[发明专利]色谱介质及其制备方法

说明书

本发明公开了官能化色谱介质，其包含：i)聚合物纳米纤维(20)的至少一个非织造层(10)，其包含多个纳米纤维‑纳米纤维熔合点(30)；ii)覆盖聚合物纳米纤维和纳米纤维‑纳米纤维熔合点的接枝聚合物涂层；iii)共价结合至接枝聚合物涂层的多个配体基团，其中配体基团能够与靶生物分子相互作用。

发明领域

本发明涉及适于从流动相分离生物分子的官能化色谱介质。

发明背景

生物技术市场是世界医药市场中增长最快的部分，占2012年所有市场销售额的20%(1530亿美元)。市场份额从2002年的10%增长41%，在2012至2018年间，从1530亿美元增至2150亿美元。目前市场上有约200种单克隆抗体(MAb)产品，有超过1000种在临床试验中，该领域对技术进步的需求是显而易见的。在过去的几十年里，工业配置中生物分子的典型发酵滴度已从0.5g/L增至~3g/L，基于分子生物学的活化进展，据信在不久的将来可实现高达10g/L的水平。然而，虽然下游纯化工艺也已得到一定的研究和发展，但该领域的改进与上游的改进并不匹配。

治疗性蛋白的制造需要在加工过程中实现高纯度，以使待给药的蛋白基本上不含有害污染物。目前，在工业规模上，色谱法是用来获得高纯度蛋白的主要方法。从经济角度来说，被严重依赖的色谱单元操作是生物分子如MAb下游加工进展的关键。色谱法占生物治疗药物加工的高达60%(Re-use of Protein A Resin: Fouling and Economics, 2015年3月1日,BioPharm International, 第28卷, 第3期, Anurag S. Rathore, Mili Pathak,Guijun Ma, Daniel G. Bracewell)。

当含有目标分子和杂质的液相与固相接触时，这种色谱分离涉及i)目标分子和/或ii)一种或多种杂质与固相的结合。目标分子/杂质与固相之间的相互作用可基于电荷、疏水性、亲和力或其组合。

历史上，使用多孔珠粒的常规填充床色谱法已经是一种非常强大的分离工具。这些珠粒的多孔性产生高表面积以结合目标物或杂质。这导致高容量的材料，意味着可使用较少量的吸附材料。高容量还会增加分离过程中取得的浓度效应，因为与负载悬浮液的相对浓度相比，每单位体积的吸附剂可结合更多的目标物。这些方面对于工业规模处理至关重要，其中每批可能需要从可达20,000L的液体体积纯化几千克材料。多孔珠粒的典型结合容量在35-120mg/mL的范围内，取决于固相的官能性和结合的物质。

在基于多孔珠粒的系统中，目标分子/杂质与固相之间的结合事件取决于向多孔珠粒中的扩散。因此，在基于多孔珠粒的系统中的停留时间与流速之间存在强相关性。因此，结合容量随停留时间的减少而降低。这又伴随着容量的快速降低，其中在基于多孔珠粒的系统中使用少于2分钟的时间。短停留时间所需的高流速也可能与多孔珠粒不相容，特别是在其中许多升珠粒悬浮液被填充到柱中的生产规模下。这里，多孔珠粒的机械不稳定性可能导致压缩或坍塌事件，这又导致不均匀的柱床。

由于流速影响停留时间，故最大化每单位时间可与固相结合的目标物的量是至关重要的。这允许使用较少的吸附剂量和/或在较短的时间内进行分离。该度量可定义为每单位体积每单位时间结合的克数(mg/mL/min)。上面讨论的多孔珠粒的典型结合容量和停留时间导致单柱多孔珠粒系统的总生产率为约10-120mg/mL/min。

作为基于多孔珠粒的系统的替代物，可使用整料或膜。通过此类材料的流动是对流的而不是扩散的，因此它们的结合容量对流动的敏感性远小于基于多孔珠粒的系统。这些材料可以比基于多孔珠粒的材料高得多的流速运行，其中典型的停留时间大约为0.2-0.5分钟。然而，在动态流动下，在目标物10%穿透时整料(10-20mg/mL)和膜(7.5-29mg/mL)的典型结合容量低于多孔珠粒(Gottschalk, U. (2008). Biotechnol Prog, 24(3),496-503)。整料和膜材料的较差结合容量(与基于多孔珠粒的材料相比)可通过采用较高的流速在一定程度上补偿。