Nagy térfogatú elválasztások, amelyek megőrzik az érzékeny biomolekulákat

A nagy térfogatú szétválasztások elengedhetetlenek a vakcinák, génterápiák és rekombináns fehérjék előállításához. Mégis, azok a feltételek, amelyek lehetővé teszik a méretezést – magas áramlási sebességek, nyíróerők és nyomás – gyakran lebomlanak az érzékeny biomolekulákat. A fehérjék denaturálnak. DNS-töredékek. A vírusvektorok elveszítik a hatékonyságukat.

A későbbi feldolgozás fokozása mágneses elválasztással

Hagyományos szétválasztási technikákat fejlesztettek ki kis molekulákra. A biológiai szerek nagyobbak és sokkal érzékenyebbek, mint a kis molekulák. A biológiai anyagokhoz szükség van a szeparációs technikákra, hogy megőrizzék a biomolekula integritását és érzékenységét ahhoz, hogy a termék hasznos legyen. Ez a cikk bemutatja a mágneses elválasztási folyamat egyik előnyeit a biomolekula számára, mivel bemutatja a mágneses szétválasztás érzékenységét a nagy térfogatú szétválasztás során.

Hagyományos szétválasztási módszerek

Amikor a legtöbb mérnök figyelembe veszi a szétválasztás után elveszett biomolekulák értékét, a biomolekulakötő faktor hatékonyságáról és az elució visszanyeréséről beszélnek. Azonban a termék legtöbb lebomlása a termésértékek számítása előtt és a szétválasztási fázisban történik.

A hagyományos elválasztási módszerek számos káros fizikai és kémiai formának teszik ki a molekulákat a szétválasztási szakasz során.

• Membránok és oszlopok szétválasztása: A biomolekulákat elválasztó áramlatok hajtogatást, forgást és átrendeződést okoznak a rugalmas szerkezeti és polimer molekulákban, ami jelentős és néha visszafordíthatatlan lebomlást okoz.

• Leválasztás fűtéssel vagy hűtéssel: A legtöbb hagyományos szétválasztási módszer biomolekulák fűtési és hűtési ciklusait követeli. Ez a biomolekulák megsemmisüléséhez és aggregátumok kialakulásához vezet.

• Szétválasztás, azaz nyomás vezérelte: A szűrő felszínéhez kötődő biomolekulák mechanikai és tangentiális áramlása törést okozhat, amely nyírásos vagy visszafordíthatatlan törést okozhat, amikor a biomolekula elveszik.

• Leválasztás eluciós pufferek használatával: A kémiai környezet változása és az alacsonyabb (vagy néha magasabb) pH-jú eluciópufferok megváltoztathatják a biomolekula konformációját.

Dr. Lydia Kisley és a Case Western Reserve University csapata kimutatta, hogy néhány kereskedelmi elválasztó anyag, amelyet "teljesen porózusnak" jelölnek, központi részesek többnyire inaktívak. Ez azt jelenti, hogy a gyártók fizetik az egész kapacitást, de csak a potenciális teljesítmény kis részét kapják. Ez, valamint a hosszabb feldolgozási idők együtt, a biomolekulák lebomlásához vezethet.

A későbbi feldolgozás fokozása mágneses elválasztással

Ha összesíten, a csökkent specifikus aktivitás, a biomolekulák aggregációjának növekedése és a végső hozamcsökkenés költséges újrafeldolgozáshoz vezet.

Miért a hagyományos feldolgozási módszerek Cegy't Tovább fejlődni

A laboratóriumi módszereknek számos szétválasztási módszere van, amelyek ipari méretben nem is praktikussá válhatnak.

Egy példa a skálázási problémákkal rendelkező módszerre a kromatográfiai oszlopok használata.

• Célpont szűkített szállítása: A csomagolt rétegű kromatográfiában a kötés analita diffúziójával történik. 100 Da-nál nagyobb biomolekulák esetén a diffúzió ideje a kötési felülethez közel van, és jelentős terület kizárul.

•Eldugulás: Az ipari méretű oszlopok elzáródásának megelőzése érdekében előre tisztázzák az ellátó áramot.

• Megnövekedett pufferfogyasztás: Az ipari méretű oszlopok nagy puffert hoznak létre – egy használt puffer, ami növeli a működési költségeket.

• Nyírásérzékenység csomagolás és üzemeltetés közben: Az egyenletes ágybecsomagolás méretarányos fenntartásához szükséges mechanikai erők károsíthatják azokat a biomolekulákat, amelyeket az oszlop tisztítani tervez.

A müncheni Műszaki Egyetem kutatói, Julian Galbusera, Ines Zimmermann és Paula Fraga-García dokumentálták, hogyan kezeli a mágneses szétválasztási technológia ezeket a szűk keresztmetszeteket. Ellentétben a hagyományos kromatográfiával, ahol az állófázis egy csomagolt gyöngyökből álló mátrix, amelyet mozgó folyadék átszisít, a mágneses elkülönítés közvetlenül a táplálóáramot a funkcionalizált mágneses részecskék felfüggesztésével dolgozza fel. Ez lehetővé teszi, hogy a kromatográfiát általában sújtó diffúziós akadályokat teljesen megkerüljük, miközben nagy léptékben működnek és tisztázatlan lizátokat dolgoznak fel.

A mágneses alternatíva: Gyengéd, Gyors és Skálázható

A mágneses elválasztás alapelvei alapvetően eltérőek. Funkcionalizált mágneses részecskék specifikus molekuláris fajokat céloznak meg szuszpenzióban. A külső mágneses tér alkalmazása megfogja a részecske-célkomplexumokat, és lehetővé teszi a nem kívánt fajok rutinszerű kimosását. A részecske-célnövény komplexum a feldolgozás során védve van a nyírás- és hőfeszültségektől.

Nagy térfogatú szétválasztási folyamatok esetén ennek a technikának az érzékeny biomolekulák szétválasztásának előnyei több:

• Nem szükséges diffúziót a pórusokon keresztül: A mágneses részecskék általában nem porózisak. Így a lassú diffúziós lépés, amely minden kromatográfiai módszer kötőkinetikáját korlátozza, megkerülhető. Érdemes megemlíteni, hogy a nagy biomolekulák közvetlenül kötődnek a részecskefelületekhez.

• Finom elfogás és kiengedés: A mágneses tér lágy térfogati erőt fejt ki, szemben a nagyon magas nyomással és a nagyon magas tömörségi sűrűséggel, amely a tömörített ágyas oszlopokra jellemző. A sejtek épek maradnak. A vírusvektorok megőrzik a fertőzőképességet. A fehérjeszerkezetek hajtogatva maradnak.

• Nyers teherbírások közvetlen feldolgozása: A mágneses elválasztás képes kezelni a zavaros, részecskékkel teli táplálékfolyamokat előszűrés nélkül. Ez kizárja az egyik vagy több egység működését a lefelé vezető vonatból.

• Minimális pufferfogyasztás: Mivel a mágneses részecskéket felfüggesztik és visszanyerik, nem pedig egy oszlopban rögzítve, a puffertérfogat jelentősen csökkenthető, ami csökkenti a költségeket és a környezeti hatást.

Egy 2023-ban megjelent tanulmány a Molecular Therapy—Methods & Clinical Development folyóiratban bemutatta ennek az elvnek a gyakorlati alkalmazását. A kutatók kidolgoztak egy szűrőmentes mágneses elfogási módszert a rekombináns adeno-assosiált vírus (rAAV5) közvetlen sejtlizátból történő tisztítására. Két órán belül körülbelül 5 liter lizátból 63%-os visszanyerési eredményt értek el, három log-os redukcióval a gazdasejt DNS-ében és a gazdasejt fehérjében, miközben teljesen megszüntették a mélységi szűrést és az oszlopkromatográfia lépéseit.

Valós világ teljesítménye egyt Termelési méret

Az ipari gyártók számára a kérdés nem az, hogy a mágneses szétválasztás működik-e a laboratóriumban – hanem az, hogy megbízhatóan teljesít-e a termelési mennyiségben. A bizonyítékok továbbra is erősödnek a megerősítő irányban.

• Liter méretű fehérjetisztítás: Az ACS Omega-ban megjelent kutatás kimutatta, hogy egy egylépéses mágneses halászati eljárás képes 91%-os tisztaságot elérni a zöld fluoreszkáló fehérje (GFP) közvetlenül nyers Escherichia coli-sejt lizátából liter méretben, egyszerű koprecipitációs szintézissel előállított vas-oxid nanorészecskékkel.

• Nagy gradiensű mágneses elválasztás nagyobb léptékben: Sok azonos nagy gradiens mágneses elválasztási (HGMS) elv, amely lehetővé teszi a laboratóriumi tisztítást, az ipari mRNS vakcinák előállításában is használatos. Egy csoport egy 3D-nyomtatott, eldobható HGMS elválasztó kamrát készített egy USP VI. osztályú anyagból. Ebben az esetben a kamra 150 mL percenkénti áramlási sebességgel működött, meghaladta a 99,39%-os megtartást. Ez azt jelenti, hogy a mágneses elválasztási módszerek fenntartják a befogási hatékonyságot a nagy térfogatú elválasztás során használt áramlási sebességeknél.

• Sejtterápiás alkalmazások: A T-sejt izolálásának automatizálásához használt mágneses elválasztó rendszerek 70-100 perc alatt elérik a cGMP kutatási és gyártási kész méretarányban 85% hatékonyságot és 96% tisztaságot.

Longlight Technológia: Mérnöki tudományok fvagy tHosszú futás

Szétválasztási technológia amely nagy volumenű folyamatos szolgáltatást kínál, a Longlight Technology mérnöki fókuszát képezi.

A mágneses szétválasztás területén a Longlight rendszerei úgy vannak kialakítva, hogy folyamatosan egyenletes mágneses térerősséget tartsanak fenn nagy fogótérfogatokon – ez az egyik legfontosabb követelmény a reprodukálható eredmények tételről tételre történő biztosításához. A nagy térfogatú szétválasztás esetén a tételek közötti reprodukálhatóság az, amit a szabályozott gyártási környezetek egyszerűen nem tűrnek el.

A rendszerek gyűjteménye választ ad a nagy volumenű feldolgozás által feljelentett konkrét kihívásokra:

• A mágneses erők befogása, amelyek erősen koncentrálódnak az egész elfoglalási zónában: Ez a csökkenő mágneses térgradiensének egyenetlen eloszlásának problémájára utal, amikor egyes részecskék nagy hatékonysággal fogódnak el, míg mások maradnak. Elfogják őket, majd elmenekülnek, csökkentve a hozamukat és változatosságot teremtve.

• Szétválasztó kamrák (edények), amelyek hatékonyan fogják el, miközben a kamra térfogata kissé a munkapad méretaránya feletti mennyiségtől a termelési méretarányig nő.

• Folyamatrugalmasság: A rendszernek nincs szüksége jelentős módosításokra ahhoz, hogy alkalmazkodjon a különböző típusú mágneses részecskékhez, kötőanyagokhoz és működési eljárásokhoz.

Kompromisszumon túl

A biogyártók egyensúlyozása, amikor a biomolekula elválasztásának hatékonyságát vagy a biomolekula megőrzését választják, véget ér. Az a technológia, amely mágneseket használ a műveletekben, még mindig nem tesztelné az iparág. Ez egy bevált ipari gyakorlat, amelyet különböző lektorált cikkek is bizonyítanak. Ezek a termékek számos kétségtelenül gyártó és beszállító készleteiben találhatók az iparágban.

Olyan alkalmazásokban, ahol a végrészecske értéke (génzáródás, m RNS záródás, monoklonális antitest záródás, sejt- és sejttermékek stb.) a megkülönböztető jellemző, a mágneses szétválasztás:

1. Fenntartja a hagyományos szétválasztás során elveszett biológiai aktivitást;

2. Több szétválasztási műveletet megszüntet az első táplálás tisztázásával.

3. Kevesebb puffert és kevesebb érintkezést igényel a vegyszerekkel.

4.I. könnyen átalakítható az R&D-től a teljes gyártósorra.

A tudományos alapok jól megalapozottak. A mérnöki munka érett. Most már nem az, hogy a mágneses szétválasztás való-e a nagy volumenű biofeldolgozáshoz, hanem az, hogy a gyártók milyen gyorsan alkalmazzák azt, hogy megvédjék a legfontosabb tényezőket – azokat a molekulákat, amelyek terápiás értéket hoznak.

Ha szeretnéd megismerni, hogyan kezelhetik a mágneses szétválasztási rendszerek a nagy térfogatú szétválasztásokat az adott folyamatban, látogasson el www.longlight.com technikai specifikációk és alkalmazástámogatás miatt.

GYIK

K: Feldolgozható nagy mennyiségű tisztázatlan sejtlizátum mágneses elválasztással?

V: Igen. A mágneses szétválasztás elvégezhető magas zavarosságú táplálékfolyamoknál, és nem igényel előszűrőt, így csökkenti az egységműveletek számát.

K: Igaz-e, hogy a fehérjeaktivitás kevesebb lebomlást szenved a biomágneses szétválasztás során?

V: Igen. A biomágneses elválasztási módszerek nem állnak kitéve a magas nyomás/sebesség vagy a biomolekulák szétválasztására és visszanyerésére szolgáló erős pufferrendszerek alkalmazásának.

K: Felskálázó a mágneses szétválasztás laboratóriumból kereskedelmi/ipari célra?

V: Igen. A mágneses elfogás fizikája ugyanúgy működik milliliteres és százliteres rendszerekben bármilyen térfogatban.

K: Milyen biomolekulákat lehet könnyen feldolgozni mágneses elválasztással nagy mennyiségben?

V: Vírusvektorok, mRNS, rFehérjék, exoszómák és sejtek stb. Ezek az anyagok érzékenyek a mechanikai vagy hőfeszültségekre.