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圖1 抗體純化工藝流程
一話 離心、過濾
抗體為胞外分泌型表達,純化的一步是將培養液上清與細胞及細胞碎片分離開來。在實驗室規模,分離可通過簡單批次離心完成,但大規模抗體生產主要采用連續分離的方法,主要包括深層過濾、切向流過濾和連續流離心。
深層過濾的優點是簡單易用,前期投入低。深層過濾介質的孔徑分布較廣,內表面積大,可依靠孔徑截留和內表面吸附雙重作用去除固體顆粒,比單一孔徑濾器能處理更的固體雜質,且流速更快。
深層過濾系統由一系列的濾器組成,介質的孔徑從上游到下游遞減(見圖2)。深層過濾本身不能達到無菌過濾,所以過濾系統的后通常需要一個無菌濾器。深層過濾介質中含有硅藻土,硅藻土在抗體純化條件下帶正電荷,在去除細胞和細胞碎片的情況下,還可以去除部分帶負電荷的宿主細胞核酸和宿主細胞蛋白質,起到初步純化的作用。
深層過濾的缺陷是一次性濾芯使用費用高和處理量有限,在處理大體積培養液時需并聯多個濾器,費用和占地面積顯著增加,所以深層過濾的試用范圍限于100-2000L的中試規模的抗體純化。
圖2 深層過濾系統切面圖
切向流濾器在灌流反應器部分較為常用(見圖3),其高切向的流速可減少細胞在膜表面的沉積,從而可以處理大體積細胞培養液而不造成膜的堵塞。
切向流的流速越高,細胞沉積越少,但同時帶來的剪切力越高,細胞破碎風險越大。細胞破碎形成的細胞碎片更容易阻塞濾芯,并且細胞破碎釋放的胞內蛋白和核酸將大大增加后續純化步驟的壓力。
切向流濾器的使用以中空纖維普遍,其表面積大,又可以在孔腔內形成高剪切力。中空纖維濾器的工藝放大可通過增加纖維數目完成,簡單易行。
在切向流過濾工藝開發和優化方面,需要考慮的包括濾芯化學成分、濾芯表面積、孔徑、切向流流速、跨膜壓力。
切向流過濾存在死體積,可在過濾后期加人少量緩沖液,降低死體積中的抗體含量,減少抗體損失。切向流過濾處理量大,可用于超過10000L細胞培養的分離,達到每小時近5000L的液體處理量。其局限在于濾器費用較高,過濾時間較長,并且過濾速度的可控性低。
圖3 切向流濾器切面圖
連續流離心,尤其是采用碟片式離心機進行的連續流離心,是大規模抗體生產中主要采用的分離模式。
碟片式離心機腔體為錐形,細胞培養收獲液在靠近軸部加入,離心后上清液從軸部附近排出,細胞在離心力作用下,在錐形的底部邊線附近聚集結塊。
腔體定期在細胞聚集處輕微開啟,利用腔體內的壓力將細胞排出。細胞排出夾帶的液體損失可通過離心力(轉速)、腔體開啟頻率和開啟時間的優化,控制在5%以下。
連續流離心能夠去除絕大部分細胞和細胞碎片。殘留的少量細胞碎片可用深層過濾去除。碟片式離心機的優點是體積小,多層碟片形成的沉降面積大,液體處理量大,操作簡單、可靠,使用費用低。其缺點是前期設備投資髙,清洗較復雜,并缺少合適的小試模型。