Estudo sobre a substituição da cromatografia em coluna tradicional pela cromatografia em membrana para purificação de anticorpos monoclonais

a cromatografia-em leito compactado tradicional é madura e confiável, mas é limitada por limitações como baixa eficiência de difusão, alta contrapressão e velocidades de processamento lentas, tornando cada vez mais difícil acompanhar o aumento contínuo da produtividade dos processos upstream. Recentemente, um estudo publicado emProgresso da Biotecnologiatrouxe um avanço potencial para a indústria: com suas vantagens de produtividade excepcionalmente alta e durabilidade robusta, a cromatografia de membrana pode se tornar uma alternativa eficaz à cromatografia-em leito compactado e remodelar fundamentalmente o cenário da purificação de mAb downstream.

Antecedentes da Pesquisa

 

O estudo avaliou sistematicamente vários tipos de dispositivos de cromatografia de membrana, incluindo membranas de-troca iônica e de afinidade com proteína A, e conduziu uma comparação abrangente com a cromatografia-em leito compactado tradicional em diversas dimensões, incluindo capacidade de ligação, eliminação de impurezas, vida útil e desempenho geral de purificação. Três proteínas recombinantes foram selecionadas para o estudo-um anticorpo monoclonal (mAb) e duas-proteínas de fusão Fc-cobrindo todo o processo de purificação downstream, desde a captura até o polimento. Os principais resultados do teste são os seguintes:

 

1. Etapa de Captura: Cromatografia de Membrana de Proteína A - Alta Capacidade de Ligação em Tempos de Residência Curtos

A cromatografia em proteína A é uma etapa crítica na captura de mAb. O estudo avaliou o desempenho de quatro membranas de Proteína A (três produtos comerciais e um protótipo de membrana) em relação a duas resinas de leito compactado de referência:

• Excelente capacidade de ligação dinâmica (DBC):Duas membranas atingiram valores de DBC superiores a 50 g/L. Algumas membranas mantiveram capacidades de ligação de 35 a 65 g/L, mesmo com um tempo de residência extremamente curto de 0,2 min, comparável às resinas de leito empacotado tradicionais (37 a 55 g/L).
• Aumento dramático na produtividade:O tempo de residência da cromatografia de membrana foi de apenas 1/6–1/30 do da cromatografia em coluna tradicional (0,13–0,33 min vs. 2–6 min), resultando em umAumento de 12 a 35 vezes na produtividade do processamento em lote.
• Recuperação estável:A recuperação de proteínas excedeu 85% para todos os dispositivos de membrana. A membrana GORE alcançou a maior recuperação de 96%, essencialmente comparável às resinas de leito compactado tradicionais (94–98%).
• Limitações a considerar:A cromatografia de membrana produziu um volume de eluição1,4–5 vezes maiordo que as resinas-de leito compactadas tradicionais, enquanto a depuração do HCP foi ligeiramente inferior. Para algumas membranas, os níveis de HCP no eluato atingiram 7.000 ppm, em comparação com 4.700 ppm para resinas-de leito compactado tradicionais. Portanto,etapas adicionais de polimento podem ser necessárias para compensar esta limitação.

 

2. Etapa de polimento: troca de íons-/membranas multimodais - remoção eficiente de impurezas com processamento rápido

O objetivo principal da etapa de polimento é remover impurezas residuais, como agregados de alto-peso-molecular (HMW) e proteínas da célula hospedeira (HCP). O estudo avaliou três tipos de cromatografia de membrana: membranas de troca aniônica (AEX), troca catiônica (CEX) e membranas multimodais (MM).

• Produtividade-recorde:O tempo de residência para cromatografia em membrana foi apenas0,17 minutos, comparado com2–4 minutospara cromatografia em coluna tradicional, representando umRedução de 12 a 24 vezes no tempo de residênciae um aumento dramático na eficiência do processamento.
• Eliminação de impurezas comparável à cromatografia em coluna tradicional:Cromatografia de membrana alcançadaFatores de folga HMW de 4,2–5,5, aproximando-se do desempenho da resina Capto Adhere (6). OO fator de depuração do HCP atingiu até 60, com algumas membranas superando a cromatografia em leito compactado tradicional.
• Recuperação competitiva de proteínas:A maioria das membranas alcançourecuperações de proteína acima de 90%, e para algumas proteínas de fusão-Fc, a recuperação foi ainda maior do que a obtida com a cromatografia em coluna tradicional.

 

3. Validação-completa do processo: a cromatografia de membrana permite purificação de alta-pureza

O estudo estabeleceu umaprocesso integrado de purificação-baseado em membrana que combina captura de proteína A com polimentoe comparou-o diretamente com um processo de cromatografia em leito compactado convencional:

• Desempenho de alta-pureza:Após o processo completo de purificação-baseado em membrana, os níveis de HCP nas proteínas de fusão-Fc foram reduzidos paraabaixo de 50 ppm, com agregados (espécies HMW) emMenor ou igual a 0,5%. Para o anticorpo monoclonal, o HCP foi reduzido para226 ppm, com agregados em1.0%, aproximando-se do desempenho do processo convencional de cromatografia em leito compactado ({0}}(11 ppm HCP e 0,7% de agregados).
• Maior recuperação geral:A recuperação geral da proteína de fusão-Fc atingiu89%, que foi19% maiordo que o processo convencional de cromatografia-em leito compactado. Para o anticorpo monoclonal, a recuperação foi73%, comparável ao processo convencional-de leito compactado.
• Forte resistência à incrustação:A cromatografia em membrana demonstrou melhor tolerância a matérias-primas com altas cargas de impurezas e permaneceu eficaz mesmo quando oa concentração inicial de HCP atingiu 150.000 ppm.

 

4. Vida útil: operação estável por 100+ ciclos atende aos requisitos de fabricação

A durabilidade da membrana é um fator crítico para aplicação industrial. O estudo avaliou a estabilidade da membrana através201 ciclos operacionais consecutivos:

• Ciclo de vida prolongado:Sete das oito membranas concluídasmais de 100 ciclos, enquanto o protótipo de membrana multimodal (MM) atingiu201 ciclossem degradação significativa do desempenho.
• Desempenho estável:Ao longo do estudo do ciclismo,a recuperação de proteínas permaneceu em torno de 90%, sem declínio significativo no desempenho de remoção de HMW ou HCP. Os perfis de pressão também permaneceram estáveis.
• Adequado para aplicações de fabricação:A maioria das membranas era capaz de suportarpelo menos um ciclo de produção completo, enquanto alguns podem suportar vários lotes. Os aumentos de pressão acumulados poderiam ser mitigados otimizando oEstratégia limpa-no-local (CIP).

 

Destaques técnicos: Por que a cromatografia em membrana pode substituir a cromatografia em coluna tradicional?

As principais vantagens da cromatografia de membrana decorrem de sua estrutura exclusiva de membrana-de folha plana. Em comparação com resinas cromatográficas porosas convencionais, a cromatografia de membrana oferece três diferenças principais:

1. Mecanismo inovador de transferência de massa:As membranas dependem principalmente da transferência de massa convectiva, eliminando a necessidade de proteínas se difundirem em meios porosos. Isto reduz significativamente o tempo de residência e permite um processamento muito mais rápido.
2. Contrapressão significativamente menor:A estrutura-de folha plana oferece baixa resistência ao fluxo e pode acomodar taxas de fluxo mais altas, superando as limitações de contrapressão comumente associadas à cromatografia em coluna tradicional.
3. Forte adaptabilidade ao processo:A cromatografia de membrana é compatível com a fabricação contínua e pode corresponder melhor à alta produtividade dos processos upstream. Além disso, o tamanho menor do equipamento e os menores requisitos de mídia de membrana podem ajudar a reduzir os custos gerais de fabricação.

É claro que a cromatografia de membrana também tem certas limitações. Estes incluemmaiores volumes de eluição, que requerem consumo adicional de buffer; a necessidade de melhorias adicionais na eliminação de impurezas para amostras desafiadoras, comoanticorpos biespecíficos (bsAbs); e disponibilidade limitada de alguns produtos de membrana em larga escala de fabricação. No entanto, esses desafios podem ser abordados gradualmente por meio de um projeto de equipamento otimizado, da incorporação de etapas adicionais de{{1}filtração profunda e de outras melhorias de processo.

Impacto na indústria: a fabricação de anticorpos monoclonais entra em uma era de purificação de alta{0}}eficiência

As descobertas deste estudo fornecem à indústria biofarmacêutica uma direção clara para o avanço tecnológico. Para processos convencionais de purificação de proteínas de fusão-mAb e Fc que priorizam alta produtividade,a cromatografia de membrana tem o potencial de substituir totalmente a tradicional cromatografia em coluna em leito compactado. Mesmo para matérias-primas mais complexas, uma estratégia combinada que utiliza cromatografia de membrana juntamente com resinas de cromatografia convencionais pode ajudar a alcançar um equilíbrio ideal entre eficiência de processamento e pureza do produto.

À medida que as tecnologias de materiais de membrana continuam a avançar, espera-se que os desenvolvimentos futuros reduzam ainda mais o consumo de buffer e melhorem a escalabilidade, acelerando a indústria biofarmacêutica em direção afabricação contínua, de alta-eficiência e custo{1}}eficiente.

Para fabricantes biofarmacêuticos,a adoção precoce e a implantação estratégica da cromatografia de membrana podem se tornar uma importante vantagem competitiva no mercado em evolução.