JP2023184194A - Protein purification methods using chromatography support - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モノクローナル抗体等のタンパク質を精製するために適したクロマトグラフィー担体を使用するタンパク質の精製方法に関する。 The present invention relates to a method for purifying proteins using a chromatography carrier suitable for purifying proteins such as monoclonal antibodies.
モノクローナル抗体等の各種治療用タンパク質は、細胞培養液等の生物由来材料から、複数のクロマトグラフィー精製工程を経て製造されている。これらのクロマトグラフィー工程には、例えば、多孔質ビーズを基材としたイオン交換クロマトグラフィー樹脂を充填したカラムが用いられている。多孔質ビーズは比表面積が大きく、高いイオン交換基密度を達成出来るため、目的の治療用タンパク質の高い吸着容量を実現できる反面、多孔質ビーズ細孔内部への治療用タンパク質の拡散速度が吸着特性に大きく影響するため、高流速域では吸着容量が著しく低下する。さらに、多孔質ビーズを充填したカラムは、ビーズが圧縮されて変形し圧力が上昇するため、高流速域で使用することができない。これらの事情から、治療用タンパク質を商業的に製造する際には、直径1mを超える大型カラムと100Lを超える大量のクロマトグラフィー樹脂が使用されている。そのため、多孔質ビーズを用いるクロマトグラフィー精製工程は、高コストで処理時間もかかる工程となっている。 Various therapeutic proteins such as monoclonal antibodies are manufactured from biological materials such as cell culture fluid through multiple chromatographic purification steps. In these chromatography steps, for example, a column filled with an ion exchange chromatography resin based on porous beads is used. Porous beads have a large specific surface area and can achieve a high density of ion-exchange groups, so they can achieve a high adsorption capacity for the therapeutic protein of interest. However, the diffusion rate of the therapeutic protein into the pores of the porous bead is dependent on the adsorption characteristics. As a result, the adsorption capacity decreases significantly in the high flow rate region. Furthermore, a column filled with porous beads cannot be used in a high flow rate region because the beads are compressed and deformed, resulting in an increase in pressure. For these reasons, when therapeutic proteins are commercially produced, large columns with a diameter of more than 1 m and large quantities of chromatography resins of more than 100 L are used. Therefore, the chromatography purification process using porous beads is a process that is expensive and takes a long time.
これに対し、多孔質膜を基材としたクロマトグラフィー膜は、その細孔部を直接、液が流れていくため、高流速域でも高吸着容量を維持するという特性がある。特にアニオン交換膜は、治療用タンパク質よりも不純物を選択的にアニオン交換膜に吸着させるフロースルーモードによる精製工程の処理速度を著しく効率化できるため、モノクローナル抗体の製造等に普及しつつある。しかし、多孔質膜を基材としたクロマトグラフィー膜は、膜詰まりを起こしやすいという欠点もある。 On the other hand, a chromatography membrane based on a porous membrane has the characteristic of maintaining a high adsorption capacity even in a high flow rate range because the liquid flows directly through its pores. In particular, anion exchange membranes are becoming popular in the production of monoclonal antibodies because they can significantly improve the processing speed of the purification process using a flow-through mode in which impurities are selectively adsorbed onto the anion exchange membrane rather than therapeutic proteins. However, chromatography membranes based on porous membranes also have the disadvantage of being susceptible to membrane clogging.
特許文献1及び非特許文献1には、天然繊維であるセルロース系繊維の基材に放射線グラフト重合によってイオン交換基を導入したクロマトグラフィー担体が記載されている。 Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 describe a chromatography carrier in which ion exchange groups are introduced into a base material of cellulose fibers, which are natural fibers, by radiation graft polymerization.
特許文献2には、断面形状を星型にすることによって表面積を大きくした特殊な形状のナイロン繊維を基材とし、当該基材にグラフト重合によってイオン交換基を導入したクロマトグラフィー媒体が記載されている。 Patent Document 2 describes a chromatography medium that uses a specially shaped nylon fiber with a star-shaped cross-section to increase the surface area as a base material, and has an ion exchange group introduced into the base material by graft polymerization. There is.
特許文献3及び特許文献4には、ナイロン、ポリエチレン、或いはポリプロピレン繊維からなる不織布に、エマルジョングラフト重合法を用いて、イオン交換基を導入した不織布フィルタが記載されている。 Patent Document 3 and Patent Document 4 describe a nonwoven fabric filter in which ion exchange groups are introduced into a nonwoven fabric made of nylon, polyethylene, or polypropylene fibers using an emulsion graft polymerization method.
特許文献5には、グラフト重合法を用いて、イオン交換基を導入した中空糸多孔膜が記載されている。 Patent Document 5 describes a hollow fiber porous membrane into which ion exchange groups are introduced using a graft polymerization method.
特許文献1及び非特許文献1に記載される技術によれば、繊維基材の担体をカラムに充填することによって、多孔質ビーズよりも高流速域での吸着及び分離性能に優れ、また濁質存在下でも詰まりにくいカラムを作製することができる。しかし、一般的にセルロース系繊維は、吸水性が高く緩衝液中では著しく膨潤し、湿潤強度も著しく低下するため、安定してカラムに充填することが困難である。 According to the technology described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, by filling a column with a fiber-based carrier, it has better adsorption and separation performance in a high flow rate region than porous beads, and also It is possible to create a column that is less likely to clog even in the presence of However, cellulose fibers generally have high water absorption and swell significantly in buffer solutions, and their wet strength also decreases significantly, making it difficult to stably pack them into columns.
また、特許文献2に記載される技術に関し、一般的にナイロン等の合成繊維は、セルロース系繊維に比べて吸水性に乏しく膨潤しないので、湿潤強度に優れている。しかし、このような特殊な形状の繊維は、基材としての供給安定性やコスト面で最良ではない。また、高い吸着容量を得るために大表面積を有する特殊な形状のナイロン繊維を採用したにもかかわらず、その吸着容量は、多孔質ビーズ基材の媒体と比べて、十分高いとはいえない。 Further, regarding the technology described in Patent Document 2, synthetic fibers such as nylon generally have poor water absorption and do not swell compared to cellulose fibers, and therefore have excellent wet strength. However, such specially shaped fibers are not the best in terms of supply stability and cost as a base material. Furthermore, although nylon fibers with a special shape having a large surface area are employed to obtain high adsorption capacity, the adsorption capacity cannot be said to be sufficiently high compared to a porous bead-based medium.
また、特許文献3及び特許文献4に記載の不織布フィルタにおいては、不織布フィルタによるタンパク質の吸着分離性能については検証されていない。 Furthermore, in the nonwoven fabric filters described in Patent Document 3 and Patent Document 4, the protein adsorption/separation performance of the nonwoven fabric filters has not been verified.
また、特許文献5に記載の中空糸多孔膜においては、タンパク質吸着量は大きいものの、吸着するにつれて細孔径が狭まり、ついには目詰まりしてしまうという問題があった。 Further, in the hollow fiber porous membrane described in Patent Document 5, although the amount of protein adsorption is large, there is a problem in that the pore diameter narrows as the protein is adsorbed and eventually becomes clogged.
本発明は、上記の問題を解決し、高流速域での吸着及び分離性能と、細孔が目詰まりしにくい性能と、を両立した材料を使用することによって、効率よく抗体医薬等のタンパク質の精製を実行できる方法を提供することを課題とする。 The present invention solves the above problems and efficiently binds proteins such as antibody drugs by using a material that has both adsorption and separation performance in a high flow rate range and pore-resistant performance. The objective is to provide a method by which purification can be carried out.
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、グラフト重合を介して、イオン交換基又は疎水性基を有するグラフト鎖が導入されている、モノフィラメント糸又はマルチフィラメント糸である基材を芯材に巻回したクロマトグラフィー担体である、ワインドフィルターカートリッジモジュールを使用することにより、低透過圧力かつ、安価なため、フロースルーモードかつシングルユースで不要タンパク質を除去できることを見出した。 As a result of extensive studies, the present inventors found that a base material that is a monofilament yarn or a multifilament yarn into which a graft chain having an ion exchange group or a hydrophobic group has been introduced through graft polymerization is used as a core material. We have discovered that by using a wound filter cartridge module, which is a wound chromatography carrier, unnecessary proteins can be removed in flow-through mode and single-use because it has low permeation pressure and is inexpensive.
<態様1>
目的タンパク質と不純物とを含む被処理液中の前記目的タンパク質を精製する方法であって、前記方法が、
陰イオン交換材料、陽イオン交換材料、キレート形成材料及び疎水材料からなる群から選ばれる1つ以上であるクロマトグラフィー担体に前記被処理液を通過させることによって前記被処理液中の前記目的タンパク質を精製するクロマトグラフィー工程を含み、
前記陰イオン交換材料、前記陽イオン交換材料、前記キレート形成材料及び、前記疎水材料の各々は、陰イオン交換基、陽イオン交換基、キレート形成基及び疎水性基の各々を有するグラフト鎖がグラフト重合を介して基材に導入されている材料であり、
前記基材が、モノフィラメント糸又はマルチフィラメント糸であり、
前記担体は、前記グラフト鎖が導入された基材を芯材に巻回し、任意に前記芯材を取り除いて形成されてなるワインドフィルターカートリッジモジュールの形態を有する、タンパク質の精製方法。
<態様2>
前記クロマトグラフィー担体のグラフト率が20%以上300%以下である、態様1に記載のタンパク質の精製方法。
<態様3>
前記ワインドフィルターカートリッジモジュールの孔径が0.5μm以上、500μm以下である、態様1又は2に記載のタンパク質の精製方法。
<態様4>
前記クロマトグラフィー工程において、被処理液を前記ワインドフィルターカートリッジモジュールに透過圧力100kPa以下で透過させる、態様1~3の何れか1項に記載のタンパク質の精製方法。
<態様5>
前記クロマトグラフィー工程の後に、前記クロマトグラフィー担体の後段に配置された中空糸型限外ろ過(UF)膜モジュールに被処理液をフロースルーモードで流下する工程をさらに含む、態様1~4の何れか1項に記載のタンパク質の精製方法。
<態様6>
前記ワインドフィルターカートリッジモジュールが、シングルユースである、態様1~5の何れか1項に記載のタンパク質の精製方法。
<態様7>
前記クロマトグラフィー工程の後段に、分画分子量が10,000以上、800,000以下のろ過膜に被処理液を通過させる膜ろ過工程をさらに含む、態様1~6の何れか1項に記載のタンパク質の精製方法。
<態様8>
前記膜ろ過工程の後に、ウイルス除去フィルターに被処理液を通過させるウイルス除去工程をさらに含む、態様7に記載のタンパク質の精製方法。
<態様9>
前記目的タンパク質が、中空糸膜モジュールを使ったタンジェンシャルフロー型の連続培養で生成されている、態様1~8の何れか1項に記載のタンパク質の精製方法。
<態様10>
前記中空糸膜モジュールが、以下の特徴:
・膜材質:ポリフッ化ビニリデン、
・孔径:0.05~0.7μm、
・内表面開口率:25~50%、
・内径:1~5mm、及び
・内表面膜面積:1m2以上、
を有する中空糸膜モジュールである、態様9に記載のタンパク質の精製方法。
<態様11>
前記中空糸膜モジュールが、シングルユースである、態様10に記載のタンパク質の精製方法。
<態様12>
前記クロマトグラフィー担体が前記陰イオン交換材料を含み、
前記陰イオン交換基が3級アミノ基及び4級アミノ基からなる群から選ばれる1つ以上を含む、態様1~11の何れか1項に記載のタンパク質の精製方法。
方法。
<態様13>
前記クロマトグラフィー担体が前記陽イオン交換材料を含み、
前記陽イオン交換基がスルホン酸基及びアクリル酸基からなる群から選ばれる1つ以上を含む、態様1~12の何れか1項に記載のタンパク質の精製方法。
<態様14>
前記クロマトグラフィー担体が前記キレート形成材料を含み、
前記キレート形成基がイミノ二酢酸基、イミノ二エタノール基からなる群から選ばれる1つ以上を含む、態様1~13の何れか1項に記載のタンパク質の精製方法。
<態様15>
前記クロマトグラフィー担体が前記疎水材料を含み、
前記疎水性基がフェニル基及びC4~C18アルキル基からなる群から選ばれる1つ以上を含む、態様1~14の何れか1項に記載のタンパク質の精製方法。
<Aspect 1>
A method for purifying a target protein in a liquid to be processed containing the target protein and impurities, the method comprising:
The target protein in the liquid to be treated is passed through a chromatography carrier that is one or more selected from the group consisting of an anion exchange material, a cation exchange material, a chelate-forming material, and a hydrophobic material. including a chromatography step for purification;
Each of the anion exchange material, the cation exchange material, the chelate forming material, and the hydrophobic material is grafted with a graft chain having each of an anion exchange group, a cation exchange group, a chelate forming group, and a hydrophobic group. is a material that is introduced into the substrate via polymerization,
The base material is a monofilament yarn or a multifilament yarn,
The method for purifying proteins, wherein the carrier is in the form of a wind filter cartridge module, which is formed by winding the base material into which the graft chains have been introduced around a core material, and optionally removing the core material.
<Aspect 2>
The protein purification method according to aspect 1, wherein the grafting rate of the chromatography carrier is 20% or more and 300% or less.
<Aspect 3>
The protein purification method according to aspect 1 or 2, wherein the wind filter cartridge module has a pore diameter of 0.5 μm or more and 500 μm or less.
<Aspect 4>
The protein purification method according to any one of aspects 1 to 3, wherein in the chromatography step, the liquid to be treated is permeated through the wind filter cartridge module at a permeation pressure of 100 kPa or less.
<Aspect 5>
Any of aspects 1 to 4, further comprising a step of flowing the liquid to be treated in a flow-through mode to a hollow fiber ultrafiltration (UF) membrane module disposed downstream of the chromatography carrier after the chromatography step. The method for purifying the protein according to item 1.
<Aspect 6>
The protein purification method according to any one of aspects 1 to 5, wherein the wind filter cartridge module is single-use.
<Aspect 7>
According to any one of aspects 1 to 6, the method further includes a membrane filtration step in which the liquid to be treated is passed through a filtration membrane having a molecular weight cutoff of 10,000 or more and 800,000 or less, after the chromatography step. Protein purification methods.
<Aspect 8>
The protein purification method according to aspect 7, further comprising a virus removal step of passing the liquid to be treated through a virus removal filter after the membrane filtration step.
<Aspect 9>
The method for purifying a protein according to any one of aspects 1 to 8, wherein the target protein is produced in a tangential flow continuous culture using a hollow fiber membrane module.
<Aspect 10>
The hollow fiber membrane module has the following characteristics:
・Membrane material: polyvinylidene fluoride,
・Pore diameter: 0.05-0.7μm,
・Inner surface aperture ratio: 25-50%,
・Inner diameter: 1 to 5 mm, and ・Inner surface membrane area: 1 m2 or more,
The method for purifying a protein according to aspect 9, which is a hollow fiber membrane module having the following.
<Aspect 11>
11. The protein purification method according to aspect 10, wherein the hollow fiber membrane module is single-use.
<Aspect 12>
the chromatography support comprises the anion exchange material;
The method for purifying a protein according to any one of aspects 1 to 11, wherein the anion exchange group contains one or more selected from the group consisting of a tertiary amino group and a quaternary amino group.
Method.
<Aspect 13>
the chromatography support comprises the cation exchange material;
The method for purifying a protein according to any one of aspects 1 to 12, wherein the cation exchange group contains one or more selected from the group consisting of a sulfonic acid group and an acrylic acid group.
<Aspect 14>
the chromatography support comprises the chelate-forming material;
The method for purifying a protein according to any one of aspects 1 to 13, wherein the chelate-forming group contains one or more selected from the group consisting of an iminodiacetic acid group and an iminodiethanol group.
<Aspect 15>
the chromatography carrier comprises the hydrophobic material;
The method for purifying a protein according to any one of aspects 1 to 14, wherein the hydrophobic group contains one or more selected from the group consisting of a phenyl group and a C4 to C18 alkyl group.
本発明によれば、高流速域での吸着及び分離性能と、細孔が目詰まりしにくい性能と、を両立する材料を採用することで、効率的なタンパク質の精製方法が提供される。 According to the present invention, an efficient protein purification method is provided by employing a material that has both adsorption and separation performance in a high flow rate range and performance that prevents pores from clogging.
以下、本発明の好適な実施の形態(以下において、「実施の形態」という。)について詳細に説明する。なお以下の示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部材の組み合わせ等を下記のものに特定するものではない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において種々の変更を加えることができる。 Hereinafter, preferred embodiments (hereinafter referred to as "embodiments") of the present invention will be described in detail. The embodiments shown below are illustrative of devices and methods for embodying the technical idea of this invention, and the technical idea of this invention is not limited to specific combinations of component parts, etc. It's not something you do. The technical idea of this invention can be modified in various ways within the scope of the claims.
以下の説明において、段階的な記載の数値範囲における上限値又は下限値は、ほかの段階的な記載の数値範囲における上限値又は下限値に置き換わってよい。また、以下の説明において、ある数値範囲における上限値又は下限値は、実施例に記載の値に置き換わってよい。さらに、以下の説明における用語「工程」について、独立した工程はもちろん、他の工程と明確に区別できない場合でも、その「工程」の機能が達成されれば本用語に含まれうる。 In the following description, an upper limit value or a lower limit value in a numerical range described in a step-by-step manner may be replaced with an upper limit value or a lower limit value in a numerical range described in a step-by-step manner. Furthermore, in the following description, the upper limit or lower limit in a certain numerical range may be replaced with the values described in the examples. Furthermore, regarding the term "step" in the following description, not only an independent step but also a step that cannot be clearly distinguished from other steps can be included in the term as long as the function of the "step" is achieved.
実施の形態に係るタンパク質精製用のクロマトグラフィー担体は、陰イオン交換材料、陽イオン交換材料、キレート形成材料及び疎水材料からなる群から選ばれる1つ以上である。これら材料の各々は、陰イオン交換基、陽イオン交換基、キレート形成基及び疎水性基の各々を有するグラフト鎖がグラフト重合を介してモノフィラメント糸又はマルチフィラメント糸である基材に導入されている材料である。
一態様において、当該担体は、当該グラフト鎖が導入された基材を芯材に巻回し、任意に芯材を取り除いて作製された形態、すなわち、イオン交換基(IEX)又は疎水性基(HIC)を有するクロマトグラフィーワインドフィルターカートリッジモジュール(WFC)の形態を有するものである。イオン交換基又は疎水性基を有するグラフト鎖は、グラフト重合を介して基材に導入される。
したがって、グラフト化モノフィラメント又はマルチフィラメント糸において、イオン交換基又は疎水性基を有するグラフト鎖は、基材と共有結合している。例えば、グラフト化モノフィラメント糸又はマルチフィラメント糸は、放射線照射によって活性化された基材と、1種類以上の反応性モノマーと、を、接触させて、基材上にグラフト鎖を形成させて製造される。反応性モノマーの少なくとも1種類は、イオン交換基又はイオン交換基導入前駆体、或いは、疎水性基又は疎水性基前駆体を有する。グラフト化モノフィラメント又はマルチフィラメント糸は、グラフト鎖の形成と同時に、又はグラフト鎖形成の後に、イオン交換基又は疎水性基を基材上に導入することにより製造される。
The chromatography carrier for protein purification according to the embodiment is one or more selected from the group consisting of an anion exchange material, a cation exchange material, a chelate forming material, and a hydrophobic material. Each of these materials has graft chains having each of anion exchange groups, cation exchange groups, chelating groups, and hydrophobic groups introduced into a substrate that is a monofilament yarn or a multifilament yarn through graft polymerization. It is the material.
In one embodiment, the carrier is prepared by winding the base material into which the graft chain has been introduced around a core material, and optionally removing the core material, i.e., an ion exchange group (IEX) or a hydrophobic group (HIC). ) in the form of a chromatography wind filter cartridge module (WFC). Graft chains with ion exchange groups or hydrophobic groups are introduced into the substrate via graft polymerization.
Thus, in grafted monofilament or multifilament yarns, the graft chains with ion exchange or hydrophobic groups are covalently bonded to the substrate. For example, grafted monofilament or multifilament yarns are produced by contacting a substrate activated by radiation with one or more reactive monomers to form grafted chains on the substrate. Ru. At least one type of reactive monomer has an ion exchange group or an ion exchange group introduction precursor, or a hydrophobic group or a hydrophobic group precursor. Grafted monofilament or multifilament yarns are produced by introducing ion exchange or hydrophobic groups onto the substrate simultaneously with or after the formation of the graft chains.
実施の形態に係るIEX-WFC又はHIC-WFCは、目的タンパク質と不純物を含む被処理液中の目的タンパク質の精製に用いられる。精製対象となる目的タンパク質は、例えば、抗体タンパク質の単量体やインスリンやアルブミンなどのタンパク質医薬品である。不純物とは、例えば抗体タンパク質の2量体以上の凝集体、その他のタンパク質の夾雑物、HCP、DNA、及びエンドトキシン等である。目的タンパク質の精製は、被処理液から不純物の少なくとも一部を除去すること、被処理液から目的タンパク質の少なくとも一部を回収すること、又はこれらの組み合わせにより達成してよい。 The IEX-WFC or HIC-WFC according to the embodiment is used to purify a target protein in a liquid to be processed containing the target protein and impurities. The target protein to be purified is, for example, an antibody protein monomer or a protein drug such as insulin or albumin. Impurities include, for example, aggregates of antibody protein dimers or more, other protein impurities, HCP, DNA, endotoxin, and the like. Purification of the protein of interest may be achieved by removing at least a portion of impurities from the liquid to be treated, recovering at least a portion of the protein of interest from the liquid to be treated, or a combination thereof.
生理活性物質の一例である抗体タンパク質は、生化学における一般的な定義のとおり、脊椎動物の感染防禦機構としてBリンパ球が産生する糖タンパク質分子(γ-グロブリン又は免疫グロブリンともいう)である。例えば、実施の形態に係るIEX-WFC又はHIC-WFCで精製される抗体タンパク質は、ヒトの医薬品として使用され、投与対象であるヒトの体内にある抗体タンパク質と実質的に同一の構造を有する。 Antibody protein, which is an example of a physiologically active substance, is a glycoprotein molecule (also called γ-globulin or immunoglobulin) produced by B lymphocytes as a mechanism for preventing infection in vertebrates, as generally defined in biochemistry. For example, the antibody protein purified by IEX-WFC or HIC-WFC according to the embodiment is used as a human drug and has substantially the same structure as the antibody protein present in the human body to which it is administered.
抗体タンパク質は、ヒト抗体タンパク質であってもよく、ヒト以外のウシ及びマウス等の哺乳動物由来抗体タンパク質であってもよい。或いは、抗体タンパク質は、ヒトIgGとのキメラ抗体タンパク質、及びヒト化抗体タンパク質であってもよい。ヒトIgGとのキメラ抗体タンパク質とは、可変領域がマウス等のヒト以外の生物由来であるが、その他の定常領域がヒト由来の免疫グロブリンに置換された抗体タンパク質である。また、ヒト化抗体タンパク質とは、可変領域のうち、相補性決定領域(complementarity-determining region: CDR)がヒト以外の生物由来であるが、その他のフレームワーク領域(framework region: FR)がヒト由来である抗体タンパク質である。ヒト化抗体タンパク質は、キメラ抗体タンパク質よりも免疫原性がさらに低減される。 The antibody protein may be a human antibody protein or an antibody protein derived from a non-human mammal such as a cow or a mouse. Alternatively, the antibody protein may be a chimeric antibody protein with human IgG and a humanized antibody protein. A chimeric antibody protein with human IgG is an antibody protein in which the variable region is derived from a non-human organism such as a mouse, but the other constant regions are substituted with human-derived immunoglobulin. Furthermore, a humanized antibody protein is one in which the complementarity-determining regions (CDRs) of the variable regions are derived from a non-human organism, but the other framework regions (FRs) are derived from humans. is an antibody protein. Humanized antibody proteins have even reduced immunogenicity than chimeric antibody proteins.
実施の形態に係るクロマトグラフィー担体の精製対象の一例である抗体タンパク質のクラス(アイソタイプ)及びサブクラスは特に限定されない。例えば、抗体タンパク質は、定常領域の構造の違いにより、IgG,IgA,IgM,IgD,及びIgEの5種類のクラスに分類される。しかし、実施の形態に係るイオン交換クロマトグラフィー担体が精製対象とする抗体タンパク質は、5種類のクラスのいずれであってもよい。また、ヒト抗体タンパク質においては、IgGにはIgG1~IgG4の4つのサブクラスがあり、IgAにはIgA1とIgA2の2つのサブクラスがある。しかし、実施の形態に係るIEX-WFC又はHIC-WFCが精製対象とする抗体タンパク質のサブクラスは、いずれであってもよい。なお、Fc領域にタンパク質を結合したFc融合タンパク質等の抗体関連タンパク質も、実施の形態に係るIEX-WFC又はHIC-WFCが精製対象とする抗体タンパク質に含まれ得る。 The class (isotype) and subclass of the antibody protein, which is an example of the object to be purified by the chromatography carrier according to the embodiment, are not particularly limited. For example, antibody proteins are classified into five classes: IgG, IgA, IgM, IgD, and IgE, depending on the structure of their constant regions. However, the antibody protein to be purified by the ion exchange chromatography carrier according to the embodiment may belong to any of the five classes. Furthermore, in human antibody proteins, IgG has four subclasses, IgG1 to IgG4, and IgA has two subclasses, IgA1 and IgA2. However, the antibody protein to be purified by IEX-WFC or HIC-WFC according to the embodiment may be of any subclass. Note that antibody-related proteins such as Fc fusion proteins binding proteins to the Fc region may also be included in the antibody proteins to be purified by IEX-WFC or HIC-WFC according to the embodiment.
さらに、抗体タンパク質は、由来によっても分類することができる。しかし、実施の形態に係るクロマトグラフィー担体が精製対象とする抗体タンパク質は、天然のヒト抗体タンパク質、遺伝子組換え技術により製造された組換えヒト抗体タンパク質、モノクローナル抗体タンパク質、及びポリクローナル抗体タンパク質のいずれであってもよい。これらの抗体タンパク質の中でも、実施の形態に係るIEX-WFC又はHIC-WFCが精製対象とする抗体タンパク質としては、抗体医薬としての需要や重要性の観点から、ヒトIgGが好適であるが、これに限定されない。
目的タンパク質がタンパク質医薬品となる場合、目的タンパク質(インスリンやアルブミンなど)を大量生産するように形質転換されたピキア酵母や大腸菌を培養器で培養し、破砕及び/又は、除菌したのちに目的タンパク質であるインスリンやアルブミンが精製される。その過程でクロマトグラフィー担体がその精製過程の一端を担い、その際にIEX-WFC又はHIC-WFCが好適に用いられる。
Furthermore, antibody proteins can also be classified by origin. However, the antibody protein to be purified by the chromatography carrier according to the embodiment may be a natural human antibody protein, a recombinant human antibody protein produced by genetic recombination technology, a monoclonal antibody protein, or a polyclonal antibody protein. There may be. Among these antibody proteins, human IgG is preferable as the antibody protein to be purified by IEX-WFC or HIC-WFC according to the embodiment, from the viewpoint of demand and importance as an antibody drug. but not limited to.
When the target protein becomes a protein drug, Pichia yeast or Escherichia coli that has been transformed to mass-produce the target protein (insulin, albumin, etc.) is cultured in an incubator, crushed and/or sterilized, and then the target protein is produced. Insulin and albumin are purified. In this process, a chromatography carrier plays a part in the purification process, and IEX-WFC or HIC-WFC is preferably used at that time.
実施の形態に係るIEX-WFC又はHIC-WFCの基材は、一態様において合成繊維からなる。合成繊維は、通常の円柱形状を有していてよい。合成繊維は、例えば、ポリオレフィン、ポリアミド、又はポリエステル等から作られる繊維が好ましく、ポリアミド繊維がより好ましい。
また、基材は、モノフィラメント糸であってもよいし、マルチフィラメント糸であってもよいが、マルチフィラメント糸の方が表面積を確保できる点で好ましい。なお、モノフィラメント糸とは、単繊維からなる構造をいう。また、マルチフィラメント糸とは、多数の単繊維を撚り合せた構造をいう。実施の形態に係る基材は、グラフト鎖が導入される前のモノフィラメント糸又はマルチフィラメント糸である。モノフィラメント糸又はマルチフィラメント糸は、組み紐及び織布などに成型加工して利用できる。
In one aspect, the base material of the IEX-WFC or HIC-WFC according to the embodiment is made of synthetic fiber. Synthetic fibers may have a regular cylindrical shape. The synthetic fibers are preferably fibers made from polyolefin, polyamide, polyester, or the like, and more preferably polyamide fibers.
Further, the base material may be a monofilament yarn or a multifilament yarn, but a multifilament yarn is preferable because it can secure a surface area. Note that monofilament yarn refers to a structure made of single fibers. Furthermore, multifilament yarn refers to a structure in which a large number of single fibers are twisted together. The base material according to the embodiment is a monofilament yarn or a multifilament yarn before graft chains are introduced. Monofilament yarn or multifilament yarn can be used by being molded into braided cords, woven fabrics, and the like.
ポリオレフィンの例としては、エチレン、プロピレン、ブチレン、及びフッ化ビニリデン等のオレフィン単独重合体、該オレフィンの2種以上の共重合体、又は1種若しくは2種以上のオレフィンと、パーハロゲン化オレフィンと、の共重合体等が挙げられる。パーハロゲン化オレフィンの例としては、テトラフルオロエチレン及び/又はクロロトリフルオロエチレン等が挙げられる。これらの中でも、機械的強度に優れ、かつタンパク質等の夾雑物の高い吸着容量が得られる点で、ポリエチレン又はポリプロピレンが好ましい。 Examples of polyolefins include olefin homopolymers such as ethylene, propylene, butylene, and vinylidene fluoride, copolymers of two or more of these olefins, or one or more olefins and perhalogenated olefins. Examples include copolymers of , and the like. Examples of perhalogenated olefins include tetrafluoroethylene and/or chlorotrifluoroethylene. Among these, polyethylene or polypropylene is preferred because it has excellent mechanical strength and a high adsorption capacity for impurities such as proteins.
ポリアミドの例としては、ナイロン6(ε-カプロラクタムの重縮合体)、ナイロン11(ウンデカンラクタムの重縮合体)、ナイロン12(ラウリルラクタムの重縮合体)、ナイロン66(ヘキサメチレンジアミンとアジピン酸の共縮重合体)、ナイロン610(ヘキサメチレンジアミンとアジピン酸の共縮重合体)、ナイロン6T(ヘキサメチレンジアミンとテレフタル酸の共縮重合体)、ナイロン9T(ノナンジアミンとテレフタル酸の共縮重合体)、ナイロンM5T(メチルペンタンジアミンとテレフタル酸の共縮重合体)、ナイロン621(カプロラクタムとラウリルラクタムの共縮重合体)、p-フェニレンジアミンとテレフタル酸の共縮重合体、並びにm-フェニレンジアミンとイソフタル酸の共縮重合体等が挙げられる。 Examples of polyamides include nylon 6 (polycondensate of ε-caprolactam), nylon 11 (polycondensate of undecane lactam), nylon 12 (polycondensate of lauryllactam), and nylon 66 (polycondensate of hexamethylene diamine and adipic acid). Nylon 610 (co-condensed polymer of hexamethylene diamine and adipic acid), Nylon 6T (co-condensed polymer of hexamethylene diamine and terephthalic acid), Nylon 9T (co-condensed polymer of nonanediamine and terephthalic acid) ), nylon M5T (cocondensation polymer of methylpentanediamine and terephthalic acid), nylon 621 (cocondensation polymer of caprolactam and lauryllactam), cocondensation polymer of p-phenylenediamine and terephthalic acid, and m-phenylenediamine Examples include cocondensation polymers of isophthalic acid and isophthalic acid.
ポリエステルの例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、及びポリブチレンナフタレート等が挙げられる。 Examples of polyesters include polyethylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and polybutylene naphthalate.
基材に共有結合しているグラフト鎖は、モノマー単位により構成されている。一態様においては、モノマー単位が、イオン交換基又は疎水性基を有する。イオン交換基は、精製対象や精製条件に応じて、陽イオン(カチオン)交換基(CEX)、陰イオン(アニオン)交換基(AEX)又は、キレート形成基(CHE)から選ばれる。 The graft chains covalently bonded to the substrate are composed of monomer units. In one embodiment, the monomer unit has an ion exchange group or a hydrophobic group. The ion exchange group is selected from a cation exchange group (CEX), an anion exchange group (AEX), or a chelate forming group (CHE) depending on the object to be purified and the purification conditions.
カチオン交換基は、不純物が除去できれば、強カチオン交換基であってもよく、弱カチオン交換基であってもよい。 The cation exchange group may be a strong cation exchange group or a weak cation exchange group as long as impurities can be removed.
強カチオン交換基の例としては、スルホン酸基等が挙げられる。ほぼ全ての強カチオン交換基は、抗体タンパク質を精製する際における実用的な抗体溶液のpH領域で荷電しているため、荷電量が一定である。したがって、基材上に強カチオン交換基が存在することで、常に一定以上の荷電量が保証される。また、pH微変化によってCEX材料の性能が大きく左右されることを抑制することができる。 Examples of strong cation exchange groups include sulfonic acid groups. Almost all strong cation exchange groups are charged in the pH range of a practical antibody solution when purifying antibody proteins, so the amount of charge is constant. Therefore, the presence of a strong cation exchange group on the base material always guarantees a certain amount of charge or more. Further, it is possible to prevent the performance of the CEX material from being greatly influenced by slight changes in pH.
弱カチオン交換基の例としては、カルボン酸基(例えば、アクリル酸基)、ホスホン酸基、及びリン酸基等が挙げられる。弱カチオン交換基は、移動相のpHにより、荷電量を変化させることが可能である。そのため、移動相のpHを変化させることにより、カチオン交換クロマトグラフィー担体の電荷密度の調整が可能となる。したがって、除去すべき不純物の特性に合わせて、pHを調整することにより、任意の不純物の除去が可能となる。 Examples of weak cation exchange groups include carboxylic acid groups (eg, acrylic acid groups), phosphonic acid groups, and phosphoric acid groups. The amount of charge of the weak cation exchange group can be changed by changing the pH of the mobile phase. Therefore, by changing the pH of the mobile phase, it is possible to adjust the charge density of the cation exchange chromatography carrier. Therefore, any impurity can be removed by adjusting the pH according to the characteristics of the impurity to be removed.
製造のしやすさという観点からは、カチオン交換基としてはスルホン酸基及びアクリル酸基が好ましく、スルホン酸基がより好ましい。 From the viewpoint of ease of production, the cation exchange group is preferably a sulfonic acid group or an acrylic acid group, and more preferably a sulfonic acid group.
アニオン交換基は、液中で負に帯電したタンパク質等を吸着することができればよく、例えば、特に限定されないが、アニオン交換基の例としては、3級アミノ基であるジエチルアミノ基(DEA、Et2N-)及びトリエチレンジアミノ基(TEDA、Et3N2-)、4級アンモニウム基(Q、R3N+-)、4級アミノエチル基(QAE、R3N+-(CH2)2-)、ジエチルアミノエチル基(DEAE、Et2N-(CH2)2-)、及びジエチルアミノプロピル基(DEAP、Et2N-(CH2)3-)等が挙げられる。ここで、Rは、特に限定されず、同一のNに結合するRが同一又は異なっていてもよく、好適には、アルキル基、フェニル基、アラルキル基等の炭化水素基を表す。4級アンモニウム基としては、例えば、トリメチルアミノ基(トリメチルアンモニウム基、Me3N+-)等が挙げられる。なお、3級アミノ基及び4級アミノ基は、それぞれ、ジアルキル置換アミノ基及びトリアルキル置換アミノ基ともいう。基材への化学的な固定が容易であり、高い吸着容量が得られるという観点からは、アニオン交換基としてはDEA、TEDA、及びトリメチルアミノ基が好ましく、DEAがより好ましい。 The anion exchange group only needs to be able to adsorb negatively charged proteins etc. in the liquid. For example, although not particularly limited, examples of the anion exchange group include diethylamino group (DEA, Et 2 ) which is a tertiary amino group. N-), triethylene diamino group (TEDA, Et 3 N 2 -), quaternary ammonium group (Q, R 3 N+-), quaternary aminoethyl group (QAE, R 3 N+-(CH 2 ) 2 -), diethylaminoethyl group (DEAE, Et 2 N-(CH 2 ) 2 -), and diethylaminopropyl group (DEAP, Et 2 N-(CH 2 ) 3 -). Here, R is not particularly limited, and R's bonded to the same N may be the same or different, and preferably represent a hydrocarbon group such as an alkyl group, a phenyl group, or an aralkyl group. Examples of the quaternary ammonium group include trimethylamino group (trimethylammonium group, Me 3 N+-) and the like. Note that the tertiary amino group and the quaternary amino group are also referred to as a dialkyl-substituted amino group and a trialkyl-substituted amino group, respectively. From the viewpoint of easy chemical fixation to the substrate and high adsorption capacity, the anion exchange group is preferably DEA, TEDA, and trimethylamino group, and DEA is more preferable.
キレート形成基は、金属を吸着することができればよく、例えば、金属を含むタンパク質等も吸着することができる。キレート形成基は、特定の金属と錯体を形成して吸着するため、特定の金属(例えば、銅、鉄、ニッケルなど)、又は、特定の金属を含むタンパク質を吸着することが可能になる。
キレート形成基としては、例えば、分子内に、2つ以上の酸素と、窒素及び/又は硫黄とを有する基が挙げられ、イミノ二酢酸基、イミノ二エタノール基がより好ましい。
The chelate-forming group only needs to be capable of adsorbing metals, and for example, it can also adsorb proteins containing metals. Since the chelate-forming group forms a complex with a specific metal and adsorbs it, it becomes possible to adsorb a specific metal (eg, copper, iron, nickel, etc.) or a protein containing a specific metal.
Examples of the chelate-forming group include groups having two or more oxygens and nitrogen and/or sulfur in the molecule, with iminodiacetic acid groups and iminodiethanol groups being more preferred.
クロマトグラフィー担体が陰イオン交換材料を含む場合、陰イオン交換基が3級アミノ基及び4級アミノ基からなる群から選ばれる1つ以上を含むことが好ましく、陰イオン交換基がジエチルアミノ基及びトリメチルアミノ基、トリエチレンジアミノ基からなる群から選ばれる1つ以上を含むことがより好ましい。
クロマトグラフィー担体が陽イオン交換材料を含む場合、陽イオン交換基がスルホン酸基及びアクリル酸基からなる群から選ばれる1つ以上を含むことが好ましい。
クロマトグラフィー担体がキレート形成材料を含む場合、キレート形成基がイミノ二酢酸基、イミノ二エタノール基からなる群から選ばれる1つ以上を含むことが好ましい。
When the chromatography carrier contains an anion exchange material, the anion exchange group preferably contains one or more selected from the group consisting of a tertiary amino group and a quaternary amino group, and the anion exchange group preferably contains a diethylamino group and a trimethyl More preferably, it contains one or more selected from the group consisting of an amino group and a triethylenediamino group.
When the chromatography carrier contains a cation exchange material, it is preferred that the cation exchange group contains one or more selected from the group consisting of sulfonic acid groups and acrylic acid groups.
When the chromatography carrier contains a chelate-forming material, it is preferred that the chelate-forming group contains one or more selected from the group consisting of iminodiacetic acid groups and iminodiethanol groups.
疎水性基(HIC)の例としては、C4~C18の脂肪族炭化水素基(好ましくはアルキル基)及び芳香族炭化水素基(好ましくはフェニル基)等が挙げられ、クロマトグラフィー担体が疎水材料を含む場合、疎水性基がフェニル基及びC4~C18アルキル基からなる群から選ばれる1つ以上を含むことが好ましい。 Examples of hydrophobic groups (HIC) include C4 to C18 aliphatic hydrocarbon groups (preferably alkyl groups) and aromatic hydrocarbon groups (preferably phenyl groups), and the chromatography carrier is a hydrophobic material. When included, it is preferred that the hydrophobic group contains one or more selected from the group consisting of a phenyl group and a C4 to C18 alkyl group.
実施の形態に係るクロマトグラフィー担体は、陰イオン交換材料、陽イオン交換材料、キレート形成材料及び疎水材料からなる群から選ばれる1つ以上を含む。好ましい一態様において、クロマトグラフィー担体は、陰イオン交換材料、陽イオン交換材料及びキレート形成材料を含む。別の好ましい一態様において、クロマトグラフィー担体は、疎水材料を含む。
実施の形態に係る陰イオン交換材料、陽イオン交換材料、キレート形成材料及び、疎水材料の各々は、モノフィラメント糸又はマルチフィラメント糸である基材に、陰イオン交換基、陽イオン交換基、キレート形成基及び疎水性基の各々を有するグラフト鎖がグラフト重合を介して導入されている材料である。
実施の形態に係るタンパク質の精製方法に使用するイオン交換基(陽イオン交換基若しくは陰イオン交換基又はキレート形成基)又は疎水性基は、一つの種類を単独又は複数組み合わせて使用してもよい。また、イオン交換基又は疎水性基は、それぞれの複数の種類を単独又は複数組み合わせて使用してもよい。
通常、被処理液中のタンパク質の夾雑物などの不純物の除去には、陰イオン交換基が好ましく、目的タンパク質の二量体や三量体などの多量体の選択的除去には、疎水性基が好ましい。また、被処理液のイオン強度が高い場合には、吸着能力が低下しない陽イオン交換基が好ましい。
さらに、特定の金属、又は、特定の金属を含むタンパク質を選択的に除去するには、キレート形成基が好ましい。
典型的な態様において、クロマトグラフィー担体に被処理液を通過させる際、陰イオン交換基で不純物を除去し、次に目的タンパク質の多量体を疎水性基で選択的に除去してから陽イオン交換基で目的タンパク質を選択的に回収することが好ましいが、実施の態様に応じて都度、被処理液を通過させるイオン交換基(陽イオン交換基や陰イオン交換基、若しくは、キレート形成基)又は疎水性基の順序を変更することも可能である。
The chromatography carrier according to the embodiment includes one or more selected from the group consisting of an anion exchange material, a cation exchange material, a chelate forming material, and a hydrophobic material. In one preferred embodiment, the chromatographic support comprises an anion exchange material, a cation exchange material and a chelate forming material. In another preferred embodiment, the chromatography support comprises a hydrophobic material.
Each of the anion exchange material, cation exchange material, chelate-forming material, and hydrophobic material according to the embodiment has an anion exchange group, a cation exchange group, and a chelate-forming group on a base material that is a monofilament yarn or a multifilament yarn. This is a material in which graft chains having each of a group and a hydrophobic group are introduced through graft polymerization.
The ion exchange group (cation exchange group, anion exchange group, or chelate forming group) or hydrophobic group used in the protein purification method according to the embodiment may be used singly or in combination. . Moreover, the ion exchange group or the hydrophobic group may be used singly or in combination.
Generally, anion exchange groups are preferable for removing impurities such as protein contaminants in the solution to be processed, while hydrophobic groups are preferable for selectively removing multimers such as dimers and trimers of the target protein. is preferred. Further, when the ionic strength of the liquid to be treated is high, a cation exchange group that does not reduce the adsorption capacity is preferable.
Furthermore, chelate-forming groups are preferred for selectively removing specific metals or proteins containing specific metals.
In a typical embodiment, when the liquid to be processed is passed through a chromatography carrier, impurities are removed using an anion exchange group, then multimers of the target protein are selectively removed using hydrophobic groups, and then cation exchange is performed. Although it is preferable to selectively recover the target protein using a group, depending on the embodiment, an ion exchange group (a cation exchange group, an anion exchange group, or a chelate forming group) or It is also possible to change the order of the hydrophobic groups.
典型的な態様において、基材にグラフト鎖を導入する際、基材は、放射線照射により活性化される。基材にラジカルを生成させるためにはいかなる手段も採用しうるが、基材に電離性放射線を照射すると、基材全体に均一なラジカルが生成するため、好適である。電離性放射線の種類としては、γ線、電子線、β線、及び中性子線等が利用できるが、工業規模での実施には電子線又はγ線が好ましい。電離性放射線は、コバルト60、ストロンチウム90、及びセシウム137等の放射性同位体から、又はX線撮影装置、電子線加速器及び紫外線照射装置等により得られる。 In a typical embodiment, upon introducing the graft chain into the substrate, the substrate is activated by radiation. Although any means can be used to generate radicals on the base material, irradiating the base material with ionizing radiation is preferable because uniform radicals are generated throughout the base material. As types of ionizing radiation, gamma rays, electron beams, beta rays, neutron beams, etc. can be used, but electron beams or gamma rays are preferable for implementation on an industrial scale. Ionizing radiation can be obtained from radioactive isotopes such as cobalt-60, strontium-90, and cesium-137, or by an X-ray imaging device, an electron beam accelerator, an ultraviolet irradiation device, and the like.
電離性放射線の照射線量は、1kGy以上1000kGy以下が好ましく、より好ましくは2kGy以上200kGy以下、さらに好ましくは5kGy以上50kGy以下である。照射線量が1kGy以上の場合、ラジカルが均一に生成しやすい傾向にある。また、基材の物理的強度の観点から、照射線量が1000kGy以下であるとよい。 The irradiation dose of ionizing radiation is preferably 1 kGy or more and 1000 kGy or less, more preferably 2 kGy or more and 200 kGy or less, and still more preferably 5 kGy or more and 50 kGy or less. When the irradiation dose is 1 kGy or more, radicals tend to be generated uniformly. Further, from the viewpoint of the physical strength of the base material, the irradiation dose is preferably 1000 kGy or less.
電離性放射線の照射によるグラフト重合法には、一般に基材にラジカルを生成した後、次いでラジカルを反応性モノマーと接触させる前照射法と、基材を反応性モノマーと接触させた状態で基材にラジカルを生成させる同時照射法と、に大別される。実施の形態においては、いかなる方法も適用しうるが、オリゴマーの生成が少ない前照射法が好ましい。ここでいうオリゴマーとは、遊離オリゴマーのことを指す。遊離オリゴマーはグラフト鎖中には取り込まれないため、生成されないことが好ましい。 Graft polymerization methods using ionizing radiation irradiation generally include a pre-irradiation method in which radicals are generated on a base material and then brought into contact with a reactive monomer; It is broadly divided into simultaneous irradiation method that generates radicals. In the embodiment, any method can be applied, but a pre-irradiation method that produces less oligomers is preferred. Oligomer here refers to free oligomer. Free oligomers are not incorporated into the grafted chains and are therefore preferably not produced.
基材上にグラフト重合される反応性モノマーは、イオン交換基を有する反応性モノマーであってもよいし、「IEX又はHIC導入前駆体」を有する反応性モノマーであってもよい。「IEX又はHIC導入前駆体」を有する反応性モノマーを使用する場合、反応性モノマーを共重合した後、IEX又はHIC導入前駆体をIEX又はHICに変換する。 The reactive monomer to be graft-polymerized onto the base material may be a reactive monomer having an ion exchange group or a reactive monomer having an "IEX or HIC introduction precursor". If a reactive monomer with an "IEX or HIC-introducing precursor" is used, the IEX- or HIC-introducing precursor is converted into IEX or HIC after the reactive monomer is copolymerized.
ここでいう、「IEX又はHIC導入前駆体」とは、IEX又はHICを付与しうる官能基のことをいい、例えばエポキシ基等が挙げられるが、これに限定されるものではない。「IEX又はHIC導入前駆体」を有する反応性モノマーとは、IEX又はHICを付与しうる官能基を有する反応性モノマーのことをいう。また、「IEX又はHIC導入前駆体」は「IEX又はHICの前駆体」を含みうる。「IEX又はHICの前駆体」とは、例えばイオン交換基に保護基が付いたものである。「IEX又はHICの前駆体」を有する反応性モノマーとしては、フェニルビニルスルホネート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。 The term "IEX or HIC-introducing precursor" as used herein refers to a functional group capable of imparting IEX or HIC, and includes, for example, an epoxy group, but is not limited thereto. A reactive monomer having a "precursor for introducing IEX or HIC" refers to a reactive monomer having a functional group capable of imparting IEX or HIC. Furthermore, the "IEX or HIC-introducing precursor" may include the "precursor of IEX or HIC." The "precursor of IEX or HIC" is, for example, an ion exchange group with a protecting group attached. Examples of the reactive monomer having a "precursor of IEX or HIC" include, but are not limited to, phenyl vinyl sulfonate.
強カチオン基を有する反応性モノマーの例としては、スルホン酸基を有するポリマーの構成単位である(メタ)アクリルアミドアルキルスルホン酸、ビニルスルホン酸、アクリルアミドt-ブチルスルホン酸、スチレンスルホン酸、及びそれらの金属塩等が挙げられる。 Examples of reactive monomers having a strong cationic group include (meth)acrylamidoalkylsulfonic acid, vinylsulfonic acid, acrylamide t-butylsulfonic acid, styrenesulfonic acid, which are structural units of polymers having a sulfonic acid group, and their Examples include metal salts.
弱カチオン基を有する反応性モノマーの例としては、アクリル酸、2-アクリロキシエチルコハク酸、2-アクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-アクリロイロキシエチルフタル酸、メタクリル酸、2-メタクリロキシエチルコハク酸、2-メタクリロイロキシエチルヘキサヒドロフタル酸、2-メタクリロイロキシエチルフタル酸、2-ビニル安息香酸、3-ビニル安息香酸、4-ビニル安息香酸、及びそれらの金属塩等が挙げられる。 Examples of reactive monomers having weak cationic groups include acrylic acid, 2-acryloyloxyethylsuccinic acid, 2-acryloyloxyethylhexahydrophthalic acid, 2-acryloyloxyethyl phthalic acid, methacrylic acid, 2-methacrylic acid, Roxyethylsuccinic acid, 2-methacryloyloxyethylhexahydrophthalic acid, 2-methacryloyloxyethyl phthalic acid, 2-vinylbenzoic acid, 3-vinylbenzoic acid, 4-vinylbenzoic acid, and metal salts thereof, etc. Can be mentioned.
アニオン基を有する反応性モノマーの例としては、2-(ジメチルアミノ)エチルアクリレート、2-(ジエチルアミノ)エチルアクリレート、2-(ジメチルアミノ)エチルアクリレート、及び2-(ジエチルアミノ)エチルアクリレート、及びビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロリド等が挙げられる。 Examples of reactive monomers having anionic groups include 2-(dimethylamino)ethyl acrylate, 2-(diethylamino)ethyl acrylate, 2-(dimethylamino)ethyl acrylate, and 2-(diethylamino)ethyl acrylate, and vinylbenzyl Examples include trimethylammonium chloride.
イオン交換基(IEX)導入前駆体を有する反応性モノマーの例としては、グリシジルメタクリレート、グリシジルエーテル、スチレン、クロロメチルスチレン、アクリロニトリル、アクロレイン、及びビニルベンジル等が挙げられる。 Examples of the reactive monomer having an ion exchange group (IEX)-introducing precursor include glycidyl methacrylate, glycidyl ether, styrene, chloromethylstyrene, acrylonitrile, acrolein, and vinylbenzyl.
イオン交換基導入前駆体を有する反応性モノマーがグリシジルメタクリレートの場合、基材上でグリシジルメタクリレートを重合してグラフト鎖を形成した後、亜硫酸ナトリウムと反応させることにより、グリシジルメタクリレートのエポキシ基の一部又は全部をスルホン酸基に変換することができる。
また、基材上でグリシジルメタクリレートを重合してグラフト鎖を形成した後、ジエチルアミンと反応させることにより、グリシジルメタクリレートのエポキシ基の一部又は全部をジエチルアミノ基に変換することができる。
さらに、基材上でグリシジルメタクリレートを重合してグラフト鎖を形成した後、イミノ二酢酸二ナトリウムと反応させることにより、グリシジルメタクリレートのエポキシ基の一部又は全部をイミノ二酢酸基に変換することができる。
When the reactive monomer having an ion exchange group-introducing precursor is glycidyl methacrylate, some of the epoxy groups of glycidyl methacrylate are polymerized on the substrate to form a graft chain, and then reacted with sodium sulfite. Or all can be converted to sulfonic acid groups.
Furthermore, by polymerizing glycidyl methacrylate on a substrate to form a graft chain, and then reacting with diethylamine, part or all of the epoxy groups of glycidyl methacrylate can be converted to diethylamino groups.
Furthermore, after polymerizing glycidyl methacrylate on a substrate to form a graft chain, it is possible to convert some or all of the epoxy groups of glycidyl methacrylate into iminodiacetic acid groups by reacting with disodium iminodiacetate. can.
疎水性基(HIC)導入前駆体を有する反応性モノマーの例としては、グリシジルメタクリレート、グリシジルエーテル及びスチレン等が挙げられる。 Examples of the reactive monomer having a hydrophobic group (HIC)-introducing precursor include glycidyl methacrylate, glycidyl ether, and styrene.
実施の形態に係るクロマトグラフィー担体のグラフト鎖の結合率(グラフト率)は、吸着容量等の観点から20%以上が好ましく、より好ましくは25%以上、さらに好ましくは30%以上である。また、力学的に安定な強度を確保するという観点から、好ましくは300%以下、より好ましくは200%以下、さらに好ましくは150%以下、特に好ましくは120%以下である。しかし、好適なグラフト率は用いる基材や導入するモノマー単位に依存するため、適宜最適化を行うことが望ましく、上記範囲に限定されない。グラフト率は下記(1)式によって算出される。 The binding rate (grafting rate) of graft chains of the chromatography carrier according to the embodiment is preferably 20% or more from the viewpoint of adsorption capacity, etc., more preferably 25% or more, and still more preferably 30% or more. In addition, from the viewpoint of ensuring mechanically stable strength, it is preferably 300% or less, more preferably 200% or less, still more preferably 150% or less, particularly preferably 120% or less. However, since a suitable grafting ratio depends on the base material used and the monomer unit introduced, it is desirable to perform optimization as appropriate, and it is not limited to the above range. The grafting rate is calculated by the following formula (1).
グラフト率:dg(%)=(w1-w0)/w0×100 ・・・式(1)
ここで、w0はグラフト鎖が導入される前の基材の質量、w1はグラフト鎖が導入された後の基材、すなわちクロマトグラフィー担体の質量である。
Grafting rate: dg (%) = (w1-w0)/w0×100...Formula (1)
Here, w0 is the mass of the base material before the graft chain is introduced, and w1 is the mass of the base material after the graft chain is introduced, that is, the chromatography carrier.
通常、反応性モノマーは、基材内部の非晶部に入り込んでグラフト重合され、基材内部にもグラフト鎖が形成されると考えられる。しかし、グラフト鎖が吸着する吸着対象分子は、基材内部の非晶部に入れる大きさではない。そのため、基材内部に形成されたグラフト鎖は、吸着対象分子の吸着に利用できない。グラフト重合の開始点を生成する放射線の照射線量は、高いと開始点が多く、低いと開始点が少ない。そのため、同一のグラフト率では、照射線量が低い方が、開始点が少ないので、長いグラフト鎖が形成している。したがって、照射線量を低くすることで、基材上に多くのグラフト鎖が形成され、より多くのグラフト鎖を吸着対象分子の吸着に有効に利用することが可能である。この時の照射線量の目安としては、10~50kGyであることが好ましい。 Usually, it is thought that the reactive monomer enters the amorphous region inside the base material and undergoes graft polymerization, and a graft chain is also formed inside the base material. However, the molecules to be adsorbed by the graft chains are not large enough to fit into the amorphous region inside the base material. Therefore, the graft chains formed inside the base material cannot be used to adsorb molecules to be adsorbed. When the irradiation dose of radiation that generates initiation points for graft polymerization is high, there are many initiation points, and when it is low, there are few initiation points. Therefore, at the same grafting rate, the lower the irradiation dose, the fewer the number of starting points and the formation of longer graft chains. Therefore, by lowering the irradiation dose, many graft chains are formed on the base material, and more graft chains can be effectively used for adsorption of molecules to be adsorbed. The irradiation dose at this time is preferably 10 to 50 kGy.
基材内部に形成されるグラフト鎖は、内部グラフト鎖、或いはポリマールーツと呼ばれる。基材上に形成されるグラフト鎖は、表面グラフト鎖、或いはポリマーブラシと呼ばれる。実施の形態に係るクロマトグラフィー担体において、グラフト鎖全体に占める表面グラフト鎖の割合は、例えば70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上である。表面グラフト鎖の割合は、エポキシ基等のイオン交換基導入前駆体のイオン交換基へのモル転化率と、イオン交換基の吸着対象分子の飽和吸着量と、の関係を示すグラフを作成して現れる変曲点におけるモル転化率と一致する。好ましくは、実施の形態に係るクロマトグラフィー担体において、基材内部に、グラフト鎖が実質的に形成されない。 The graft chains formed inside the base material are called internal graft chains or polymer roots. The grafted chains formed on the substrate are called surface grafted chains or polymer brushes. In the chromatography carrier according to the embodiment, the proportion of surface graft chains to the total graft chains is, for example, 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 85% or more, and still more preferably 90% or more. The proportion of surface graft chains can be determined by creating a graph showing the relationship between the molar conversion rate of an ion-exchange group-introduced precursor such as an epoxy group to an ion-exchange group and the saturated adsorption amount of the target molecule to be adsorbed by the ion-exchange group. This corresponds to the molar conversion at the inflection point that appears. Preferably, in the chromatography carrier according to the embodiment, substantially no graft chains are formed inside the base material.
実施の形態に係るモノフィラメント糸又はマルチフィラメント糸である基材に、IEX又はHICを有するグラフト鎖を、グラフト重合を介して導入した基材を、芯材に巻回することにより、タンパク質精製用IEX又はHICワインドフィルターカートリッジモジュール(IEX-WFC、HIC-WFC)を作製できる。芯材(例えば、円筒状芯材)は、多孔質であってもよい。また、フィラメント糸を円筒状芯材に巻きつけた後、円筒状芯材を抜いてもよい。
実施の形態に係るクロマトグラフィー担体は、グラフト鎖が導入された基材を芯材に巻回し、任意に芯材を取り除いて形成されてなるワインドフィルターカートリッジモジュールの形態を有する。
IEX for protein purification can be obtained by winding a base material, which is a monofilament yarn or multifilament yarn according to an embodiment, into which a graft chain having IEX or HIC is introduced via graft polymerization, around a core material. Alternatively, a HIC wind filter cartridge module (IEX-WFC, HIC-WFC) can be produced. The core material (eg, cylindrical core material) may be porous. Further, after the filament yarn is wound around the cylindrical core material, the cylindrical core material may be pulled out.
The chromatography carrier according to the embodiment has the form of a wind filter cartridge module formed by winding a base material into which graft chains have been introduced around a core material, and optionally removing the core material.
ワインドフィルターカートリッジモジュール(WFC)は、シングルユースとして、好適に使用できる。つまり、IEX-WFC又はHIC-WFCは、シングルユースとして、好適に使用できる。 A wind filter cartridge module (WFC) can be suitably used for single use. In other words, IEX-WFC or HIC-WFC can be suitably used for single use.
実施の形態に係るIEX-WFC又はHIC-WFCによれば、高流速域でのタンパク質の吸着及び分離性能と、細孔が目詰まりしにくい性能と、を両立することが可能である。また、実施の形態に係るクロマトグラフィー担体は、タンパク質の高吸着容量を有し、湿潤強度に優れる。 According to the IEX-WFC or HIC-WFC according to the embodiment, it is possible to achieve both protein adsorption and separation performance in a high flow rate region and performance that prevents pores from clogging. Further, the chromatography carrier according to the embodiment has a high protein adsorption capacity and has excellent wet strength.
通常、芯材の直径は30mm程度のものがよく用いられる。巻回体の厚みは、20mm~100mm程度に設定する。より厚い方が不純物を逃さず吸着できるが、厚すぎると液を透過させるときの透過圧力が増える。厚みは20mm以上あれば、最低限の吸着性能は担保でき、100mm以下であれば、さほど透過圧力が大きくならない。 Usually, a core material with a diameter of about 30 mm is often used. The thickness of the wound body is set to about 20 mm to 100 mm. The thicker the layer, the more impurities can be adsorbed without escaping, but if the layer is too thick, the permeation pressure will increase when the liquid is permeated. If the thickness is 20 mm or more, the minimum adsorption performance can be ensured, and if the thickness is 100 mm or less, the permeation pressure will not increase so much.
また、WFCの捕捉粒子径は、通常、シリカやラテックスの均質粒子を含む液を透過させ、透過側に検出されるかどうかで測定される。均質粒子の90%以上を捕捉した粒子径を、そのWFCの孔径と定義する。
モノフィラメント糸又はマルチフィラメント糸の糸径により、WFCの孔径をコントロールでき、細い糸を巻回するほど、孔径は小さくなり、太い糸を用いるほど孔径は大きくなる。本実施形態では、WFCの孔径0.5μm以上、500μm以下が好ましく、より好ましくは、1μm以上、150μm以下である。孔径が小さいと透過圧力が大きくなり、孔径が大きすぎると動的吸着性能が悪くなる。孔径が0.5μm以上であれば、透過圧力は許容範囲であり、500μm以下であれば、動的吸着性能にもそれほど影響しない。
Further, the diameter of captured particles of WFC is usually measured by passing a liquid containing homogeneous particles of silica or latex and determining whether or not they are detected on the permeate side. The particle size that captures 90% or more of the homogeneous particles is defined as the pore size of the WFC.
The pore diameter of the WFC can be controlled by the diameter of the monofilament yarn or multifilament yarn; the thinner the yarn is wound, the smaller the pore diameter is, and the thicker the yarn is, the larger the pore diameter is. In this embodiment, the pore diameter of the WFC is preferably 0.5 μm or more and 500 μm or less, more preferably 1 μm or more and 150 μm or less. If the pore size is small, the permeation pressure will be high, and if the pore size is too large, the dynamic adsorption performance will be poor. If the pore diameter is 0.5 μm or more, the permeation pressure is within the permissible range, and if the pore diameter is 500 μm or less, it does not significantly affect the dynamic adsorption performance.
クロマトグラフィー工程において、WFCへ被処理液を透過させるときの透過圧力は、100kPa以下であることが好ましく、50kPa以下であることがより好ましい。さらに好ましくは35kPa以下である。 In the chromatography step, the permeation pressure when the liquid to be treated is permeated through the WFC is preferably 100 kPa or less, more preferably 50 kPa or less. More preferably, it is 35 kPa or less.
実施の形態に係るWFCは、目的タンパク質を精製するための方法に使用することができる。実施の形態に係る精製方法は、目的タンパク質と不純物を含む被処理液中の目的タンパク質を精製するクロマトグラフィー工程を含み、任意に、膜ろ過工程及び/又はウイルス除去工程を含む。膜ろ過工程及びウイルス除去工程は、それぞれ、好ましくはクロマトグラフィー工程よりも後に行う。膜ろ過工程及びウイルス除去工程をともに行う場合の好適順は、膜ろ過工程、次いでウイルス除去工程の順である。
以下、図1を参照して、タンパク質の精製方法の例示のフローを説明する。なお、図1では、被処理液が細胞の連続培養で得られる場合について例示するが、被処理液の種類及び調製方法は目的に応じて適宜選定され得る。
The WFC according to the embodiment can be used in a method for purifying a protein of interest. The purification method according to the embodiment includes a chromatography step for purifying the target protein in a liquid to be processed containing the target protein and impurities, and optionally includes a membrane filtration step and/or a virus removal step. The membrane filtration step and the virus removal step are each preferably performed after the chromatography step. When performing both the membrane filtration step and the virus removal step, the preferred order is the membrane filtration step, followed by the virus removal step.
An exemplary flow of a protein purification method will be described below with reference to FIG. Although FIG. 1 illustrates the case where the liquid to be treated is obtained by continuous cell culture, the type and preparation method of the liquid to be treated can be selected as appropriate depending on the purpose.
[被処理液を準備する工程]
まず、培地を培養槽に供給しながら培養液を培養槽から抜き出すことで、目的タンパク質を生産する細胞を連続培養する(図1(A))。なお、連続培養とは、培地を培養槽に連続的に供給するとともに、同量の培養液を同時に抜き出す方法である。この際、抜き出した培養液から細胞を培養槽内に戻し、槽内培養液中の細胞を定常状態で培養する。連続培養で得られた培養液を分離膜に通過させて培養液から細胞を分離除去して、目的タンパク質及び不純物を含む被処理液を得る(図1(B))。
[Process of preparing the liquid to be treated]
First, cells that produce the target protein are continuously cultured by extracting the culture solution from the culture tank while supplying a medium to the culture tank (FIG. 1(A)). Note that continuous culture is a method in which a culture medium is continuously supplied to a culture tank and the same amount of culture solution is simultaneously withdrawn. At this time, the cells are returned to the culture tank from the extracted culture solution, and the cells in the culture solution in the tank are cultured in a steady state. The culture solution obtained by continuous culture is passed through a separation membrane to separate and remove cells from the culture solution to obtain a solution to be treated containing the target protein and impurities (FIG. 1(B)).
[クロマトグラフィー工程]
次いで、上記被処理液をクロマトグラフィー担体に通過させて目的タンパク質の精製を行う(クロマトグラフィー工程)。精製は、被処理液からの不純物の分離除去、及び/又は、被処理液からの目的タンパク質の分離回収であってよい。図1では、被処理液を、陰イオン交換材料に通過させ(図1(C))、次いで疎水材料に通過させ(図1(D))、次いで陽イオン交換材料に通過させる(図1(E))処理の例を示しているが、クロマトグラフィー担体は1つ以上用いればよい。また、被処理液を、キレート形成材料に通過させてもよい。すなわち、クロマトグラフィー工程における処理は、単独のクロマトグラフィー担体で実施してもよく、又は、2つ以上のクロマトグラフィー担体で実施してもよい。なお、被処理液を通過させる順序は特に制限されず、実施の形態に応じて変更できる。
[Chromatography process]
Next, the target protein is purified by passing the liquid to be treated through a chromatography carrier (chromatography step). Purification may be the separation and removal of impurities from the liquid to be processed and/or the separation and recovery of the target protein from the liquid to be processed. In FIG. 1, the liquid to be treated is passed through an anion exchange material (FIG. 1(C)), then a hydrophobic material (FIG. 1(D)), and then a cation exchange material (FIG. 1(C)). E)) Although an example of the treatment is shown, one or more chromatography carriers may be used. Alternatively, the liquid to be treated may be passed through a chelate forming material. That is, the treatment in the chromatography step may be carried out using a single chromatography carrier, or may be carried out using two or more chromatography carriers. Note that the order in which the liquid to be treated passes is not particularly limited and can be changed depending on the embodiment.
[膜ろ過工程及びウイルス除去工程]
クロマトグラフィー工程で得た被処理液を、所望に応じて、膜ろ過工程(図1(F))、及び/又はウイルス除去工程(図1(G))に供して、目的タンパク質をさらに精製してよい。
[Membrane filtration process and virus removal process]
The liquid to be treated obtained in the chromatography step is subjected to a membrane filtration step (FIG. 1 (F)) and/or a virus removal step (FIG. 1 (G)) as desired to further purify the target protein. It's fine.
以上の手順で精製された目的タンパク質を回収する(図1(H))。 The target protein purified by the above procedure is recovered (FIG. 1(H)).
上記の膜ろ過工程及びウイルス除去工程は、クロマトグラフィー工程により除去しきれない不純物が存在する場合の不純物のさらなる除去、及び/又は脱塩の目的で行うことができる。膜ろ過工程は、クロマトグラフィー工程の後段に設けてよく、例えば、中空糸型限外ろ過(UF)膜モジュールを用いて行うことができる。目的タンパク質よりも高分子量の不純物が存在する場合には、目的タンパク質よりも少し大きな分画分子量を持つUF膜モジュールを設置することで、目的タンパク質は膜を透過し、不純物は膜を透過できない。一方、目的タンパク質よりも低分子量の不純物の場合には、不純物を透過し、目的タンパク質を阻止する分画分子量を選定する。目的タンパク質が抗体の場合、その分子量が150,000前後であることから、UF膜の分画分子量は10,000以上800,000以下の範囲から選ばれることが好ましい。膜ろ過工程は、クロマトグラフィー工程の後段で、分画分子量が10,000以上、800,000以下のろ過(UF)膜に被処理液を通過させる工程である。 The above membrane filtration step and virus removal step can be performed for the purpose of further removal of impurities and/or desalting when there are impurities that cannot be removed by the chromatography step. The membrane filtration step may be provided after the chromatography step, and can be performed using, for example, a hollow fiber ultrafiltration (UF) membrane module. If there are impurities with a higher molecular weight than the target protein, by installing a UF membrane module with a molecular weight cut-off slightly larger than the target protein, the target protein will pass through the membrane, but the impurities will not be able to pass through the membrane. On the other hand, in the case of an impurity with a molecular weight lower than that of the target protein, a molecular weight cutoff is selected that allows the impurity to pass through and blocks the target protein. When the target protein is an antibody, its molecular weight is around 150,000, so the molecular weight cutoff of the UF membrane is preferably selected from the range of 10,000 to 800,000. The membrane filtration step is a step subsequent to the chromatography step in which the liquid to be treated is passed through a filtration (UF) membrane having a molecular weight cutoff of 10,000 or more and 800,000 or less.
また、上記のウイルス除去工程は、ウイルス除去フィルターに被処理液を通過させる工程であり、好ましくは膜ろ過工程の後に行う。ウイルス除去フィルターとしては、中空糸型限外ろ過(UF)膜モジュールを使用できる。中空糸型限外ろ過(UF)膜モジュールに被処理液を通過させると、目的タンパク質は膜を透過する一方、ウイルスは膜を透過できないため、ウイルス除去を効率的に実施することができる。 Moreover, the above-mentioned virus removal step is a step of passing the liquid to be treated through a virus removal filter, and is preferably performed after the membrane filtration step. A hollow fiber ultrafiltration (UF) membrane module can be used as the virus removal filter. When a liquid to be treated is passed through a hollow fiber ultrafiltration (UF) membrane module, target proteins pass through the membrane, but viruses cannot pass through the membrane, so viruses can be efficiently removed.
クロマトグラフィー工程の後に、IEX-WFC及びHIC-WFCにおいて被処理液をフロースルーモードで流下する工程を含む場合、クロマトグラフィー担体の後段に配置されたUF膜モジュール(一態様において、膜ろ過工程及び/又はウイルス除去工程で用いるモジュール)は、間にタンクなどを置かず、スムーズにろ過操作を実施することが可能になる。また、実施の形態によれば、WFCの透過圧力が低いので、IEX-WFC及びHIC-WFCを直列に接続でき、またUF膜モジュールもそのまま接続することが可能である。 After the chromatography step, if the IEX-WFC and HIC-WFC include a step in which the liquid to be treated flows down in a flow-through mode, a UF membrane module (in one embodiment, the membrane filtration step and /or modules used in the virus removal process), it becomes possible to smoothly perform the filtration operation without placing a tank or the like in between. Furthermore, according to the embodiment, since the permeation pressure of the WFC is low, the IEX-WFC and the HIC-WFC can be connected in series, and the UF membrane module can also be connected as is.
膜ろ過工程及びウイルス除去工程で用いるUF膜の材質は、目的タンパク質の膜表面への非特異的な吸着が起きないように親水性の材料であることが好ましい。親水性材料として、PAN(ポリアクリロニトリル)、CTA(三酢酸セルロース)などを挙げることができる。 The material of the UF membrane used in the membrane filtration step and the virus removal step is preferably a hydrophilic material so that non-specific adsorption of the target protein to the membrane surface does not occur. Examples of the hydrophilic material include PAN (polyacrylonitrile) and CTA (cellulose triacetate).
被処理液を細胞培養で得る場合、当該細胞培養は、連続培養であることが好ましい。前述のように、連続培養とは、培地を培養槽に連続的に供給するとともに、同量の培養液を同時に抜き出す。抜き出した培養液から細胞を培養槽内に戻し、槽内培養液中の細胞を定常状態で培養する方法である。連続培養を採用すると、細胞培養から目的タンパク質の精製までを一貫して連続的に実施できるため、好ましい。特に、目的タンパク質は、中空糸膜モジュール、例えば後述するような精密ろ過(MF)膜を使ったタンジェンシャルフロー型の連続培養で生産されることが好ましい。 When the liquid to be treated is obtained by cell culture, the cell culture is preferably continuous culture. As mentioned above, continuous culture means that a medium is continuously supplied to a culture tank and the same amount of culture solution is simultaneously withdrawn. In this method, cells are returned to the culture tank from the extracted culture solution, and the cells in the culture solution in the tank are cultured in a steady state. It is preferable to employ continuous culture because the process from cell culture to purification of the target protein can be carried out consistently and continuously. In particular, the target protein is preferably produced by tangential flow continuous culture using a hollow fiber membrane module, for example, a microfiltration (MF) membrane as described below.
中空糸膜モジュールは、シングルユースであることが好ましい。 The hollow fiber membrane module is preferably single-use.
実施の形態によれば、クロマトグラフィー工程におけるIEX-WFC及びHIC-WFCの透過圧力が低いので、連続培養のろ液出口にIEX-WFC及びHIC-WFCを直接接続して、連続培養からクロマトグラフィー工程までをフロースルーモードにより運転することができる。 According to the embodiment, since the permeation pressure of IEX-WFC and HIC-WFC in the chromatography process is low, IEX-WFC and HIC-WFC are directly connected to the filtrate outlet of continuous culture to perform chromatography from continuous culture. The entire process can be operated in flow-through mode.
培養液を培養槽から抜き出すときに、通常分離膜が用いられる。分離膜は、一態様において、中空糸膜モジュールから構成される。分離膜は細胞を阻止して培養液(被処理液)だけを透過するために、孔径0.05~0.7μm程度の分離膜(精密ろ過(MF)膜)が使用される。この時、分離膜が目詰まりしないように、クロスフローろ過により運転されることが多いが、それでも目詰まりを防ぐこと、目的タンパク質の分離膜への非特異的吸着が発生する場合がある。 A separation membrane is usually used when extracting the culture solution from the culture tank. In one embodiment, the separation membrane is composed of a hollow fiber membrane module. A separation membrane (microfiltration (MF) membrane) with a pore diameter of about 0.05 to 0.7 μm is used to block cells and allow only the culture solution (liquid to be treated) to pass through. At this time, cross-flow filtration is often used to prevent the separation membrane from clogging, but even then, it is necessary to prevent clogging and non-specific adsorption of the target protein to the separation membrane may occur.
この目詰まりの問題を回避する観点から、分離膜は、3次元網目構造であることが好ましく、膜材質はポリフッ化ビニリデン(PVDF)やポリエチレン(PE)などが好ましい。また、内表面開口率は25%以上であることが好ましく、50%以下であることが好ましい。このような膜を採用することで、クロスフローろ過が効率的に行え、また分離膜への非特異的吸着を抑制することができる。
さらに、内径1~5mmの分離膜であれば、クロスフロー流の透過圧力が低く、好適に使用できる。加えて、生産効率の観点から内表面膜面積は1m2以上であることが好ましい。
From the viewpoint of avoiding this clogging problem, the separation membrane preferably has a three-dimensional network structure, and the membrane material is preferably polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE), or the like. Further, the inner surface aperture ratio is preferably 25% or more, and preferably 50% or less. By employing such a membrane, cross-flow filtration can be performed efficiently and non-specific adsorption to the separation membrane can be suppressed.
Further, a separation membrane with an inner diameter of 1 to 5 mm can be suitably used because the permeation pressure of the crossflow flow is low. In addition, from the viewpoint of production efficiency, the inner surface membrane area is preferably 1 m 2 or more.
以下に、実施の形態を実施例に基づいてさらに詳しく説明するが、これらは実施の形態を何ら限定するものではない。
(a)以下に示す方法で、タンパク質の精製のための担体(ワインドフィルターカートリッジモジュール)を作製した。
(1)グリシジルメタクリレート(GMA)の放射線グラフト重合
直径約35μmのナイロン繊維にガンマ線を20kGy照射した。次に予め窒素バブリングにより脱酸素したグリシジルメタクリレート/メタノール(=1/9重量比)のモノマー溶液に浸漬し、45℃で6時間反応させた。反応終了後の繊維をジメチルホルムアミド溶液に浸漬し、さらにメタノールに浸漬して洗浄した。乾燥後の重量を測定することにより、質量増加率(グラフト率)は104%であった。
The embodiments will be described in more detail below based on examples, but these are not intended to limit the embodiments in any way.
(a) A carrier (wind filter cartridge module) for protein purification was produced by the method shown below.
(1) Radiation graft polymerization of glycidyl methacrylate (GMA) A nylon fiber with a diameter of approximately 35 μm was irradiated with 20 kGy of gamma rays. Next, it was immersed in a monomer solution of glycidyl methacrylate/methanol (=1/9 weight ratio) that had been previously deoxidized by nitrogen bubbling, and reacted at 45° C. for 6 hours. After the reaction, the fibers were immersed in a dimethylformamide solution and then in methanol for washing. By measuring the weight after drying, the mass increase rate (grafting rate) was 104%.
(2)ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロリド(VBTAC)の放射線グラフト重合(VBTAC/NVP-AEX)
直径約14μmのナイロン繊維にガンマ線を20kGy照射した。次に予め窒素バブリングにより脱酸素したVBTAC/N-ビニルピロリドン/純水(=1/1/8重量比)のモノマー溶液に浸漬し、45℃で6時間反応させた。反応終了後の繊維をジメチルホルムアミド溶液に浸漬し、さらにメタノールに浸漬して洗浄した。乾燥後の重量を測定することにより、質量増加率(グラフト率)は40%であった。
質量増加率から計算するとトリメチルアミノ基導入量は、0.8mmol/gであった。
(2) Radiation graft polymerization of vinylbenzyltrimethylammonium chloride (VBTAC) (VBTAC/NVP-AEX)
A nylon fiber with a diameter of about 14 μm was irradiated with 20 kGy of gamma rays. Next, it was immersed in a monomer solution of VBTAC/N-vinylpyrrolidone/pure water (=1/1/8 weight ratio) that had been previously deoxidized by nitrogen bubbling, and reacted at 45° C. for 6 hours. After the reaction, the fibers were immersed in a dimethylformamide solution and then in methanol for washing. By measuring the weight after drying, the mass increase rate (grafting rate) was 40%.
Calculating from the mass increase rate, the amount of trimethylamino group introduced was 0.8 mmol/g.
(3)GMAグラフト繊維へのトリエチレンジアミノ(TEDA)基の導入(TEDA-AEX)
(1)で得られたGMAグラフト繊維をpH9になるよう塩酸で調整した10質量%TEDA水溶液に浸漬し、70℃で6時間加温し、TEDA導入反応を行った。反応後の繊維をメタノール洗浄後、乾燥質量を測定し、質量増加率を測定すると40.1%であった。質量増加率からTEDA導入量を計算すると1.9mmol/gであった。
(3) Introduction of triethylene diamino (TEDA) group into GMA grafted fiber (TEDA-AEX)
The GMA grafted fiber obtained in (1) was immersed in a 10% by mass TEDA aqueous solution adjusted to pH 9 with hydrochloric acid, and heated at 70° C. for 6 hours to perform a TEDA introduction reaction. After washing the fibers after the reaction with methanol, the dry mass was measured and the mass increase rate was 40.1%. The amount of TEDA introduced was calculated from the mass increase rate to be 1.9 mmol/g.
(4)GMAグラフト繊維へのジエチルアミノ(DEA)基の導入(DEA-AEX)
(1)で得られたGMAグラフト繊維を50v/v%のジエチルアミン水溶液に40℃で15時間浸漬し、グリシジルメタクリレート由来のエポキシ基にアニオン交換基としてのジエチルアミノ基を導入後、メタノールで十分に洗浄した。質量増加率から、DEA導入量を計算すると1.6mmol/gであった。
(4) Introduction of diethylamino (DEA) groups into GMA grafted fibers (DEA-AEX)
The GMA grafted fiber obtained in (1) was immersed in a 50v/v% diethylamine aqueous solution at 40°C for 15 hours to introduce diethylamino groups as anion exchange groups into the epoxy groups derived from glycidyl methacrylate, and then thoroughly washed with methanol. did. The amount of DEA introduced was calculated from the mass increase rate to be 1.6 mmol/g.
(5)GMAグラフト繊維へのスルホン酸基の導入(CEX)
(1)で得られたGMAグラフト繊維を、タウリン溶液(濃度: 50質量%、溶媒: ジオキサン/水=1/1、pH:13)に40℃で15時間浸漬し、グリシジルメタクリレート由来のエポキシ基にカチオン交換基としてのスルホン酸基を導入後、メタノールで十分に洗浄した。質量増加率から、スルホン酸基導入量を計算すると1.6mmol/gであった。
(5) Introduction of sulfonic acid groups into GMA grafted fibers (CEX)
The GMA grafted fiber obtained in (1) was immersed in a taurine solution (concentration: 50% by mass, solvent: dioxane/water = 1/1, pH: 13) at 40°C for 15 hours to remove the epoxy groups derived from glycidyl methacrylate. After introducing a sulfonic acid group as a cation exchange group, the mixture was thoroughly washed with methanol. The amount of sulfonic acid group introduced was calculated from the mass increase rate to be 1.6 mmol/g.
(6)GMAグラフト繊維へのキレート形成基の導入(CHE)
(1)で得られたGMAグラフト繊維を、イミノ二酢酸二ナトリウム溶液(濃度: 0.5M、溶媒: イソプロピルアルコール/水=1/1)に50℃で15時間浸漬し、グリシジルメタクリレート由来のエポキシ基にキレート形成基としてのイミノ二酢酸基を導入後、メタノールで十分に洗浄した。質量増加率から、CHE導入量を計算すると1.5mmol/gであった。
(6) Introduction of chelate-forming groups into GMA grafted fibers (CHE)
The GMA grafted fiber obtained in (1) was immersed in a disodium iminodiacetate solution (concentration: 0.5M, solvent: isopropyl alcohol/water = 1/1) at 50°C for 15 hours, and the epoxy derived from glycidyl methacrylate was After introducing an iminodiacetic acid group as a chelate-forming group, the mixture was thoroughly washed with methanol. The amount of CHE introduced was calculated from the mass increase rate to be 1.5 mmol/g.
(7)GMAグラフト繊維への疎水性基の導入(HIC)
(1)で得られたGMAグラフト繊維を、10質量%ドデシルアミンーイソプロパノール溶液に70℃で6時間浸漬し、グリシジルメタクリレート由来のエポキシ基に疎水性基としてのドデシル基を導入後、メタノールで十分に洗浄した。質量増加率から、ドデシル基(疎水性基)導入量を計算すると1.5mmol/gであった。
(7) Introduction of hydrophobic groups to GMA grafted fibers (HIC)
The GMA grafted fiber obtained in (1) was immersed in a 10% by mass dodecylamine-isopropanol solution at 70°C for 6 hours, and after introducing a dodecyl group as a hydrophobic group into the epoxy group derived from glycidyl methacrylate, methanol was sufficient. Washed. The amount of dodecyl group (hydrophobic group) introduced was calculated from the mass increase rate to be 1.5 mmol/g.
(8)ワインドフィルターカートリッジモジュール(WFC)の作製
(2)~(7)で得られたそれぞれの官能基が入ったグラフト繊維(担体)をポリプロピレン製の直径30mm、長さ250mmの芯材に、厚みが20mmになるまで巻回させてから芯材を除き、VBTAC/NVP-AEX、TEDA-AEX、DEA-AEX、CEX、CHE及びHICが導入されたワインドフィルターカートリッジモジュールをそれぞれ作製した。
(8) Preparation of wind filter cartridge module (WFC) The graft fibers (carriers) containing each functional group obtained in (2) to (7) were placed on a polypropylene core material with a diameter of 30 mm and a length of 250 mm. After winding to a thickness of 20 mm, the core material was removed to produce wind filter cartridge modules in which VBTAC/NVP-AEX, TEDA-AEX, DEA-AEX, CEX, CHE, and HIC were introduced.
(9)作製したWFCの孔径の測定
作製したWFCにユニフォームラテックス:PM010UM(粒子径:10μm、Magsphere社)の均質粒子を0.1%含む水溶液を透過させ、透過側で検出されるかどうかを確認したところ、100%阻止することを確認した。一方、PM005UM(粒子径:5μm、Magsphere社)の均質粒子を同様に透過させると、10%の阻止率であった。この結果から、作製したWFCの孔径を10μmと判断した。
(9) Measuring the pore size of the prepared WFC An aqueous solution containing 0.1% of homogeneous particles of uniform latex: PM010UM (particle size: 10 μm, Magsphere) is permeated through the prepared WFC, and whether or not it is detected on the permeate side is determined. When we checked, we found that it was 100% effective. On the other hand, when homogeneous particles of PM005UM (particle size: 5 μm, manufactured by Magsphere) were similarly transmitted, the rejection rate was 10%. From this result, the pore diameter of the produced WFC was determined to be 10 μm.
[実施例1]
20mM Tris-HCl(pH8.0)に0.17Mの濃度となるようにNaClを添加し、金属塩を含む緩衝液を調製した。この緩衝液にBSA(pI:5.6)を1g/Lの濃度で溶解して、タンパク質溶液を調製した。このタンパク質溶液20LをVBTAC/NVP-AEX、TEDA-AEX、DEA-AEX及びHICそれぞれが導入されたWFCの中心から外側に向かって、1mL/min/mL-Bedの速度で通液させ、タンパク質吸着実験を行った。VBTAC/NVP-AEX、TEDA-AEX、DEA-AEX及びHICの吸着容量は、それぞれ68、73、80、65mg/mL-Bedであった。また、20Lのタンパク質溶液を流し切ったときの透過圧力は、それぞれ29、30、32及び30kPaであり、高い吸着容量にも関わらず、低圧で運転できることがわかり、フロースルーモードでの使用に適していることが分かった。
[Example 1]
A buffer solution containing a metal salt was prepared by adding NaCl to 20 mM Tris-HCl (pH 8.0) to a concentration of 0.17 M. BSA (pI: 5.6) was dissolved in this buffer at a concentration of 1 g/L to prepare a protein solution. 20 L of this protein solution was passed from the center to the outside of the WFC into which VBTAC/NVP-AEX, TEDA-AEX, DEA-AEX and HIC were introduced at a rate of 1 mL/min/mL-Bed to absorb protein. We conducted an experiment. The adsorption capacities of VBTAC/NVP-AEX, TEDA-AEX, DEA-AEX, and HIC were 68, 73, 80, and 65 mg/mL-Bed, respectively. In addition, the permeation pressures when 20 L of protein solution was completely flowed were 29, 30, 32, and 30 kPa, respectively, indicating that operation can be performed at low pressure despite the high adsorption capacity, making it suitable for use in flow-through mode. I found out that
[比較例1]
実施例1で調製したタンパク質溶液をQyu Speed D 150mL(旭化成メディカル社製、中空糸膜、3級アミノ基)に膜の内面から外面へ向かって、1mL/min/mL-Bedの速度で通液させ、タンパク質吸着実験を行った。吸着容量は70mg/mLであり、20Lのタンパク質溶液を流し切ったときの透過圧力は、150kPaであり、吸着とともに上昇した。
[Comparative example 1]
The protein solution prepared in Example 1 was passed through 150 mL of Qyu Speed D (manufactured by Asahi Kasei Medical Co., Ltd., hollow fiber membrane, tertiary amino group) at a rate of 1 mL/min/mL-Bed from the inner surface to the outer surface of the membrane. Then, a protein adsorption experiment was conducted. The adsorption capacity was 70 mg/mL, and the permeation pressure when 20 L of protein solution was completely drained was 150 kPa, which increased with adsorption.
[実施例2]
150mM リン酸(pH6.0)緩衝液にリゾチーム(pI:11.35)を1g/Lの濃度で溶解して、タンパク質溶液を調製した。このタンパク質溶液20LをCEXが導入されたWFCの中心から外側に向かって、1mL/min/mL-Bedの速度で通液させ、タンパク質吸着実験を行った。150mMという高いイオン強度下でも吸着容量は、80mg/mL-Bedであった。また、20Lのタンパク質溶液を流し切ったときの透過圧力は、35kPaであり、高い吸着容量にも関わらず、低圧で運転できることがわかり、フロースルーモードでの使用に適していることが分かった。
[実施例3]
CHEが導入されたWFCの中心から外側に10mM硫酸ニッケル溶液(10mM酢酸緩衝液、pH:5.0)を透過して,NiイオンをCHEとのキレート形成によってWFCに固定した。
ヒスチジンタグのついた緑色蛍光タンパク質を大腸菌に発現させるため、His-tag融合GFP遺伝子を導入したpUC19-GFPuv/Hisで形質転換した大腸菌DH10BをLB培地で37℃、12h培養した。遠心集菌し、液体窒素を用いて、凍結と融解を3回繰り返し、溶菌し、遠心上清を、上記Niイオンを固定したCHE-WFCに1mL/min/mL-Bedの速度で通液させ、タンパク質吸着実験を行った。その後0.5MのNaCl溶液(10mM酢酸緩衝液、pH:5.0)で溶離させると、ヒスチジンタグのついた緑色蛍光タンパク質だけを溶離できていることをSDS-PAGEにて確認した。透過圧力は、35kPaであり、低圧で運転できることが分かった。
[Example 2]
A protein solution was prepared by dissolving lysozyme (pI: 11.35) at a concentration of 1 g/L in 150 mM phosphate (pH 6.0) buffer. A protein adsorption experiment was conducted by passing 20 L of this protein solution outward from the center of the WFC into which CEX had been introduced at a rate of 1 mL/min/mL-Bed. Even under a high ionic strength of 150 mM, the adsorption capacity was 80 mg/mL-Bed. In addition, the permeation pressure when 20 L of protein solution was completely flowed was 35 kPa, indicating that it can be operated at low pressure despite the high adsorption capacity, and is suitable for use in flow-through mode.
[Example 3]
A 10 mM nickel sulfate solution (10 mM acetate buffer, pH: 5.0) was permeated from the center of the WFC into which CHE was introduced to the outside, and Ni ions were fixed to the WFC by forming a chelate with CHE.
In order to express the histidine-tagged green fluorescent protein in E. coli, E. coli DH10B transformed with pUC19-GFPuv/His into which the His-tag fused GFP gene had been introduced was cultured in LB medium at 37° C. for 12 hours. Bacteria were collected by centrifugation, frozen and thawed three times using liquid nitrogen, lysed, and the centrifuged supernatant was passed through the Ni ion-immobilized CHE-WFC at a rate of 1 mL/min/mL-Bed. , conducted protein adsorption experiments. After that, it was eluted with a 0.5M NaCl solution (10mM acetate buffer, pH: 5.0), and it was confirmed by SDS-PAGE that only the histidine-tagged green fluorescent protein was eluted. The permeation pressure was 35 kPa, and it was found that the system could be operated at low pressure.
(b)以下に示す方法で、連続培養用精密ろ過(MF)中空糸膜ミニモジュールを作製した。 (b) A microfiltration (MF) hollow fiber membrane mini module for continuous culture was produced by the method shown below.
熱可塑性樹脂としてPVDF樹脂(クレハ社製、KF-W#1000)40質量%と、微粉シリカ(一次粒径:16nm)23質量%と、非溶剤としてアジピン酸ビス2-エチルヘキシル(DOA)32.9質量%と、貧溶剤としてアセチルクエン酸トリブチル(ATBC,沸点343℃)4.1質量%とを用いて、溶融混練物を調製した。得られた溶融混練物の温度は240℃であった。得られた溶融混練物を2重管構造の紡糸ノズルを用い、中空糸状押出し物を120mmの空走距離を通した後、30℃の水中で固化させ、熱誘起相分離法により多孔質構造を発達させた。得られた中空糸状押出し物を、5m/分の速度で引き取り、かせに巻き取った。巻き取った中空糸状押出し物をイソプロピルアルコール中に浸漬させてDOAとATBCを抽出除去し、次いで、水中に30分間浸漬し、中空糸膜を水置換し、次いで、20質量%NaOH水溶液中に70℃にて1時間浸漬し、更に水洗を繰り返して微粉シリカを抽出除去して、多孔質中空糸膜を作製した。 40% by mass of PVDF resin (manufactured by Kureha Co., Ltd., KF-W#1000) as a thermoplastic resin, 23% by mass of fine powder silica (primary particle size: 16 nm), and 32% by mass of bis-2-ethylhexyl adipate (DOA) as a non-solvent. A melt-kneaded product was prepared using 9% by mass and 4.1% by mass of acetyl tributyl citrate (ATBC, boiling point 343°C) as a poor solvent. The temperature of the obtained melt-kneaded product was 240°C. The obtained melt-kneaded product was passed through a hollow fiber-like extrudate for an empty running distance of 120 mm using a spinning nozzle with a double-tube structure, and then solidified in water at 30°C, and the porous structure was created using a thermally induced phase separation method. developed. The obtained hollow fiber extrudate was taken off at a speed of 5 m/min and wound into a skein. The wound hollow fiber extrudate was immersed in isopropyl alcohol to extract and remove DOA and ATBC, then immersed in water for 30 minutes to replace the hollow fiber membrane with water, and then soaked in 20% by mass NaOH aqueous solution for 70 minutes. The membrane was immersed for 1 hour at 0.degree. C., and washed with water repeatedly to extract and remove the fine silica powder, thereby producing a porous hollow fiber membrane.
有効長500mmのモジュールケースに膜面積が1.9m2となるように、得られた多孔質中空糸膜を入れ、両端をエポキシ樹脂によりポッティングし、両端開口の連続培養用精密ろ過(MF)中空糸膜ミニモジュールを作製した。 The obtained porous hollow fiber membrane was placed in a module case with an effective length of 500 mm so that the membrane area was 1.9 m2 , and both ends were potted with epoxy resin, and a microfiltration (MF) hollow fiber for continuous culture with openings at both ends was placed. A thread membrane mini module was created.
(c)以下に示す方法で、中空糸型限外ろ過(UF)膜モジュールを作製した。 (c) A hollow fiber ultrafiltration (UF) membrane module was produced by the method shown below.
モノマーとして、アクリロニトリル91.5質量%、アクリル酸メチル8.0質量%及びメタリルスルホン酸ナトリウム0.5質量%で重合したコポリマ一(極限粘度:1.2)18質量%及び重量平均分子量600のポリエチレングリコール(和光純薬社製、PEG600)21.0質量%を、プロピレンカーボネート9.15質量%とジメチルスルホキシド51.85質量%との混合溶剤に溶解して均一溶液とした。溶液中の水分量は、カールフィッシャー水分計で測定したところ600ppm以下であった。この溶液を60℃に保ち、テトラエチレングリコール50質量%と水50質量%との混合溶液(20℃で24cPの粘度)からなる内部液とともに、紡口(二重環状ノズル0.5mm-0.7mm-1.3mm)から吐出させ、20mmのエアギャップを通過させて43℃の水からなる全長5mの凝固浴槽を通過させ、多孔質中空糸状ろ過膜を得た。
この時、紡口から凝固浴までを円筒状の筒で囲み、筒の中のエアギャップ部の相対湿度を100%に制御した。また、紡速は、10m/分に固定した。得られた中空糸状ろ過膜を25℃の純水中に1日間浸潰して膜中の残存溶剤を充分取り除いた。湿潤膜中のポリエチレングリコール、プロピレンカーボネート及びジメチルスルホキシドの残存量は1ppm以下であった。
さらに、得られた中空糸状ろ過膜を20℃の純水中に浸漬して、15℃/時の昇温速度で加熱して行き、到達温度55℃の水中にて2時間浸漬した。
A copolymer polymerized with 91.5% by mass of acrylonitrile, 8.0% by mass of methyl acrylate, and 0.5% by mass of sodium methallylsulfonate as monomers (intrinsic viscosity: 1.2), 18% by mass, and a weight average molecular weight of 600. 21.0% by mass of polyethylene glycol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., PEG600) was dissolved in a mixed solvent of 9.15% by mass of propylene carbonate and 51.85% by mass of dimethyl sulfoxide to form a homogeneous solution. The amount of water in the solution was measured with a Karl Fischer moisture meter and was 600 ppm or less. This solution was kept at 60°C, and was mixed with an internal liquid consisting of a mixed solution of 50% by mass of tetraethylene glycol and 50% by mass of water (viscosity of 24cP at 20°C) through a spinneret (double annular nozzle 0.5mm-0.5mm). 7 mm - 1.3 mm), passed through a 20 mm air gap, and passed through a coagulation bath with a total length of 5 m made of 43° C. water to obtain a porous hollow fiber filtration membrane.
At this time, the area from the spinneret to the coagulation bath was surrounded by a cylindrical tube, and the relative humidity in the air gap inside the tube was controlled to 100%. Further, the spinning speed was fixed at 10 m/min. The obtained hollow fiber filtration membrane was soaked in pure water at 25° C. for one day to sufficiently remove the residual solvent in the membrane. The remaining amounts of polyethylene glycol, propylene carbonate, and dimethyl sulfoxide in the wet film were 1 ppm or less.
Further, the obtained hollow fiber filtration membrane was immersed in pure water at 20°C, heated at a rate of temperature increase of 15°C/hour, and immersed in water with a final temperature of 55°C for 2 hours.
有効長20cmのモジュールケースに膜面積が1.9m2となるように得られた多孔質中空糸ろ過膜を入れ、両端をエポキシ樹脂によりポッティングし、両端開口の中空糸型限外ろ過(UF)膜ミニモジュールを作製した。 The porous hollow fiber filtration membrane obtained so that the membrane area is 1.9 m2 is placed in a module case with an effective length of 20 cm, and both ends are potted with epoxy resin to create a hollow fiber type ultrafiltration (UF) with openings at both ends. A membrane mini module was created.
[実施例4]
目的タンパク質としてγ-グロブリンを0.5g/Lを含むCHO無血清細胞培養液を、(b)で作製した精密ろ過(MF)中空糸膜モジュールを用いてデッドエンドろ過し、除濁した液を得た。その液を(a)で作製したDEA-AEX及びHICが導入されたWFCに、この順に通液させ、さらにその後、(c)で作製した中空糸型限外ろ過(UF)膜モジュールにフロースルーモードでろ過することで、目的タンパク質としてγ-グロブリンを連続精製した。このとき、DEA-AEX及びHICが導入されたWFCの透過圧力が35kPaと低いので、そのまま中空糸型限外ろ過膜へ供給することができた。
代表的な不純物であるHCP及びDNAの濃度は、DEA-AEX及びHICが導入されたWFC、及び中空糸型限外ろ過膜の透過前の細胞培養上清中にはそれぞれ、351μg/mL及び8200ng/mLであったものが、透過液中ではそれぞれ36μg/mL及び53ng/mLと大幅に減少しており、これら溶存して存在する不純物タンパク質の除去に優れていることが分かった。
一方のγ-グロブリンは、SDS-PAGEにて精製できていることを確認した。この膜ろ過工程では、ポリアクリロニトリル製の中空糸型限外ろ過膜を使用しているので、非特異的な膜へのタンパク質の吸着を抑えることができ、高い分画性能を有していた。
[Example 4]
A CHO serum-free cell culture solution containing 0.5 g/L of γ-globulin as the target protein was dead-end filtered using the microfiltration (MF) hollow fiber membrane module prepared in (b), and the turbid solution was removed. Obtained. The solution is passed in this order through the WFC in which the DEA-AEX and HIC prepared in (a) have been introduced, and then flowed through the hollow fiber ultrafiltration (UF) membrane module prepared in (c). γ-globulin was continuously purified as the target protein by filtration in the following mode. At this time, since the permeation pressure of the WFC into which DEA-AEX and HIC had been introduced was as low as 35 kPa, it was possible to feed it directly to the hollow fiber ultrafiltration membrane.
The concentrations of HCP and DNA, which are typical impurities, are 351 μg/mL and 8200 ng, respectively, in WFC introduced with DEA-AEX and HIC, and in the cell culture supernatant before permeation through the hollow fiber ultrafiltration membrane. /mL, but this significantly decreased to 36 μg/mL and 53 ng/mL, respectively, in the permeate, indicating that they were excellent in removing these dissolved impurity proteins.
It was confirmed that γ-globulin, on the other hand, could be purified by SDS-PAGE. In this membrane filtration step, since a hollow fiber ultrafiltration membrane made of polyacrylonitrile was used, non-specific adsorption of proteins to the membrane could be suppressed and high fractionation performance was achieved.
[比較例2]
市販のアニオン交換基を有する膜として、SartobindQ MA75(ザルトリウス製、平膜、膜体積2.06mL、4級アミノ基)、MustangQ Acrodisc(ポール製、平膜、膜体積0.18mL、4級アミノ基)及びBioCap25Filter 90ZA(キュノ製、平膜、膜体積5mL以上、4級アミノ基)の3種類を用い、実施例4と同様にして、目的タンパク質としてγ-グロブリンを0.5g/L含むCHO無血清細胞培養の上清液を、それぞれの膜体積の100倍相当の体積分通液して不純物除去を行った。γ-グロブリンの精製ができているかの確認として、実施例4と同様にしてSDS-PAGEによる評価を行った。
アニオン交換膜モジュール透過前の細胞培養上清中のHCP及びDNAの濃度はそれぞれ、351μg/mL及び8200ng/mLであったが、透過後の液中にはそれぞれ、SartobindQ MA75で259μg/mL及び482ng/mL、MustangQ Acrodiscで244μg/mL及び3816ng/mL、BioCap25Filter 90ZAで330μg/mL及び6600ng/mLであり、実施の形態の方法に比べて不純物の除去性が低いことが分かった。
[Comparative example 2]
Commercially available membranes with anion exchange groups include SartobindQ MA75 (manufactured by Sartorius, flat membrane, membrane volume 2.06 mL, quaternary amino group), MustangQ Acrodisc (manufactured by Pall, flat membrane, membrane volume 0.18 mL, quaternary amino group). ) and BioCap25Filter 90ZA (manufactured by Kyuno, flat membrane, membrane volume 5 mL or more, quaternary amino group) in the same manner as in Example 4. Impurities were removed by passing a volume of supernatant from serum cell culture equivalent to 100 times the volume of each membrane. To confirm whether γ-globulin had been purified, evaluation by SDS-PAGE was performed in the same manner as in Example 4.
The concentrations of HCP and DNA in the cell culture supernatant before permeation with the anion exchange membrane module were 351 μg/mL and 8200 ng/mL, respectively, whereas the concentrations of HCP and DNA in the cell culture supernatant after permeation were 259 μg/mL and 482 ng with SartobindQ MA75, respectively. /mL, 244 μg/mL and 3816 ng/mL for MustangQ Acrodisc, and 330 μg/mL and 6600 ng/mL for BioCap25Filter 90ZA, and it was found that the impurity removal performance was lower than that of the method of the embodiment.
[実施例5]
(b)で作製した連続培養用精密ろ過(MF)中空糸膜ミニモジュールを用い、KML-100TFFパーフュージョンシステム(Repligen社製)を用いて、15L(有効容積:8.5L)のガラス製バイオリアクター(Repligen社製)にモノクローナル抗体を発現する遺伝子を組み込まれたCHO-K1細胞を導入し、連続培養実験を行った。グルコースと消泡剤の入った基礎培地を連続的に添加し、細胞濃度が75±10×106Cells/mLに保つように調整した。この時、有効容積の3/4が1日で入れ替わった。精密ろ過中空糸膜ミニモジュールは、透過流束:1L/m2/hに設定し、中空糸膜の内面から外面へ透過させ、中空部を流れる培養液のシェアレートは、1,250s-1に設定した。40日ほど培養を行い、この間、精密ろ過中空糸膜の透過圧力は10kPa程度で安定した運転をすることができた。
[Example 5]
Using the microfiltration (MF) hollow fiber membrane mini module for continuous culture prepared in (b), a 15 L (effective volume: 8.5 L) glass bio CHO-K1 cells containing a gene expressing a monoclonal antibody were introduced into a reactor (manufactured by Repligen), and a continuous culture experiment was conducted. A basal medium containing glucose and an antifoaming agent was continuously added to adjust the cell concentration to be maintained at 75±10×10 6 Cells/mL. At this time, 3/4 of the effective volume was replaced in one day. The precision filtration hollow fiber membrane mini module was set at a permeation flux of 1 L/m 2 /h, allowing permeation from the inner surface to the outer surface of the hollow fiber membrane, and the shear rate of the culture solution flowing through the hollow part was 1,250 s -1 It was set to The culture was carried out for about 40 days, during which time stable operation was possible with the permeation pressure of the microfiltration hollow fiber membrane being about 10 kPa.
その透過液をそのまま(a)で作製したDEA-AEX及びHICが導入されたWFCを長さ:1cmに短尺化して、この順に通液させ、連続的にモノクローナル抗体の精製を行った。通液速度は、1mL/min/mL―Bedに設定した。代表的な不純物であるHCP及びDNAの濃度は、精密ろ過中空糸膜通液前の被処理液中には、それぞれ、951mg/mL及び82μng/mLであったものが、精製後の液ではそれぞれ156μg/mL及び43ng/mLと大幅に減少しており、これら溶存して存在する不純物の除去に優れていることが分かった。一方のモノクローナル抗体についても、SDS-PAGEにて精製できていることを確認した。
(a)で作製したフィルターモジュールの透過圧力が低いため、連続培養の精密ろ過中空糸膜の透過液をそのまま透過させることができ、円滑な抗体の生産が可能であった。
The permeated liquid was shortened to a length of 1 cm through the WFC prepared in (a) into which DEA-AEX and HIC had been introduced, and the solution was passed in this order to continuously purify the monoclonal antibody. The liquid flow rate was set to 1 mL/min/mL-Bed. The concentrations of HCP and DNA, which are typical impurities, were 951 mg/mL and 82 μng/mL, respectively, in the solution before passing through the microfiltration hollow fiber membrane, but they were 951 mg/mL and 82 μng/mL, respectively, in the solution after purification. They were significantly reduced to 156 μg/mL and 43 ng/mL, indicating that these dissolved impurities were excellently removed. It was confirmed that one of the monoclonal antibodies could also be purified by SDS-PAGE.
Since the permeation pressure of the filter module produced in (a) was low, the permeate of the continuous culture microfiltration hollow fiber membrane could be passed through as it was, and smooth production of antibodies was possible.
なお、表1に記載の孔径、表面開口率、透水性等又は引張破断強度試験等を以下の条件で測定又は実施した。 In addition, the pore diameter, surface aperture ratio, water permeability, etc., tensile breaking strength test, etc. listed in Table 1 were measured or conducted under the following conditions.
細孔構造
電子顕微鏡SU8000シリーズ(HITACHI製)を使用し、加速電圧3kVで作製した中空糸膜の表面及び断面の電子顕微鏡(SEM)画像を5000倍で撮影した。撮影した表面及び断面の様子を観察して、球晶がなくポリマー幹が3次元的にネットワーク構造を発現しているものを3次元網目構造と判定した。
Pore structure Using an electron microscope SU8000 series (manufactured by HITACHI), electron microscope (SEM) images of the surface and cross section of the hollow fiber membrane produced at an accelerating voltage of 3 kV were taken at 5000 times. By observing the photographed surface and cross-section, it was determined that the polymer trunk had a three-dimensional network structure without spherulites and had a three-dimensional network structure.
膜の孔径
作製した中空糸膜の耐薬液性試験前後の孔径の測定を以下の条件で実施した。
孔径は、表面に存在した各孔に対し、孔径の小さい方から順に各孔の孔面積を足していき、その和が、各孔の孔面積の総和の50%に達する孔の孔径で決定した。
Pore diameter of membrane The pore diameter of the produced hollow fiber membrane was measured before and after the chemical resistance test under the following conditions.
The pore diameter was determined by adding up the pore area of each pore existing on the surface in order from the smallest pore diameter, and the pore diameter of the pore whose sum reached 50% of the total pore area of each pore. .
表面開口率
電子顕微鏡SU8000シリーズ(HITACHI製)を使用し、加速電圧3kVで作製した中空糸膜の表面及び断面の電子顕微鏡(SEM)画像を5000倍で撮影した。断面の電子顕微鏡サンプルは、エタノール中で凍結した膜サンプルを輪切りに割断して得た。次に画像解析ソフトWinroof6.1.3を使って、SEM画像の「ノイズ除去」を数値「6」によって行い、更に単一しきい値による二値化により、「しきい値:105」によって二値化を行った。こうして得た二値化画像における孔の占有面積を求めることにより、膜表面の開口率を求めた。
Surface Aperture Ratio Using an electron microscope SU8000 series (manufactured by HITACHI), electron microscope (SEM) images of the surface and cross section of the hollow fiber membrane produced at an accelerating voltage of 3 kV were taken at a magnification of 5000 times. Cross-sectional electron microscopy samples were obtained by cutting membrane samples frozen in ethanol into circular slices. Next, using the image analysis software Winroof 6.1.3, "noise removal" of the SEM image was performed using the numerical value "6", and then binarization was performed using a single threshold value. Valued. The aperture ratio of the membrane surface was determined by determining the area occupied by the pores in the binarized image thus obtained.
膜の外径/内径
作製した中空糸膜をカミソリで薄くスライスし、100倍拡大鏡にて、外径と内径を測定した。一つのサンプルについて、30mm間隔で60箇所の測定を行った。
Membrane Outer Diameter/Inner Diameter The produced hollow fiber membrane was sliced thinly with a razor, and the outer diameter and inner diameter were measured using a 100x magnifying glass. For one sample, measurements were performed at 60 locations at 30 mm intervals.
膜面積
中空糸膜の膜面積とは、中空糸膜の中空部の内表面面積のことを指す。
Membrane Area The membrane area of a hollow fiber membrane refers to the inner surface area of the hollow part of the hollow fiber membrane.
引張破断強度及び引張破断伸度の測定
作製した中空糸膜の耐薬液性試験前後の引張破断強度及び引張破断伸度の測定を以下の条件で実施した。
引張破断強度試験は、チャック間距離50mm、引張速度10mm/分の条件で、AGX-V(島津製作所製)を使用して実施した。
引張破断伸度試験を実施し、得られた結果から引張破断伸度をJIS K7161に従って算出した。
引張破断伸度試験は、チャック間距離:5cm、引張り速度:20cm/分の条件で、AGS-5D:インストロン型引張試験機(島津製作所製)を使用して実施した。
Measurement of Tensile Breaking Strength and Tensile Breaking Elongation The tensile breaking strength and tensile breaking elongation of the produced hollow fiber membrane before and after the chemical liquid resistance test were measured under the following conditions.
The tensile breaking strength test was conducted using AGX-V (manufactured by Shimadzu Corporation) under the conditions of a distance between chucks of 50 mm and a tensile speed of 10 mm/min.
A tensile elongation at break test was conducted, and the tensile elongation at break was calculated from the obtained results according to JIS K7161.
The tensile elongation at break test was conducted using an AGS-5D: Instron type tensile testing machine (manufactured by Shimadzu Corporation) under the conditions of a chuck distance: 5 cm and a tensile speed: 20 cm/min.
透水性の測定
作製した中空糸膜の耐薬液性試験前後の透水性の測定を以下の条件で実施した。
中空糸膜をエタノール浸漬後に、純水への浸漬を数回繰り返し、約10cm長の湿潤中空糸膜の一端を封止し、他端の中空部内に注射針を挿入し、25℃の環境下にて注射針から0.1MPaの圧力で25℃の純水を中空部内に注入し、外表面から透過してくる純水量を測定し、下記式により純水フラックスを決定し、透水性を評価した。
純水フラックス[L/m2/h]=60×(透過水量[L])/{π×(膜外径[m])×(膜有効長[m])×(測定時間[min])}
Measurement of water permeability The water permeability of the produced hollow fiber membranes before and after the chemical resistance test was measured under the following conditions.
After immersing the hollow fiber membrane in ethanol, the membrane was repeatedly immersed in pure water several times to seal one end of the approximately 10 cm long wet hollow fiber membrane, and a syringe needle was inserted into the hollow part of the other end in an environment of 25°C. Pure water at 25°C was injected into the hollow part from the syringe needle at a pressure of 0.1 MPa, the amount of pure water permeating from the outer surface was measured, and the pure water flux was determined using the formula below to evaluate water permeability. did.
Pure water flux [L/m 2 /h] = 60 × (permeated water amount [L]) / {π × (membrane outer diameter [m]) × (membrane effective length [m]) × (measurement time [min]) }
なお、ここで膜有効長とは、注射針が挿入されている部分を除いた、正味の膜長を指す。 Note that the effective membrane length here refers to the net membrane length excluding the portion into which the injection needle is inserted.
得られた多孔質中空糸ろ過(MF)膜は、3次元網目構造を有していた。また、1質量%水酸化ナトリウム(NaOH)を添加した0.5質量%次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)水溶液中に40℃、7日間の条件で中空糸膜を浸漬して耐薬液性を測定したところ、耐薬液性試験前後で膜の引張破断強度及び引張破断伸度に変化は見られなかった。また、透水性及び孔径は、試験前後で変化又は低下は見られなかった。
結果を表1に示す。
The obtained porous hollow fiber filtration (MF) membrane had a three-dimensional network structure. In addition, chemical resistance was measured by immersing the hollow fiber membrane in a 0.5 mass% sodium hypochlorite (NaClO) aqueous solution containing 1 mass% sodium hydroxide (NaOH) at 40°C for 7 days. As a result, no change was observed in the tensile strength at break and tensile elongation at break of the membrane before and after the chemical resistance test. Furthermore, no change or decrease in water permeability or pore size was observed before and after the test.
The results are shown in Table 1.
得られた多孔質中空糸状ろ過(UF)膜は、電子顕微鏡で観察したところ、内外両表面から膜の中央部へ向かって連続的に孔径が大きくなる傾斜構造を示し、大きさが10μmを超えるようなポリマ一の欠損部位を含まないスポンジ構造であった。膜の外表面には、0.02μmより大きな孔は見られなかった。一方、内表面には無数のスリット状の筋とスリット状の孔が観察された。
また、0.4質量%水酸化ナトリウム(NaOH)を添加した0.1質量%次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)水溶液中に25℃、5日間の条件で中空糸膜を浸漬して耐薬液性を測定したところ、耐薬液性試験前後で膜の引張破断強度及び引張破断伸度に変化は見られなかった。結果を表1に示す。
また、透水性は、試験前後で変化又は低下は見られなかった。
得られた多孔質中空糸膜の配合組成及び試験条件並びに各種物性を以下の表1に示す。
When the obtained porous hollow fiber filtration (UF) membrane was observed using an electron microscope, it showed a gradient structure in which the pore diameters increased continuously from both the inner and outer surfaces toward the center of the membrane, and the size exceeded 10 μm. It had a sponge structure that did not contain any defective parts of the polymer. No pores larger than 0.02 μm were observed on the outer surface of the membrane. On the other hand, numerous slit-like streaks and slit-like holes were observed on the inner surface.
In addition, the hollow fiber membrane was immersed in a 0.1 mass% sodium hypochlorite (NaClO) aqueous solution containing 0.4 mass% sodium hydroxide (NaOH) at 25°C for 5 days to test its chemical resistance. When measured, no change was observed in the tensile strength at break and tensile elongation at break of the membrane before and after the chemical resistance test. The results are shown in Table 1.
Furthermore, no change or decrease in water permeability was observed before and after the test.
The composition, test conditions, and various physical properties of the obtained porous hollow fiber membrane are shown in Table 1 below.
本発明に係る、ワインドフィルターカートリッジモジュールを使用するタンパク質の精製方法によれば、効率よく抗体医薬等のタンパク質の精製が実行され得る。 According to the protein purification method using a wind filter cartridge module according to the present invention, proteins such as antibody drugs can be efficiently purified.
Claims (15)
陰イオン交換材料、陽イオン交換材料、キレート形成材料及び疎水材料からなる群から選ばれる1つ以上であるクロマトグラフィー担体に前記被処理液を通過させることによって前記被処理液中の前記目的タンパク質を精製するクロマトグラフィー工程を含み、
前記陰イオン交換材料、前記陽イオン交換材料、前記キレート形成材料及び、前記疎水材料の各々は、陰イオン交換基、陽イオン交換基、キレート形成基及び疎水性基の各々を有するグラフト鎖がグラフト重合を介して基材に導入されている材料であり、
前記基材が、モノフィラメント糸又はマルチフィラメント糸であり、
前記担体は、前記グラフト鎖が導入された基材を芯材に巻回し、任意に前記芯材を取り除いて形成されてなるワインドフィルターカートリッジモジュールの形態を有する、タンパク質の精製方法。 A method for purifying a target protein in a liquid to be processed containing the target protein and impurities, the method comprising:
The target protein in the liquid to be treated is passed through a chromatography carrier that is one or more selected from the group consisting of an anion exchange material, a cation exchange material, a chelate-forming material, and a hydrophobic material. including a chromatography step for purification;
Each of the anion exchange material, the cation exchange material, the chelate forming material, and the hydrophobic material is grafted with a graft chain having each of an anion exchange group, a cation exchange group, a chelate forming group, and a hydrophobic group. is a material that is introduced into the substrate via polymerization,
The base material is a monofilament yarn or a multifilament yarn,
The method for purifying proteins, wherein the carrier is in the form of a wind filter cartridge module, which is formed by winding the base material into which the graft chains have been introduced around a core material, and optionally removing the core material.
・膜材質:ポリフッ化ビニリデン、
・孔径:0.05~0.7μm、
・内表面開口率:25~50%、
・内径:1~5mm、及び
・内表面膜面積:1m2以上、
を有する中空糸膜モジュールである、請求項9に記載のタンパク質の精製方法。 The hollow fiber membrane module has the following characteristics:
・Membrane material: polyvinylidene fluoride,
・Pore diameter: 0.05-0.7μm,
・Inner surface aperture ratio: 25-50%,
・Inner diameter: 1 to 5 mm, and ・Inner surface membrane area: 1 m2 or more,
The protein purification method according to claim 9, which is a hollow fiber membrane module having the following.
前記陰イオン交換基が3級アミノ基及び4級アミノ基からなる群から選ばれる1つ以上を含む、請求項1又は2に記載のタンパク質の精製方法。 the chromatography support comprises the anion exchange material;
The protein purification method according to claim 1 or 2, wherein the anion exchange group contains one or more selected from the group consisting of a tertiary amino group and a quaternary amino group.
前記陽イオン交換基がスルホン酸基及びアクリル酸基からなる群から選ばれる1つ以上を含む、請求項1又は2に記載のタンパク質の精製方法。 the chromatography support comprises the cation exchange material;
The protein purification method according to claim 1 or 2, wherein the cation exchange group contains one or more selected from the group consisting of a sulfonic acid group and an acrylic acid group.
前記キレート形成基がイミノ二酢酸基及びイミノ二エタノール基からなる群から選ばれる1つ以上を含む、請求項1又は2に記載のタンパク質の精製方法。 the chromatography support comprises the chelate-forming material;
The protein purification method according to claim 1 or 2, wherein the chelate-forming group contains one or more selected from the group consisting of an iminodiacetic acid group and an iminodiethanol group.
前記疎水性基がフェニル基及びC4~C18アルキル基からなる群から選ばれる1つ以上を含む、請求項1又は2に記載のタンパク質の精製方法。 the chromatography carrier comprises the hydrophobic material;
The method for purifying a protein according to claim 1 or 2, wherein the hydrophobic group contains one or more selected from the group consisting of a phenyl group and a C4 to C18 alkyl group.
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