生物制藥領域層析技術的發展新趨勢

　　編者：近年來，柱層析方法進行了許多方面的創新，尤其表現在自動化和過程控制領域中。用于流體傳送和數據采集的新式精確控制器以及先進的處理系統都提高了柱層析的可靠性和重現性。中國制藥機械設備網報道。

　　層析技術是功能最強大的純化工具之一，廣泛應用于多種行業。尤其在生物制藥工業領域，不斷改進完善的層析技術正在幫助制藥廠家應對不斷出現的產能挑戰。近年來，為了滿足對無雜質的蛋白質、病毒、核酸、酶和酶抑制物不斷增長的需求，生產廠家不斷增加層析技術在藥物純化方面的應用，隨著應用的增加，層析工藝技術也出現了很多新的趨勢。

　　■定制個性化層析

　　目前有大量不同來源的基于重組細胞的治療方法，包括哺乳動物和非哺乳動物細胞、轉基因牛奶，以及玉米和煙草類植物。原料的多樣性要求層析工藝的個性化，以達到最高的效能。在某些情況下，藥物純化過程可能包含多達6個獨立的層析步驟。慶幸的是，層析工程技術能幫助生產廠家根據具體應用定制適合的解決方案。

　　對重組細胞治療性藥物的生產廠家而言，柱層析是下游生產過程中最常用、也是功能最強大的純化方法，可采用包括親和、離子交換、疏水作用以及金屬螯合和凝膠過濾等在內的多種方法。隨著要求高劑量和長期監管的藥物數量不斷增加，要以更快的速度增加產量以滿足需求，這已為廠商帶來巨大壓力。通過擴大柱層析設備實現產能增加，目前生產中所使用的最大層析柱直徑超過兩米，而且在某些生產設備中可能還需要更大的層析柱。

　　■層析柱裝填自動化

　　近年來，柱層析方法進行了許多方面的創新，尤其表現在自動化和過程控制領域中。用于流體傳送和數據采集的新式精確控制器以及先進的處理系統都提高了柱層析的可靠性和重現性。

　　自動化促進柱層析科學發展的一個領域是裝填工序。將介質裝填到層析柱中曾經被認為是一項需要熟練技巧、勞動強度大的生產活動，需要大量的操作培訓才能保證一致性。但是，事實上，再純熟的人工操作也會導致不定因素出現，并可能破壞批次生產的重復性。對藥品的研發而言，重復性是非常關鍵的，若層析柱裝填沒有達到標準，產品純度和產率就會受影響。最嚴重的結果是，該批生產會遭到破壞，導致成本大幅超支和生產停工。

　　層析柱裝填的創新突破在于采用自動原位裝填技術，即在裝填過程中，通過獨立的裝填工作站，重懸介質并泵入組裝好的柱內。原位裝填有利于介質均勻裝填到柱內，帶來更好的分辨率和產率。它還確保了填充床更穩定，從而提高了批次間的一致性。

　　自動原位裝填的另一優點是使整個過程更加符合衛生要求，因為操作員使用的是全封閉系統。所有裝填和在位清潔工序無需拆卸柱頭，消除了生產過程中的污染風險，并且在某些情況下還可防止操作員在處理生物危險性物品時受到傷害。目前，全球有超過70%的新型柱層析操作設備采用原位裝填系統。

　　柱層析最重要的發展之一是采用超聲波技術監測柱內填料床的密度。盡管仍處于發展階段，但以超聲波輔助層析柱裝填的應用遲早會商業化。其性能直接決定了它具有很大的潛力，可以為操作員判斷層析柱的裝填情況提供精確的工具。

　　超聲波檢測器對層析柱中的柱床壓縮、流動組成和可溶成分的存在非常敏感。超聲波可檢測層析柱使用之前所記錄和驗證的"實時"組成數據，與來自裝填工作站的動態反饋控制，能幫助確保在使用之前裝填的一致性和準確性。

　　■膜層析應用優勢明顯

　　在許多應用中，膜層析在速度和工藝經濟性方面表現出顯著的優勢。這項技術是采用多孔膜，并在膜表面鍵合活性化學基團。膜層析具有一種孔結構，該結構可通過化學修飾鍵合帶電的親水聚合物。與常規的層析填料相比，開放的孔結構能為生物分子結合提供更多可供使用的表面積。對流孔促使物質傳遞快速而且有效，因為流體流動直接穿過膜孔，沒有擴散流限制。

　　目前，膜層析已成功應用于生產規模中DNA、蛋白質和病毒的捕獲和去除。拋棄型裝填好的層析膜柱，其去除雜質的速度是柱層析的100倍。在柱層析中可供結合的表面積大多位于填料孔結構中，只有通過擴散力才能達到。大分子和病毒無法擴散到這些孔隙中，僅與填料外表面位點結合。與柱層析相比，無擴散流限制的膜層析在去除DNA、病毒、質粒等方面高出10~100倍。膜層析同樣可以線性放大，這是生產廠家把產品從實驗室規模放大到生產規模需要考慮的關鍵因素。

　　在捕獲大分子方面，膜層析比柱層析更加有效，這在需要捕獲小型質粒DNA或病毒的大規模生產中特別有優勢。在基因治療載體的純化方面，膜層析日益被認為是一項可行性技術。帶正電荷的Q膜可有效結合大小為23kb的質粒DNA，同時膜層析的快速處理可以有效分離不穩定的大分子質粒。

　　膜層析可有效地去除模型病毒，比如豬細小病毒、甲型肝炎病毒、鼠白血病病毒和偽狂犬病病毒，去除效率為104和107。

　　在具有代表性的案例中，膜層析作為純化后期精純步驟獲得了成功的實施。美國食品藥品管理局（FDA）和歐盟藥品委員會（EMEA）批準了采用膜層析來純化Aldurazyme，后者是美國生物制藥公司BioMarin生產的一種酶替代治療藥物。

　　當與基于膜的分子排阻超濾過程一起使用時，膜層析按FDA和EMEA規定，提供病毒去除的正交法。這使BioMarin公司免于進行DNA分批檢測，成為蛋白質藥物生產中的一個里程碑。而且，除了每批生產平均節省2000美金以外，BioMarin公司已經大大減少了生產批次失敗的可能性，而失敗的代價是極其高昂的。通過廣泛采用與此類似的工藝，生物制藥公司在單克隆抗體類和重組蛋白藥物的生產中可節省數千萬美元。

　　膜層析可做成拋棄型或重復使用型。它們的應用非常靈活，能經常作為精純步驟添加到現有的生產環節中。由于膜層析可以一次性使用，不存在清潔或清潔檢驗的問題，大大加快了生產速度并且減少了勞動力和緩沖液成本。