Étude sur le remplacement de la chromatographie sur colonne traditionnelle par la chromatographie sur membrane pour la purification des anticorps monoclonaux

La chromatographie traditionnelle en lit garni-est mature et fiable, mais elle est limitée par des limitations telles qu'une faible efficacité de diffusion, une contre-pression élevée et des vitesses de traitement lentes, ce qui rend de plus en plus difficile de suivre le rythme de la productivité sans cesse croissante des processus en amont. Récemment, une étude publiée dansProgrès de la biotechnologiea apporté une avancée potentielle à l'industrie : avec ses avantages d'une productivité exceptionnellement élevée et d'une durabilité robuste, la chromatographie sur membrane peut devenir une alternative efficace à la chromatographie en lit garni-et remodeler fondamentalement le paysage de la purification des mAb en aval.

Contexte de la recherche

 

L'étude a évalué systématiquement différents types d'appareils de chromatographie sur membrane, y compris les membranes échangeuses d'ions-et d'affinité pour la protéine A, et a effectué une comparaison complète avec la chromatographie traditionnelle-sur lit garni sur plusieurs dimensions, notamment la capacité de liaison, l'élimination des impuretés, la durée de vie et les performances globales de purification. Trois protéines recombinantes ont été sélectionnées pour l'étude-un anticorps monoclonal (mAb) et deux Fc-protéines de fusion-couvrant le processus complet de purification en aval, de la capture au polissage. Les principaux résultats des tests sont les suivants :

 

1. Étape de capture : Chromatographie sur membrane de protéine A - Capacité de liaison élevée à des temps de séjour courts

La chromatographie sur protéine A est une étape critique dans la capture des mAb. L'étude a évalué les performances de quatre membranes de protéine A (trois produits commerciaux et un prototype de membrane) par rapport à deux résines à lit garni de référence :

• Capacité de liaison dynamique (DBC) exceptionnelle :Deux membranes ont atteint des valeurs DBC supérieures à 50 g/L. Certaines membranes ont conservé des capacités de liaison de 35 à 65 g/L même avec un temps de séjour extrêmement court de 0,2 min, comparable aux résines à lit garni traditionnelles- (37 à 55 g/L).
• Augmentation spectaculaire de la productivité :Le temps de séjour de la chromatographie sur membrane n'était que de 1/6 à 1/30 de celui de la chromatographie sur colonne traditionnelle (0,13 à 0,33 min contre . 2 à 6 min), ce qui entraîne unAugmentation de 12 à 35 fois de la productivité du traitement par lots.
• Récupération stable :La récupération des protéines a dépassé 85 % pour tous les dispositifs à membrane. La membrane GORE a obtenu la récupération la plus élevée de 96 %, essentiellement comparable aux résines à lit garni traditionnelles- (94 à 98 %).
• Limites à considérer :La chromatographie sur membrane a produit un volume d'élution1,4 à 5 fois plus élevéque les résines-à lit garni traditionnelles, tandis que la clairance HCP était légèrement inférieure. Pour certaines membranes, les niveaux de HCP dans l'éluat ont atteint 7 000 ppm, contre 4 700 ppm pour les résines à lit garni traditionnel-. Donc,des étapes de polissage supplémentaires peuvent être nécessaires pour compenser cette limitation.

 

2. Étape de polissage : échange d'ions -/membranes multimodales - élimination efficace des impuretés avec un traitement rapide

L'objectif principal de l'étape de polissage est d'éliminer les impuretés résiduelles telles que les agrégats de haut-poids moléculaire-(HMW) et les protéines de la cellule hôte (HCP). L'étude a évalué trois types de chromatographie membranaire : les membranes échangeuses d'anions (AEX), échangeuses de cations (CEX) et multimodales (MM).

• Productivité record- :Le temps de séjour pour la chromatographie sur membrane était seulement0,17 minutes, par rapport à2 à 4 minutespour la chromatographie sur colonne traditionnelle, représentant unRéduction de 12 à 24 fois du temps de séjouret une augmentation spectaculaire de l'efficacité du traitement.
• Dégagement des impuretés comparable à la chromatographie sur colonne traditionnelle :Chromatographie sur membrane réaliséeFacteurs de clairance HMW de 4,2 à 5,5, se rapprochant des performances de la résine Capto Adhere (6). LeLe facteur d’autorisation HCP a atteint jusqu’à 60, certaines membranes surpassant la chromatographie traditionnelle en lit garni.
• Récupération compétitive des protéines :La plupart des membranes ont été réaliséesrécupérations de protéines supérieures à 90 %, et pour certaines protéines de fusion Fc-, la récupération était encore supérieure à celle obtenue avec la chromatographie sur colonne traditionnelle.

 

3. Validation complète du processus : la chromatographie sur membrane permet une purification de haute pureté.

L'étude a établi unprocessus de purification intégré-basé sur une membrane combinant capture de la protéine A et polissage, et nous l'avons directement comparé à un processus de chromatographie sur lit garni classique :

• Performances de haute-pureté :Suite au processus de purification entièrement membranaire-, les niveaux de HCP dans les protéines de fusion Fc-ont été réduits àen dessous de 50 ppm, avec des agrégats (espèces HMW) àInférieur ou égal à 0,5%. Pour l’anticorps monoclonal, HCP a été réduit à226 ppm, avec des agrégats à1.0%, se rapprochant des performances du processus de chromatographie sur lit garni conventionnel- (11 ppm HCP et 0,7% d'agrégats).
• Récupération globale plus élevée :La récupération globale de la protéine de fusion Fc- atteinte89%, ce qui était19% plus élevéque celle du processus classique de chromatographie sur lit garni-. Pour l'anticorps monoclonal, la récupération a été73%, comparable au processus classique-en lit emballé.
• Forte résistance à l’encrassement :La chromatographie sur membrane a démontré une meilleure tolérance aux matières premières à forte charge en impuretés et est restée efficace même lorsque leLa concentration initiale de HCP a atteint 150 000 ppm.

 

4. Durée de vie : un fonctionnement stable pendant 100+ cycles répond aux exigences de fabrication

La durabilité des membranes est un facteur critique pour les applications industrielles. L'étude a évalué la stabilité de la membrane grâce à201 cycles de fonctionnement consécutifs:

• Durée de vie prolongée :Sept des huit membranes terminéesplus de 100 cycles, tandis que le prototype de membrane multimodale (MM) a atteint201 cyclessans dégradation significative des performances.
• Performances stables :Tout au long de l'étude du cyclisme,la récupération des protéines est restée autour de 90 %, sans diminution significative des performances de suppression de HMW ou HCP. Les profils de pression sont également restés stables.
• Convient aux applications de fabrication :La plupart des membranes étaient capables de supporterau moins un cycle de production complet, alors que certains pourraient prendre en charge plusieurs lots. Les augmentations de pression accumulées pourraient être atténuées en optimisant lastratégie de nettoyage-sur-place (CIP).

 

Points forts techniques : Pourquoi la chromatographie sur membrane peut-elle remplacer la chromatographie sur colonne traditionnelle ?

Les principaux avantages de la chromatographie sur membrane proviennent de sa structure unique de membrane plate-. Par rapport aux résines de chromatographie poreuse conventionnelles, la chromatographie sur membrane offre trois différences clés :

1. Mécanisme de transfert de masse innovant :Les membranes reposent principalement sur le transfert de masse par convection, éliminant ainsi le besoin de diffusion de protéines dans des milieux poreux. Cela réduit considérablement le temps de séjour et permet un traitement beaucoup plus rapide.
2. Contre-pression nettement inférieure :La structure en feuille plate-offre une faible résistance à l'écoulement et peut s'adapter à des débits plus élevés, surmontant ainsi les limitations de contre-pression généralement associées à la chromatographie sur colonne traditionnelle.
3. Forte adaptabilité des processus :La chromatographie sur membrane est compatible avec une fabrication continue et peut mieux répondre à la productivité élevée des processus en amont. De plus, son encombrement réduit en termes d'équipement et ses exigences moindres en matière de membrane peuvent contribuer à réduire les coûts globaux de fabrication.

Bien entendu, la chromatographie sur membrane présente également certaines limites. Ceux-ci incluentvolumes d'élution plus importants, qui nécessitent une consommation de tampon supplémentaire ; la nécessité d'améliorer encore l'élimination des impuretés pour les échantillons difficiles tels queanticorps bispécifiques (bsAbs); et disponibilité limitée de certains produits membranaires à grande échelle. Cependant, ces défis peuvent être progressivement résolus grâce à une conception optimisée des équipements, à l'incorporation d'étapes supplémentaires de filtration en profondeur- et à d'autres améliorations des processus.

Impact sur l'industrie : la fabrication d'anticorps monoclonaux entre dans l'ère de la purification à haute-efficacité

Les résultats de cette étude fournissent à l’industrie biopharmaceutique une direction claire pour le progrès technologique. Pour les processus conventionnels de purification des protéines de fusion mAb et Fc-qui privilégient une productivité élevée,la chromatographie sur membrane a le potentiel de remplacer complètement la chromatographie traditionnelle sur colonne à lit garni. Même pour les matières premières plus complexes, une stratégie de combinaison utilisant la chromatographie sur membrane avec des résines de chromatographie conventionnelles peut aider à atteindre un équilibre optimal entre l'efficacité du traitement et la pureté du produit.

À mesure que les technologies des matériaux membranaires continuent de progresser, les développements futurs devraient réduire davantage la consommation de tampon et améliorer l'évolutivité, accélérant ainsi l'industrie biopharmaceutique versfabrication continue, à haute-efficacité et-rentable.

Pour les fabricants biopharmaceutiques,l’adoption précoce et le déploiement stratégique de la chromatographie sur membrane pourraient devenir un avantage concurrentiel important sur un marché en évolution.