[发明专利]具有纳米原纤化表面特征的高表面积纤维介质

说明书

本申请要求2014年9月2日提交的美国临时申请序列号62/044,630的优先权，其公开的内容通过引用结合到本文中。

发明领域

本文公开的实施方案涉及多孔的高表面积纤维，例如以阳离子交换层析法模式，其适用于用作用于结合/洗脱纯化蛋白质的层析法固定相。

背景

商业规模纯化各种治疗生物分子(诸如单克隆抗体)当前使用基于珠的层析树脂来完成。单克隆抗体作为治疗和诊断剂持续获得重要性。用于候选mAbs的筛选杂交瘤库的过程既耗时又为劳动密集型的。一旦建立表达合适的mAb的杂交瘤细胞系，必须开发纯化方法学以生产足够的mAb用于进一步表征。用于纯化的常规的方法涉及使用蛋白质A或蛋白质G亲和层析法以及离子交换层析法。将经纯化的抗体脱盐，并且使用渗析交换成为生物学缓冲剂。整个过程通常需要若干天来完成，并且如果多个mAbs待并联评价，则可能特别繁重。

层析树脂当前使用能够使珠以亲和力、阳离子交换或阴离子交换模式起作用的各种配体结构来制备。这些树脂证明高多孔性和大表面积，其提供具有足够吸附能力的材料，用于以生产规模(例如，10,000升)批量加工生物分子。层析树脂通常呈现球状结构，其能够使柱有效填充有最小流动非均匀性。珠之间的间隙空间提供流动通道，用于通过层析柱而对流输送。这能够使层析柱以高的线性速度以大的床深度运行，且具有最小压降。这些因素的组合能够使层析树脂呈现所需的效率、高渗透性和大规模纯化生物分子所需的足够的结合能力。

在基于珠的层析法中，用于吸附的大多数可用的表面积在珠的内部。因此，分离过程固有地缓慢，这是由于传质速率通常通过孔扩散来控制。为了使该扩散抵抗力最小化和伴随使动态结合能力最大化，可采用小直径珠。然而，使用小直径珠的代价是柱的压降提高。因此，制备型层析法分离的优化通常涉及在效率/动态能力(优先小珠)和柱压降(优先大珠)之间的折衷。

层析介质通常具有非常高的成本(>$1000/L)，并且需要显著量用于大规模生产柱。结果是，生物药物制造商再循环层析树脂数百次。这些再生循环每次消耗显著量的缓冲剂介质，并且每一个步骤招致与每一次清洁、灭菌和柱填充操作的批准关联的另外的成本。

在专利文献中描述了若干技术，并且在商业上销售用于基于官能化的纤维介质和/或复合材料的生物药物分离。大多数依赖于在纤维基质中掺入多孔凝胶，所述凝胶提供所需的表面积，以获得合理的结合能力。然而，在这样的结构中，凝胶位置和质量的差的均匀性通常导致差的效率(浅贯穿和洗脱前缘)。此外，即使对于短的床深度，对流动的抵抗力可能高，通过在适度的压力负载下的凝胶压缩，问题通常加重。采用的另一种方法是在纤维基质内掺入微粒，所述微粒通常为多孔的并且具有天然的吸附官能团，其实例为活性炭和硅胶。

近来，EMD Millipore已开发基于纤维的层析介质，用于生物分子纯化应用，其利用表面官能化的翼形纤维作为吸附介质。比起类似尺寸的普通圆形纤维，在纤维表面上的翼形突起提供高得多的表面积。比起缺乏这样的翼形突起的类似官能化的纤维，所得到的表面官能化的纤维介质还具有高得多的蛋白质结合能力。

其它现有技术当前开发用于蛋白质纯化应用，且这些包括膜吸附剂、整体料和使用商业树脂体系的流通吸附剂纯化方法。虽然膜吸附剂和整体料对于这些应用可提供可接受的结合能力，但是这些技术通常具有它们自身的规模限制，并且这样的纯化介质的极高的成本可进一步限制它们在使用现有纯化过程模板的价格敏感的行业中的采用。

概述

为了解决本领域当前已知的纯化技术的许多限制，本文公开的实施方案涉及层析介质，其包含低成本、高表面积热塑性纤维和在该纤维表面上的离子交换配体官能团。在某些实施方案中，离子交换配体能选择性结合来自生物学进料流的蛋白质。当溶液条件变化时，已结合的蛋白质可随后从层析介质释放，例如，通过使用具有较高离子强度的洗脱缓冲剂。在某些实施方案中，将表面侧基官能团加入到为高表面积纤维提供阳离子交换或阴离子交换官能团的介质中。该侧基官能团可用于离子交换层析法纯化生物分子，诸如重组体融合蛋白质、含有Fc的蛋白质、ADC's (抗体药物缀合物、疫苗、血浆蛋白质(IgM、血液凝固因子等)和单克隆抗体(mAbs)。

在某些实施方案中，基于纤维的固定相为多孔的，并且显示旋绕的结构，其由高度缠结的纳米纤丝的离散束构成。在某些实施方案中，位于所述纳米纤丝束内的每一个纳米纤丝具有小于或等于1微米的直径。这些纤维通常呈现在1-12平方米/克范围的表面积。在某些实施方案中，多孔纤维被原纤化或成脊状(ridged)。