイクルされた溶液とを混合して第一の混合された産出物を生成するための第一のミキサーと、該第一の混合された産出物を濃縮してステージＩ固体画分を生成するためのステージＩ分離装置と、該ステージＩ分離装置からの該ステージＩ固体画分と任意選択による緩衝溶液とを混合して第二の混合された産出物を生成するための第二のミキサーと、該第二の混合された産出物を濃縮してステージＩＩ固体画分を生成して、それを該モジュールから出すためのステージＩＩ分離装置と、を含む。少なくとも１つの分離装置は、スパイラル分離装置である。該システムは、複数のモジュールを含み、該複数のモジュールの少なくとも１つは、スパイラル分離装置を含む。該方法は、未精製の溶液を該複数のモジュールで精製することを含む。【選択図】図４
2020520787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投入溶液を受け取るための第一の投入口と、
前記投入溶液と第二の投入口からのリサイクルされた溶液とを混合して第一の混合された産出物を生成するための第一のミキサーと、
前記第一の混合された産出物を濃縮してステージＩ固体画分を生成するためのステージＩ分離装置であって、ステージＩ液体画分が第一の産出口を介して前記ステージＩ分離装置を出る、ステージＩ分離装置と、
前記ステージＩ分離装置からの前記ステージＩ固体画分と第三の投入口からの任意選択による緩衝溶液とを混合して第二の混合された産出物を生成するための第二のミキサーと、
前記第二の混合された産出物を濃縮してステージＩＩ固体画分を生成するためのステージＩＩ分離装置であって、前記ステージＩＩ固体画分が第二の産出口を介して前記ステージＩＩ分離装置から前記モジュールを出て、ステージＩＩ液体画分が第三の産出口を介して前記ステージＩＩ分離装置から前記モジュールを出る、ステージＩＩ分離装置と、
少なくとも１つのポンプと、
を含む、連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュールであって、
前記第三の産出口からの前記リサイクルされた溶液が、前記投入溶液に対して向流に前記第二の投入口の中に流れ、
前記ステージＩ分離装置および前記ステージＩＩ分離装置の少なくとも一方が、スパイラル分離装置であり、前記スパイラル分離装置が、
少なくとも１つの入口と、
少なくとも１つのＤｅａｎ渦を発生するように配列および配置された曲線流路と、
少なくとも１つの液体画分出口と、
少なくとも１つの固体画分出口と、
を含む、連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール。
【請求項２】
前記ステージＩ分離装置および前記ステージＩＩ分離装置が両者とも、スパイラル分離装置である、請求項１に記載のモジュール。
【請求項３】
前記ステージＩ分離装置および前記ステージＩＩ分離装置の少なくとも一方が、タンジェンシャルフローフィルターである、請求項１に記載のモジュール。
【請求項４】
前記投入溶液が、樹脂および未精製の生成物溶液を含む、請求項１に記載のモジュール。
【請求項５】
前記ステージＩ液体画分が、廃液である、請求項１に記載のモジュール。
【請求項６】
前記ステージＩ液体画分が、生成物である、請求項１に記載のモジュール。
【請求項７】
前記第二のミキサーが、清浄な緩衝溶液を受け取る、請求項１に記載のモジュール。
【請求項８】
前記第二のミキサーが、清浄な緩衝溶液を受け取らない、請求項１に記載のモジュール。
【請求項９】
前記第一のミキサーおよび前記第二のミキサーが、スタティックミキサーである、請求項１に記載のモジュール。
【請求項１０】
前記第一の投入口からの前記投入溶液が、シングルパスで前記ステージＩ分離装置および前記ステージＩＩ分離装置を流れる、請求項１に記載のモジュール。
【請求項１１】
前記第一の産出口を出た前記ステージＩ液体画分から残留する固体材料を除去して、分離されたステージＩ液体画分と、リサイクルされたステージＩ固体画分と、を生成するための再捕捉分離装置をさらに含み、前記分離されたステージＩ液体画分が第四の産出口から前記モジュールを出て、前記リサイクルされたステージＩ固体画分が第五の産出口を通して前記再捕捉分離装置を出て、第四の投入口を通して前記第一のミキサーに供給されて前記投入溶液および前記リサイクルされた溶液と混合されて、前記第一の混合された産出物に入る、請求項１に記載のモジュール。
【請求項１２】
前記再捕捉分離装置が、スパイラル分離装置である、請求項１１に記載のモジュール。
【請求項１３】
前記再捕捉分離装置が、タンジェンシャルフローフィルターである、請求項１１に記載のモジュール。
【請求項１４】
前記固体材料が、樹脂を含む、請求項１１に記載のモジュール。
【請求項１５】
少なくとも約１０重量％の固体粒子負荷分離能力をさらに含む、請求項１１に記載のモジュール。
【請求項１６】
未精製の生成物溶液からの生成物を樹脂スラリーと結合させるための結合ステップモジュールと、
前記樹脂スラリーからの不純物を洗浄するための洗浄ステップモジュールと、
前記樹脂スラリーを再生するための再生ステップモジュールと、
を含む、複数のモジュールを有する連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステムであって、
前記複数のモジュールの少なくとも１つが、前記複数のモジュールの前記少なくとも１つの中で樹脂スラリーの流れに対して向流方向の固体画分の流れを有する複数のステージを含み、
前記複数のモジュールの少なくとも１つが、スパイラル分離装置を含み、
前記スパイラル分離装置が、
少なくとも１つの入口と、
少なくとも１つのＤｅａｎ渦を発生するように配列および配置された曲線流路と、
少なくとも１つの液体画分出口と、
少なくとも１つの固体画分出口と、
を含む、連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム。
【請求項１７】
精製された生成物溶液としての前記洗浄ステージモジュールの産出物を溶出するための溶出ステップモジュールと、適当な緩衝液を用いて前記システムを平衡にするための平衡ステップモジュールと、の少なくとも１つをさらに含む、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記複数のモジュールの少なくとも１つが、前記システムの動作の間に生成された液体画分から残留する樹脂を除去するための再捕捉分離装置を含み、前記システムが、前記再捕捉分離装置を欠く比較のシステムに比べて動作の間に樹脂の損失を低減する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
複数のモジュールを含む連続向流スパイラルクロマトグラフィーにより未精製の溶液を精製するための方法であって、
前記未精製の溶液を受け取ること、
樹脂スラリーを含有するための樹脂スラリータンクから前記樹脂スラリーを受け取り、前記樹脂スラリータンクからの前記樹脂スラリーの放出後に前記スラリータンクが単離されること、
前記未精製の生成物溶液中の生成物を前記樹脂スラリータンクからの前記樹脂スラリーに結合させるための結合ステップ、
前記樹脂スラリーからの不純物を洗浄するための洗浄ステップ、
場合により、前記洗浄ステップ後に前記樹脂スラリーからの生成物を溶出するための溶出ステップ、
精製された生成物溶液を捕捉すること、
前記樹脂スラリーを浄化するための再生ステップ、および
前記ステップのための緩衝溶液を提供すること、
を含み、
前記複数のモジュールの少なくとも１つが、前記複数のモジュールの前記少なくとも１つの中で樹脂スラリーの流れに対して向流方向の固体画分の流れを有する複数のステージを含み、
前記複数のモジュールの少なくとも１つが、スパイラル分離装置を含み、
前記スパイラル分離装置が、
少なくとも１つの入口と、
少なくとも１つのＤｅａｎ渦を発生するように配列および配置された曲線流路と、
少なくとも１つの液体画分出口と、
少なくとも１つの固体画分出口と、
を含む、方法。
【請求項２０】
前記未精製の溶液を精製することが、
商品の化学薬品、糖、アミノ酸、ナノ粒子、医薬品、抗生物質、スタチン、タンパク質、モノクローナル抗体、二重特異性抗体、融合タンパク質、抗体薬物コンジュゲート、酵素、ウイルス様粒子、ワクチン、遺伝子療法薬またはそれらの組み合わせを精製すること、
塩水を脱塩すること、
クロマトグラフィーでの：捕捉、フロースルー、プロテインＡ樹脂による抗体捕捉、イオン交換、疎水性相互作用、金属親和性、混合モード、ハイドロキシアパタイト分離、親和性リガンド分離、アプタマーに基づく分離、逆相分離、もしくはそれらの組み合わせを実施すること、または
それらの組み合わせ、
を含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本出願は、２０１７年３月２８日に出願された表題「Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｃｏｕｎｔｅｒｃｕｒｒｅｎｔ  Ｓｐｉｒａｌ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ」の米国特許仮出願第６２／４７７，９１７号の優先権を主張するものであり、該仮出願の全体が、参照により本明細書に組み入れられる。
【０００２】
発明の分野
本発明は、一般に、クロマトグラフィーおよび吸着分離に関する。より詳細には本発明は、所望の生成物の分離を容易にしてクロマトグラフィー工程全体の効率を増大する、連続向流およびスパイラル分離装置を用いた連続向流スパイラルクロマトグラフィーの方法、システムおよび装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
モノクローナル抗体および他のタンパク質が主役を演じる新しい薬物の生成は、年間におよそ１５〜２０％の著しい持続的成長を遂げている。この成長は、薬物パイプラインの拡大に加え、より効率的な細胞株およびバイオリアクターでの生育最適化によるものである。バイオプロダクションにかかる年間コストは、現在、推定で２６億ドルである。薬物製造業者が行うべき最も大きな投資の１つが、クロマトグラフィー工程である（年間におよそ３０％または８億５千万ドル）。
【０００４】
タンパク質薬の生成における主要なコストの１つが、下流のバイオプロセシングであり、それは全製造コストの８０％もの多くを占める可能性がある。現在、タンパク質精製に用いられる最も有力な方法が、カラムクロマトグラフィーである。プロテインＡアフィニティークロマトグラフィーは、非常に高い選択性およびロバスト性の高い動作により、ほとんど全てのモノクローナル抗体の精製に用いられている。しかし、カラムクロマトグラフィーに用いられるプロテインＡ樹脂は、非常に高額であり、モノクローナル抗体の初期捕捉用に設計された単一プロテインＡカラムは、樹脂のみでおよそ１５００万ドルを費やす。カラムクロマトグラフィーに関連する別の主要な問題は、それが高圧動作である、ということである。過去５年間の細胞培養技術における大きな発展により、生成物の抗体価が１０倍増加し、それがより高い可撓性、より低いコストおよび連続的なオンデマンド製造を提供する単回使用のディスポーザブル工程へのバイオマニュファクチャリングの戦略的転換に導いた。単回使用機器は、新しい薬物の製品化までの時間を有意に削減し得る。
【０００５】
それぞれ、表題“Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｃｏｕｎｔｅｒｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ”および“Ｃｏｕｎｔｅｒｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ  Ｍｅｔｈｏｄｓ，  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ”のＯｌｅｇ  Ｓｈｉｎｋａｚｈへの米国特許第７，９４７，１７５号および同第７，９８８，８５９号には、先行技術の難題の幾つかに取り組む連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーという新しい技術のための方法、システムおよび装置が開示されている。表題“Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｃｏｕｎｔｅｒｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ”のＯｌｅｇ  Ｓｈｉｎｋａｚｈへの米国特許出願第１５／３０５，８５０号（米国特許出願公開第２０１７／００４５４８３Ａ１号として公開）には、連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーという新しい技術をさらに発展させた方法、システムおよび装置が開示されている。米国特許第７，９４７，１７５号および同第７，９８８，８５９号、ならびに米国特許出願公開第２０１７／００４５４８３Ａ１号は、全てを言い換えたのと同様に、全体として本明細書に組み入れられる。
【０００６】
樹脂粒子が固定床カラムに充填された従来のカラムクロマトグラフィーと対照的に、該連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーの工程は、図１および２で示されるような一連のスタティックミキサーおよびタンジェンシャルフロー濾過膜モジュールを流れるスラリーの形態の樹脂を使用する。連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーは、ディスポーザブルの流路での低圧動作（２０ｐｓｉ未満）であり、したがってプロテインＡクロマトグラフィーに関連する少なからぬ欠陥の一部を排除することができる。結合／溶出モードで運転する連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィー（ＣＣＴＣ）システムは、結合、洗浄、溶出、再生および平衡、という複数のステップの組み合わせである。しかし幾つかの実施形態は、より少ない、または追加のステップを有する場合がある。例として、ＣＣＴＣフロースルー工程のモードは、溶出ステップを含まず、生成物は結合および洗浄ステップで回収される。樹脂は、各スタティックミキサーの前に設置された保持液ポンプ（ｒｅｔｅｎｔａｔｅ  ｐｕｍｐ）を介して各ステージに導入される。各ステップを通して樹脂への向流的手法で緩衝液の流れを案内するポンプおよび準チェックバルブの両方として働く保持液ポンプの流れを利用することにより、水力学が安定化される。各ステップは、閉鎖システムとして作用しているため、ステップへ送出される緩衝液は、透過液流れで生じた流速と等しくなるであろう。
【０００７】
ＣＣＴＣシステムにおける樹脂と流体相の分離は、中空繊維膜により実施される。しかし、ＣＣＴＣシステム内での膜の詰まりは、長期間の性能を阻害し得る。膜の詰まりの影響が、図３に示されている。経時的に圧力が徐々に上昇し、システムの性能が、典型的には２４時間未満の長さであるフェドバッチ工程に限定される。
【０００８】
スパイラル流路の流れを利用した粒子分離および濃縮システムが、Ｌｅａｎらによる表題“Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ”の米国特許第９，４３３，８８０号に記載されている。この特許には、スパイラル流路内の流れに生成される懸濁粒子のサイズおよび質量分離に基づく発明が、記載されている。スパイラル流路において、流体せん断機からの内側に向かう横方向圧が、外側に向かう遠心力と競合し、２つの対抗する力の規模が、流動速度、粒子サイズ、スパイラル区分の曲率半径、流路の寸法、および流体の粘度に依存し、粒子の分離が導かれる。
【０００９】
粒子集束および混合のための非長方形断面を有する湾曲した微小流路を有する微小流体デバイスが、Ｈａｎらによる表題“Ｍｉｃｒｏ−Ｆｌｕｉｄｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｕｓｅｓ  Ｔｈｅｒｅｏｆ”の米国特許第９，７８９，４８５号に記載されている。この特許では、それに記載された微小流体デバイスが、１種または複数の粒子をサイズにより粒子の混合物から分離し得ることが特許請求されている。このスパイラル微小流体分離デバイスは、台形断面を有し、Ｄｅａｎ渦および慣性揚力を微小流路内に集束して、分離を提供する。特異的流動条件では、小さな成分ほど、外壁に向かって歪むＤｅａｎ渦に取り込まれ、大きな成分ほど、流路の内壁に留まる。米国特許第９，７８９，４８号は、全てを言い換えたのと同様に、全体として本明細書に組み入れられる。
【発明の概要】
【００１０】
発明の簡単な記載
模範的実施形態において、連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュールは、第一の投入口と、第一のミキサーと、ステージＩ分離装置と、第二のミキサーと、ステージＩＩ分離装置と、少なくとも１つの液体画分ポンプと、を含む。第一の投入口は、投入溶液を受け取るためのものである。第一のミキサーは、投入溶液と第二の投入口からのリサイクルされた溶液とを混合して、第一の混合された産出物を生成するためのものである。ステージＩ分離装置は、第一の混合された産出物を濃縮して、ステージＩ固体画分を生成し、第一の産出口を介してステージＩ液体画分をステージＩ分離装置から出すためのものである。第二のミキサーは、ステージＩ分離装置からのステージＩ固体画分と、第三の投入口からの任意選択による緩衝溶液と、を混合して、第二の混合された産出物を生成するためのものである。ステージＩＩ分離装置は、第二の混合された産出物を濃縮してステージＩＩ固体画分を生成し、ステージＩＩ固体画分が第二の産出口を介してステージＩＩ分離装置からモジュールを出て、ステージＩＩ液体画分が第三の産出口を介してステージＩＩ分離装置からモジュールを出るためのものである。第三の産出口からのリサイクルされた溶液は、投入溶液に対して向流に第二の投入口の中に流れる。ステージＩ分離装置およびステージＩＩ分離装置の少なくとも一方は、少なくとも１つの入口と、少なくとも１つのＤｅａｎ渦を発生するように配列および配置された曲線流路と、少なくとも１つの液体画分出口と、少なくとも１つの固体画分出口と、を含むスパイラル分離装置である。
【００１１】
別の模範的実施形態において、複数のモジュールを有する連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステムは、未精製の生成溶液からの生成物を樹脂スラリーと結合させるための結合ステップモジュールと、樹脂スラリーからの不純物を洗浄するための洗浄ステップモジュールと、樹脂スラリーを再生するための再生ステップモジュールと、を含む。複数のモジュールのうちの少なくとも１つは、モジュールの少なくとも１つの中に樹脂スラリーの流れに対して向流方向の固体画分の流れを有する複数のステージを含む。該複数のモジュールの少なくとも１つは、少なくとも１つの入口と、少なくとも１つのＤｅａｎ渦を発生させるように配列および配置された曲線流路と、少なくとも１つの液体画分出口と、少なくとも１つの固体画分出口と、を有するスパイラル分離装置を含む。
【００１２】
別の模範的実施形態において、複数のモジュールを有する連続向流スパイラルクロマトグラフィーにより未精製の溶液を精製するための方法は、該未精製の溶液を受け取ること、該樹脂スラリーを含有するための樹脂スラリータンクから樹脂スラリーを受け取り、該樹脂スラリータンクからの樹脂スラリーの放出後に該樹脂スラリータンクが単離されること、該未精製の生成物溶液中の生成物を該樹脂スラリータンクからの樹脂スラリーに結合させるための結合ステップ、該樹脂スラリーからの不純物を洗浄するための洗浄ステップ、場合により該洗浄ステップの後に樹脂スラリーからの生成物を溶出するための溶出ステップ、精製された生成物溶液を捕捉すること、樹脂スラリーを浄化するための再生ステップ、および該ステップのために緩衝溶液を提供すること、を含む。複数のモジュールのうちの少なくとも１つは、複数のモジュールの少なくとも１つの中の樹脂スラリーの流れに対して向流方向の固形画分の流れを有する複数のステージを含む。複数のモジュールのうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの入口と、少なくとも１つのＤｅａｎ渦を発生するように配列および配置された曲線流路と、少なくとも１つの液体画分出口と、少なくとも１つの固体画分出口と、を有するスパイラル分離装置を含む。
【００１３】
本発明の他の特色および利点は、以下の好ましい実施形態のより詳細な記載を、例えば発明の原理を示した、添付の図面と合わせることにより明白となろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーモジュールの略図である。
【図２】連続モードでの連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーシステムの略図である。
【図３】本開示の実施形態によるスパイラル分離装置の略図である。
【図４】本開示の実施形態による連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュールの略図である。
【図５】本開示の実施形態による、再捕捉分離を有する連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュールの略図である。
【図６】本開示の実施形態による、結合溶出モードの連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステムの略図である。
【図７】本開示の実施形態による、再捕捉分離を有する結合溶出モードの連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステムの略図である。
【図８】本開示の実施形態による、フロースルーモードでの連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステムの略図である。
【図９】本開示の実施形態による、再捕捉分離を有するフロースルーモードでの連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステムの略図である。
【図１０】本開示の実施形態による結合状態の詰まりデータの比較を開示する。
【図１１】本開示の実施形態による連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステムの溶出ステップの間の圧力プロファイルを開示する。
【図１２】本開示の実施形態による連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステムの溶出ＵＶプロファイルを開示する。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
可能な限り、同じ参照数字が、図面全体で同じ部分を表すように用いられている。
【００１６】
発明の詳細な記載
定義：技術分野の次の用語は、本明細書を通して以下に起因する意味を有する。
【００１７】
「結合」ステップまたはモードは、樹脂および未精製の生成物が可逆的複合体を形成している間の（ポジティブクロマトグラフィーの場合）、または樹脂および不純物が可逆的複合体を形成している間の（ネガティブクロマトグラフィーの場合）、動作を示す。
【００１８】
「洗浄」ステップまたはモードは、生成物が結合された樹脂が洗浄緩衝液で洗浄されて不純物の樹脂を取り除く間の（ポジティブクロマトグラフィーの場合）、または不純物が結合された樹脂が洗浄緩衝液で洗浄されて結合ステップからの持越し生成物を洗い流す間の（ネガティブクロマトグラフィーの場合）、動作を示す。
【００１９】
「溶出」ステップまたはモードは、樹脂と生成物との複合体が逆戻りし、精製された生成物が回収される間の動作を示す。
【００２０】
「再生」ステップまたはモードは、再使用の目的で、または後のサイクルのために、樹脂が浄化される間の動作を示す。
【００２１】
「平衡」ステップまたはモードは、システムが中性緩衝液中で平衡にされる動作を示す。
【００２２】
「固体粒子の負荷分離能力」は、モジュールまたはシステムの工程効率および詰まり速度を有意に低減せずに該モードまたはシステムに導入され得る未精製溶液中の固体粒子含量の最大量である。
【００２３】
「ステージ」は、相互に連結された分離装置およびミキサーを示す。
【００２４】
「シングルパスモジュール」は、シングルパスでの結合、洗浄、溶出、および再生などのクロマトグラフィー動作の１つを実施するモジュールである。
【００２５】
模範的システム、モジュールおよび方法が、提供される。本開示の実施形態は、本明細書に開示された１つまたは複数の特色を用いないシステム、モジュールおよび方法と比較して、リサイクルの原理を利用して、有意に工程効率を上昇させ、動作スケールを上昇させ、樹脂コストを低減する、またはそれらを組み合わせた拡張性および信頼性があり使い捨て可能な技術を提供する。
【００２６】
ＣＣＴＣシステムの中空繊維膜がスパイラル微小流動性粒子ソーターデバイスにより置き換えられると、予想外の利益が提供される。これらのスパイラルデバイスは、デバイスの流路の湾曲した外壁でＤｅａｎ渦を利用して樹脂を溶解された化学種から分離して、粒子を該デバイスの一方の壁に選択的に引き寄せる。それゆえこれらのデバイスは、樹脂粒子を溶解された化学種から分離するための膜などの物理的バリアを必要としない。ＣＣＴＣシステムに比較した向流スパイラルクロマトグラフィーシステムの動作にある予想外の顕著な利益は、以下に記載されたものを包含し、その利益は、実施形態に応じて単独で、互いに組み合わせて、または全て一緒に提供され得る。
【００２７】
中空繊維膜をスパイラル微小流動性粒子ソーターデバイスに置き換えると、過去に膜デバイス中で見出された漸次的な詰まりがなくなることにより、スループットが有意に上昇し得る。さらに処理時間が、２４時間から最大約３０〜９０日延長させることができ（スループットの最大９０倍の上昇）、加えて、向流クロマトグラフィーシステムを還流バイオリアクターと直接統合される（最大約９０日運転し得る）。
【００２８】
中空繊維膜をスパイラル微小流動性粒子ソーターデバイスに置き換えると、詰まりがないことで各向流クロマトグラフィーステージの圧力をもはや個別にモニタリングする必要がないため、ハードウエアおよびシステムのモニタリングが有意に簡素化され得る。これにより、典型的な向流クロマトグラフィー動作のための圧力ゲージの数を約２０から約６に減少させることができ（３倍を超える減少）、簡素化されたハードウエアデザイン、より低コストのスキッドおよびフローパスと、システムモニタリングの有意な減少による使い易さの向上が可能になる。
【００２９】
中空繊維膜をスパイラル微小流動性粒子ソーターデバイスに置き換えると、スパイラルデバイスが３Ｄプリンティング、エッチングおよび射出成形などの様々な安価な製造法で作製され得るため、製造および供給連鎖のロバスト性が改善され得る。スパイラルデバイスの簡素性により、該スパイラスデバイスは、フローパスの製造および向流クロマトグラフィーの動作の両方で必要となる技術的支援を有意な減少させることができる。加えて、そのようなデバイスは、第三者からの膜モジュールの確保、品質テストおよびトラブルシューティングを管理する必要がなく、システム統合会社により直接製造されてもよい。
【００３０】
中空繊維膜をスパイラル微小流動性粒子ソーターデバイスに置き換えると、詰まりの挙動のために膜デバイスに与えられる時間がかかる資格証明がもはや必要でなくなるため、工程の開発要件が減少し、スパイラルデバイスの採用が増加し得る。向流クロマトグラフィー工程全体は、結合能力および速度のための樹脂の小カラムおよびビーカーテストを利用して、標準のベンチトップ実験から拡張可能になり得る。これにより、この工程のより大きな魅力を提供して、市場採用へのハードルを下げることができる。
【００３１】
中空繊維膜をスパイラル微小流動性粒子ソーターデバイスに置き換えると、スループット上昇に起因してコスト／精製された生成物のグラム数が有意に最大約８０％減少し、膜モジュールに比較して該デバイスの製造コストが削減され、工程開発のための労力が低減し得る。
【００３２】
中空繊維膜をスパイラル微小流動性粒子ソーターデバイスに置き換えると、他の方法では膜フィルターを急速に詰まらせる場合がある大きな分子および凝集体（プラスミドＤＮＡ、ウイルスベクター粒子、ワクチンおよびＲＮＡなど）の向流クロマトグラフィー精製のための能力を提供することができ、中空繊維膜を有するＣＣＴＣに比較して、この新技術のプラットフォームのための大きなさらなる市場機会を切り拓くことができる。
【００３３】
中空繊維膜をスパイラル微小流動性粒子ソーターデバイスに置き換えると、中空繊維膜を有するＣＣＴＣに比較して、固体粒子負荷分離能力が増大し得る。
【００３４】
米国特許第７，９４７，１７５号および同第７，９８８，８５９号、ならびに米国特許出願公開第２０１７／００４５４８３Ａ１号により完全に記載される通りの図１を参照すると、連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーモジュール１００が、示されている（破線の内側）。投入溶液１０１が、第一の投入口１０２に入り、該投入溶液１０１は、第一のミキサー１０５の内部で第二の投入口１０４からのリサイクルされた溶液１０３と混合される。第一のミキサー１０５からの第一の混合された産出物１０６は、タンジェンシャルフローフィルター１０８であるステージＩ分離装置１０７に入り、そこからステージＩ液体画分１０９が、第一の産出口１１０でステージＩ分離装置１０７を出る。ステージＩ固体画分１１１は、第二のミキサー１１２に供給されるが、第三の投入口１１４からの任意選択による緩衝溶液１１３と混合されて第二の混合された産出物１１５を生成してもよい。第二のミキサー１１２からの第二の混合された産出物１１５は、タンジェンシャルフローフィルター１０８であるステージＩＩ分離装置１１６に供給される。ステージＩＩ固体画分１１７は、第二の産出口１１８を介してステージＩＩ分離装置１１６から連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーモジュール１００を出て、ステージＩＩ液体画分１１９は、第三の産出口１２０を介してステージＩＩ分離装置１１６から連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーモジュール１００を出る。ステージＩＩ液体画分１１９は、リサイクルされた溶液１０３であってもよい。連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーモジュール１００は、少なくとも１つのポンプ１２２を含む。
【００３５】
米国特許第７，９４７，１７５号および同第７，９８８，８５９号、ならびに米国特許出願公開第２０１７／００４５４８３Ａ１号により完全に記載される通りの図２を参照すると、連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーシステム２００が、連続モードで動作する。洗浄ステップモジュール２２０および溶出ステップモジュール２３０が第三のミキサー２０１およびステージＩＩＩ分離装置２０２をさらに含むことを除き、結合ステップモジュール２１０、洗浄ステップモジュール２２０、溶出ステップモジュール２３０、再生ステップモジュール２４０、および平衡ステップモジュール２５０は、図１に示された連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーモジュール１００の動作と類似の手法で動作する。結合ステップモジュール２１０は、第一の投入口１０２の樹脂スラリータンク２０３と、第三の投入口１１４の結合緩衝液タンク２０４と、に連結されている。洗浄ステップモジュール２２０は、結合ステップモジュール２１０および洗浄緩衝液タンク２０５に連結されている。溶出ステップモジュール２３０は、洗浄ステップモジュール２２０および溶出緩衝液タンク２０６に連結されている。再生ステップモジュール２４０は、溶出ステップモジュール２３０およびストリップ緩衝液タンク２０７に連結されている。平衡ステップモジュール２５０は、再生ステップモジュール２４０および平衡緩衝液タンク２０８に連結されている。
【００３６】
米国特許第９，７８９，４８５号により完全に記載される通りの図３を参照すると、スパイラル分離装置３００は、少なくとも１つの入口３０１と、少なくとも１つのＤｅａｎ渦を発生するように配列および配置された曲線流路３０２と、少なくとも１つの液体画分出口３０３と、少なくとも１つの固体画分出口３０４と、を含む。該曲線流路３０２は、長方形断面、非長方形断面、台形断面、正方形断面、楕円形断面、円形断面、不規則な断面、角丸長方形断面、角丸正方形断面、角丸台形断面、またはそれらの組み合わせを含んでいてもよい。
【００３７】
図４を参照すると、一実施形態において、図１の連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーモジュール１００内の少なくとも１つのタンジェンシャルフローフィルター１０８が、スパイラル分離装置３００により置き換えられて、連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００を形成している。連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００は、投入溶液１０１を受け取るための第一の投入口１０２と、投入溶液１０１と第二の投入口１０４からのリサイクルされた溶液１０３とを混合して第一の混合された産出物１０６を生成するための第一のミキサー１０５と、第一の混合された産出物１０６を濃縮してステージＩ固体画分１１１を生成するためのステージＩ分離装置１０７であって、ステージＩ液体画分１０９が第一の産出口１１０を介してステージＩ分離装置１０７を出る、ステージＩ分離装置１０７と、ステージＩ分離装置１０７からのステージＩ固体画分１１１と第三の投入口１１４からの任意選択による緩衝溶液１１３とを混合して第二の混合された産出物１１５を生成するための第二のミキサー１１２と、第二の混合された産出物１１５を濃縮してステージＩＩ固体画分１１７を生成するためのステージＩＩ分離装置１１６であって、ステージＩＩ固体画分１１７が第二の産出口１１８を介してステージＩＩ分離装置１１６からモジュールを出て、ステージＩＩ液体画分１１９が第三の産出口１２０を介してステージＩＩ分離装置１１６から連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００を出る、ステージＩＩ分離装置１１６と、少なくとも１つのポンプ１２２と、を含む。第三の産出口１２０からのリサイクルされた溶液１０３は、投入溶液１０１と向流に、第二の投入口１０４に流れる。ステージＩ分離装置１０７およびステージＩＩ分離装置１１６の少なくとも一方は、スパイラル分離装置３００である。ステージＩ液体画分１０９は、廃液であってもよく、または生成物であってもよい。
【００３８】
一実施形態において、ステージＩ分離装置１０７およびステージＩＩ分離装置１１６は両者とも、スパイラル分離装置３００である。別の実施形態（図示しない）において、ステージＩ分離装置１０７およびステージＩＩ分離装置１１６の一方が、スパイラル分離装置３００であり、一方が、タンジェンシャルフローフィルター１０８である。連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００がステージＩＩＩ分離装置２０２を含むさらに別の実施形態（図示しない）において、ステージＩ分離装置１０７、ステージＩＩ分離装置１１６およびステージＩＩＩ分離装置２０２のうちの１つが、スパイラル分離装置３００であり、２つが、タンジェンシャルフローフィルター１０８であるか、ステージＩ分離装置１０７、ステージＩＩ分離装置１１６およびステージＩＩＩ分離装置２０２のうちの２つが、スパイラル分離装置３００であり、１つが、タンジェンシャルフローフィルター１０８であるか、またはステージＩ分離装置１０７、ステージＩＩ分離装置１１６およびステージＩＩＩ分離装置２０２のうちのそれぞれが、スパイラル分離装置３００である。
【００３９】
一実施形態において、投入溶液１０１は、樹脂および未精製の生成物溶液を含む。該未精製の生成物溶液は、非限定的に、商品の化学薬品、糖、アミノ酸、ナノ粒子、医薬品、抗生物質、スタチン、タンパク質、モノクローナル抗体、融合タンパク質、抗体薬物コンジュゲート、酵素、ウイルス様粒子、ワクチン、ＤＮＡ、ＲＮＡまたはそれらの組み合わせをはじめとする任意の適切な産物を含んでいてもよい。
【００４０】
第一のミキサー１０５は、スタティックミキサーまたはノンスタティックミキサーであってもよい。第二のミキサー１１２は、スタティックミキサーまたはノンスタティックミキサーであってもよい。連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００が第三のミキサー２０１を含む一実施形態（図示しない）において、該第三のミキサー２０１は、スタティックミキサーまたはノンスタティックミキサーであってもよい。連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００は、スタティックミキサーとノンスタティックミキサーの任意の適切な組み合わせを含んでいてもよい。第二のミキサー１１２は、清浄な緩衝溶液を受け取ってもよく、または清浄な緩衝溶液を受け取らなくてもよい。
【００４１】
一実施形態において、該連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００は、第一の投入口１０２からの投入溶液１０１がシングルパスでステージＩ分離装置１０７およびステージＩＩ分離装置１１６を流れる、シングルパスモジュールである。
【００４２】
一実施形態において、該連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００は、比較の連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーモジュール１００よりも高い、樹脂から緩衝液までの流速により動作可能であり、比較の連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーモジュール１００よりも少ない緩衝液容量を使用する。該連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００は、比較の連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーモジュール１００よりも高い生成物濃度で動作可能であり得る。
【００４３】
一実施形態において、該連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００は、少なくとも約１０重量％、あるいは少なくとも約１２重量％、あるいは少なくとも約１４重量％、あるいは少なくとも約１６重量％、あるいは少なくとも約１８重量％、あるいは少なくとも約２０重量％、あるいは少なくとも約２２重量％、あるいは少なくとも約２４重量％、あるいは少なくとも約２６重量％、あるいは少なくとも約２８重量％、あるいは少なくとも約３０重量％の固体粒子負荷分離能力を含む。
【００４４】
図５を参照すると、一実施形態において、連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００は、第一の産出口１１０を出たステージＩ液体画分１０９から残留する固体材料を除去して、分離されたステージＩ液体画分５０１と、リサイクルされたステージＩ固体画分５０３と、を生成するための再捕捉分離装置５００をさらに含み、該分離されたステージＩ液体画分５０１は、第四の産出口５０２から連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００を出て、該リサイクルされたステージＩ固体画分５０３は、第五の産出口５０４を通して再捕捉分離装置５００を出て、第四の投入口５０５を通して第一のミキサー１０５に供給されて投入溶液１０１およびリサイクルされた溶液１０３と混合されて、第一の混合された産出物１０６に入る。再捕捉分離装置５００は、スパイラル分離装置３００（図示する）またはタンジェンシャルフローフィルター１０８（図示しない）であってもよい。該固体材料は、樹脂を含んでいてもよい。一実施形態において、該固体材料は、ステージＩ分離装置１０７によりステージＩ固体画分１１１中に分離されていない樹脂を含む。
【００４５】
図６〜９を参照すると、一実施形態において、図２の連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーシステム２００における少なくとも１つのタンジェンシャルフローフィルター１０８が、スパイラル分離装置３００と置き換えられて、連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００を形成している。連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００は、複数のモジュールを有し、未精製の生成物溶液からの生成物を樹脂スラリーと結合させるための結合ステップモジュール２１０と、樹脂スラリーからの不純物を洗浄するための洗浄ステップモジュール２２０と、樹脂スラリーを再生するための再生ステップモジュール２４０と、を含む。該複数のモジュールの少なくとも１つは、該複数のモジュールの少なくとも１つの中に樹脂スラリーと向流方向の固体画分の流れを有する複数のステージを含み、該複数のモジュールの少なくとも１つは、スパイラル分離装置３００を含む。該複数のモジュールは、該複数のモジュールのそれぞれのために、連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーモジュール１００と、連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００と、任意の適切な組み合わせを含んでいてもよい。該複数のモジュールは、精製された生成物溶液としての洗浄ステップモジュール２２０の産出物を溶出するための溶出ステップモジュール２３０、適当な緩衝液を用いて連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００を平衡にするための平衡ステップモジュール２５０、またはその両方をさらに含んでいてもよい。該適当な緩衝液としては、中性緩衝液を挙げることができるが、これに限定されない。
【００４６】
一実施形態において、該連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００は、少なくとも約１０重量％、あるいは少なくとも約１２重量％、あるいは少なくとも約１４重量％、あるいは少なくとも約１６重量％、あるいは少なくとも約１８重量％、あるいは少なくとも約２０重量％、あるいは少なくとも約２２重量％、あるいは少なくとも約２４重量％、あるいは少なくとも約２６重量％、あるいは少なくとも約２８重量％、あるいは少なくとも約３０重量％の固体粒子負荷分離能力を含む。
【００４７】
図６および７を参照すると、一実施形態において、該連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００は、結合ステップモジュール２１０と、洗浄ステップモジュール２２０と、溶出ステップモジュール２３０と、再生ステップモジュール２４０と、平衡ステップモジュール２５０と、を含み、結合溶出モードで動作する。図８および９を参照すると、別の実施形態において、該連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００は、結合ステップモジュール２１０と、洗浄ステップモジュール２２０と、再生ステップモジュール２４０と、平衡ステップモジュール２５０と、を含むが、溶出ステップモジュール２３０は含まず、フロースルーモードで動作する。
【００４８】
図６および８を参照すると、一実施形態において、該連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００は、再捕捉分離装置５００を有する連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００を含まない。図７および９を参照すると、別の実施形態において、該連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００は、再捕捉分離装置５００を有する少なくとも１つの連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００を含む。該連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００は、零の連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム４００から、単一の連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００、各連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００、およびそれらの間の連続向流スパイラルクロマトグラフィーモジュール４００の任意の組み合わせの範囲内の、再捕捉分離装置５００を有する任意の適切な数のモジュールを含んでいてもよい。連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００における少なくとも１つの再捕捉分離装置５００の含有により、連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００の動作の間に生成された液体画分から残留する樹脂を除去し、再捕捉分離装置５００を欠く比較のシステムに比べて動作の間に樹脂の損失を低減してもよい。
【００４９】
再度、図６〜９を参照すると、一実施形態において、該連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００は、約３０ｐｓｉ未満、あるいは約２０ｐｓｉ未満、あるいは約１８ｐｓｉ未満、あるいは約１５ｐｓｉ未満、あるいは約１ｐｓｉ〜約２０ｐｓｉの間、あるいは約２ｐｓｉ〜約１８ｐｓｉの間の動作圧力を含む。
【００５０】
図１０を参照すると、連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００の結合ステップモジュール２１０の圧力プロファイルが、連続向流タンジェンシャルクロマトグラフィーシステム２００の結合ステップモジュール２１０における圧力プロファイルと比較して示されており、該圧力プロファイルが、連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００において安定していて、連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００内に顕著な詰まりがないが、向流タンジェンシャルクロマトグラフィーシステム２００が同条件下で膜の詰まりを生じていることが証明される。
【００５１】
図１１を参照すると、連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００の４つの溶出ステップモジュール２３０を有する溶出ステップの圧力プロファイルが、示されており、連続向流スパイラルクロマトグラフィーシステム６００の溶出部分の圧力プロファイルが、動作条件下で安定していて顕著な詰まりがないことが実証される。
【００５２】
図１２を参照すると、溶出ステップモジュール２３０からの生成物として得られたタンパク質試料のＵＶ  Ａ２８０プロファイルが、溶出ステップモジュール２３０の安定した動作を実証している。
【００５３】
一実施形態において、複数のモジュールを有する連続向流スパイラルクロマトグラフィーにより未精製の溶液を精製するための方法は、未精製の溶液を受け取ること、樹脂スラリーを含有するための樹脂スラリータンク２０３から樹脂スラリーを受け取り、樹脂スラリータンク２０３からの樹脂スラリーの放出後に該スラリータンク２０３が単離されること、未精製の生成物溶液中の生成物または不純物のいずれかを樹脂スラリータンク２０３からの樹脂スラリーに結合させるための結合ステップ、樹脂スラリーからの不純物を洗浄するため、または未結合の生成物を回収するための洗浄ステップ、場合により洗浄ステップ後に樹脂スラリーからの生成物を溶出するための溶出ステップ、精製された生成物溶液を捕捉すること、樹脂スラリーを浄化するための再生ステップ、および該ステップのための緩衝溶液を提供すること、を含む。
【００５４】
未精製の溶液の精製は、任意の適切な組成物を精製すること、塩水を脱塩すること、任意の適切なクロマトグラフィー工程を実施すること、またはそれらの組み合わせを含んでいてもよい。適切な組成物としては、商品の化学薬品、糖、アミノ酸、ナノ粒子、医薬品、抗生物質、スタチン、タンパク質、モノクローナル抗体、二重特異性抗体、融合タンパク質、抗体薬物コンジュゲート、酵素、ウイルス様粒子、ワクチン、遺伝子療法薬またはそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。適切なクロマトグラフィー工程としては、クロマトグラフィーでの捕捉、クロマトグラフィーでのフロースルー、クロマトグラフィーでのプロテインＡ樹脂による抗体捕捉、クロマトグラフィーでのイオン交換、クロマトグラフィーでの疎水性相互作用、クロマトグラフィーでの金属親和性、クロマトグラフィーでの混合モード、クロマトグラフィーのハイドロキシアパタイト分離、クロマトグラフィーでの親和性リガンド分離、クロマトグラフィーでのアプタマーに基づく分離、クロマトグラフィーでの逆相分離、またはそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
【００５５】
したがって、本明細書に開示された方法を、特別な順序で実施された特別な動作を参照にして記載および図示したが、本発明の教示を逸脱することなく、これらの動作を組み合わせて、細分して、または並べ替えて、均等な方法を形成し得ることは、理解されよう。したがって、本明細書に具体的に示されない限り、該動作の順序および群分けは、本発明の限定ではない。
【００５６】
最後に、本発明を、特別な実施形態を参照して詳細に図示および記載したが、添付の特許請求の範囲に定義される通り、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなく形態および細部における様々な他の変更が施され得ることは、当業者に理解されよう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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