Способ обработки растворов биомолекул
Изобретение относится к способу обработки растворов биомолекул. Аппарат для жидкостного обмена в линии в содержащей биомолекулу жидкости, содержащий средство смешивания, содержащее контроллер потока со множеством впусков, дополнительно содержащий два или более впускных клапанов переменного потока для смешивания по меньшей мере двух жидкостей, причем впускные клапаны переменного потока выполнены с возможностью циклического изменения между положением достижения первой, относительно низкой, скорости потока, где жидкость сохраняет способность течь, или при которой течение предотвращено, и по меньшей мере второй, более высокой, скорости потока, причем средство смешивания дополнительно содержит выпуск в соединении по текучей среде с устройством тангенциального поточного фильтрования, выполненного с возможностью работы в однопроходном режиме. Технический результат - повышение скорости процесса обработки, предотвращение агрегирования биомолекул. 4 н. 10 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.
Настоящее изобретение относится к способу обработки растворов биомолекул, в частности рекомбинантных полипептидов и нуклеиновых кислот, и к аппарату для выполнения такого способа.
Большое внимание привлекают многие биомолекулы, в частности, рекомбинантные полипептиды и нуклеиновые кислоты, такие как плазмида (пДНК), в частности, для терапевтического применения. Такие биомолекулы обычно получают посредством культивирования рекомбинантных клеток-хозяев, которые сконструированы для того, чтобы экспрессировать желаемую биомолекулу. Затем биомолекулу извлекают из среды для культивирования с помощью способов, обычно включающих центрифугирование, фильтрование и хроматографическую очистку. Извлечение биомолекулы обычно включает корректировку природы и свойств жидкой среды, в которой биомолекулу растворяют или суспендируют. Эта корректировка может облегчать очистку биомолекулы от примесей и/или формулирование биомолекулы в среде, которую, например, можно хранить в ожидании или использования или возможного превращения в состав, готовый к использованию. Такая корректировка обычно включает замещение одной жидкой среды, обычно буферного раствора, другой, и может включать или замену в объеме или нет, в любом случае потенциально также включая изменение концентрации биомолекулы.
Стандартный жидкостный обмен включает пропускание начальной среды, содержащей биомолекулу, через устройство тангенциального поточного фильтрования с использованием пористого фильтра с порогом молекулярной массы надлежащей величины, порог выбирают так, что биомолекулу удерживают в ретентате, но что часть меньших компонентов среды, например, буферный раствор, растворитель и растворенные вещества с молекулярной массой ниже порога, проходит через фильтр в пермеат. Ретентат рециркулируют в накопительный бак, где ретентат смешивают с заменой, и процесс рециркуляции продолжают до тех пор, пока среда, содержащая биомолекулу, не будет иметь желаемую композицию. Недостаток такого процесса состоит в том, что с увеличением масштаба производства биомолекулы растут объемы жидкости, которые необходимы, а также растет масштаб баков для хранения и смешивания до такой степени, что размер и/или стоимость оборудования являются недопустимыми. В качестве альтернативы можно использовать диализ, где пористый мешок, имеющий необходимый порог молекулярной массы, хранят в большом объеме заместительной жидкой среды, но он страдает схожими недостатками.
Другие недостатки стандартных процессов состоят в том, что процесс является относительно медленным, и, таким образом, он замедляет обработку биомолекулы. Вдобавок нестабильность и/или нерастворимость биомолекулы, например, агрегирование и денатурация, могут возникать из-за повторного прохождения биомолекул через напор насоса и воздействия сил сдвига в широком диапазоне концентраций растворенного вещества и буферного раствора по мере протекания процесса.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предоставлен аппарат для жидкостного обмена в линии в содержащей биомолекулу жидкости, который содержит средство смешивания, содержащее контроллер потока со множеством впусков, дополнительно содержащее два или более впускных клапанов переменного потока для смешивания по меньшей мере двух жидкостей, контроллер потока дополнительно содержит выпуск в соединении по текучей среде с устройством тангенциального поточного фильтрования (TFF устройством), выполненным с возможностью работы в однопроходном режиме.
Средство смешивания предпочтительно прикрепляют непосредственно к TFF устройству, то есть между не встраивают промежуточный этап обработки.
В определенных вариантах осуществления по первому аспекту настоящего изобретения ретентат из TFF устройства находится в соединении по текучей среде со вторым средством смешивания по меньшей мере двух жидкостей. В других вариантах осуществления один из нескольких впусков в контроллере потока со множеством впусков находится в соединении по текучей среде с ретентатом из TFF устройства, подачу в TFF устройство необязательно осуществляют с помощью выпуска из второго средства смешивания по меньшей мере двух жидкостей. В любых вариантах осуществления второе средство смешивания может относиться к другому типу, нежели первое средство смешивания, или может относиться к тому же типу.
В дополнительных вариантах осуществления по первому аспекту настоящего изобретения второе средство смешивания содержит выпуск в соединении по текучей среде со вторым TFF устройством. Второе TFF устройство может относиться к другому типу, нежели первое TFF устройство, но во многих вариантах осуществления, первое и второе TFF устройства относятся к одному типу.
В других вариантах осуществления по первому аспекту настоящего изобретения ретентат из второго TFF устройства находится в соединении по текучей среде с третьим средством смешивания по меньшей мере двух жидкостей. Третье средство смешивания может относиться к другому типу, нежели первое и второе средства смешивания, или может представлять собой то же, что и любое из них или оба. Третье средство смешивания может содержать выпуск в соединении по текучей среде с третьим TFF устройством. Третье TFF устройство может относиться к другому типу, нежели первое и второе TFF устройства, но во многих вариантах осуществления первое, второе и третье TFF устройства относятся к одному и тому же типу.
Следует принимать во внимание, что также можно встраивать дополнительное средство смешивания для по меньшей мере двух жидкостей, необязательно с выпусками в соединении по текучей среде с TFF устройством.
Во многих вариантах осуществления, каждое используемое TFF устройство выполнено с возможностью однопроходного режима, в котором ретентат не рециркулируют.
В определенных вариантах осуществления аппарат содержит средство воздействия на ретентат стадией рециркуляционного тангенциального поточного фильтрования. Такое средство может содержать вмещающий сосуд и отдельное TFF устройство, выполненное с возможностью работы в режиме рециркуляции. В некоторых вариантах осуществления используют два или более вмещающих сосудов с отдельными TFF устройствами, выполненными с возможностью работы в режиме рециркуляции. В некоторых вариантах осуществления предусмотрены средства, чтобы позволять использовать одно или несколько TFF устройств в аппарате в соответствии с настоящим изобретением для работы в режиме тангенциального поточного фильтрования с рециркуляцией в качестве альтернативы однопроходному режиму. Такая стадия тангенциального поточного фильтрования с рециркуляцией может быть полезна, чтобы определять дискретную партию, что может быть благоприятно, когда получаемый продукт подчиняется обязательным требованиям, таким как cGMP.
Когда используют два или более TFF устройств, каждое TFF устройство предпочтительно располагают последовательно.
Средство смешивания, содержащее контроллер потока со множеством впусков, предпочтительно содержит два или более впускных клапанов переменного потока, предпочтительно прерывистого потока, которые регулируют поток жидкости через контроллер потока.
Второе и дополнительное средство смешивания, которое можно использовать, включает смешиватели в линии, в том числе простые смыкания двух труб, где трубы могут иметь одинаковые или различные диаметры. Средство смешивания может содержать перегородки или вихревые смешиватели. Каждую трубу можно оснащать средством обеспечения течения, таким как насос. Средство обеспечения течения можно приводить в действие в сочетании с размерами труб так, что можно достигать различных скоростей потока по меньшей мере двух жидкостей. Во многих вариантах осуществления второе и последующее средство смешивания содержит контроллер потока со множеством впусков, и предпочтительно содержит два или более впускных клапанов переменного потока, предпочтительно прерывистого потока, которые регулируют поток жидкости через контроллер потока.
В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения, предоставлен аппарат для жидкостного обмена в содержащей биомолекулу жидкости, который содержит:
a) контроллер потока со множеством впусков, который содержит:
i) первый впуск для первой жидкой среды, содержащей биомолекулу;
ii) по меньшей мере второй впуск для второй жидкой среды;
iii) выпуск в соединении по текучей среде с устройством тангенциального поточного фильтрования (TFF устройством); и
b) средство обеспечения течения жидкостей через контроллер потока и устройство тангенциального поточного фильтрования.
Средства обеспечения течения жидкостей хорошо известны в данной области и включают приложение давления газа к жидкости, в частности, инертного газа, такого как азот или гелий. Предпочтительно средство обеспечения течения жидкости представляет собой насос. Насосы, которые можно использовать, включают перистальтические, диафрагменные, лопастные и центробежные насосы. Можно использовать конструкции как одноразовых, так и многоразовых насосов. Когда используют насос, во многих предпочтительных вариантах осуществления насос располагают между выпуском контроллера потока со множеством впусков и TFF устройством. Можно использовать два или более насосов, которые могут работать с одинаковыми или различными скоростями потоков. В определенных вариантах осуществления одной и той же скорости потока, достигаемой с помощью каждого насоса, можно достигать через физическое соединение напоров насоса и использования одного и того же размера просвета трубки или через синхронизацию насосов для того, чтобы доставлять одну и ту же скорость потока через внешнее управление.
TFF устройства, которые можно использовать в аппарате, хорошо известны в данной области (см., например, Filtration in the Biopharmaceutical Industry, ред. T.H. Meltzer и M.W. Jornitz, 1998) и включают плоские листовые, половолоконные и кольцевые навитые устройства. Предпочтительно, TFF устройство представляет собой половолоконное фильтрационное устройство.
Выбирают TFF устройство, которое имеет порог, подходящий к свойствам биомолекулы так, что биомолекула не проходит через барьер, тогда как меньшие компоненты жидкости могут проходить через барьер в пермеат.
Контроллер потока со множеством впусков содержит два или более впускных клапанов переменного потока, предпочтительно прерывистого потока, которые регулируют поток жидкости через контроллер потока. Контроллер потока со множеством впусков содержит по меньшей мере 2 впускных клапана и во многих случаях содержит вплоть до 8, например, 3, 4, 5, 6 или 7 впускных клапанов. Каждый из впускных клапанов может иметь одинаковые размеры или один или несколько впускных клапанов могут иметь различные размеры. В определенных предпочтительных вариантах осуществления объем, отмеряемый из каждого впускного клапана в выпуск контроллера потока является одинаковым для каждого впуска, и очень предпочтительно, чтобы объем и длина пути, отмеряемая от каждого впускного клапана до выпуска контроллера потока, были одинаковыми для каждого впуска.
Контроллер потока, используемый в настоящем изобретении, также содержит по меньшей мере один выпуск и, хотя могут иметь место два или более выпусков, предпочтительно используют один выпуск.
Клапаны переменного потока могут регулировать поток между первой, относительно низкой скоростью потока, при которой жидкость сохраняет способность течь, и по меньшей мере второй, более высокой скоростью потока. В предпочтительных вариантах осуществления клапан переменного потока представляет собой клапан прерывистого потока, который препятствует потоку в первом положении, но допускает поток по меньшей мере во втором положении. Наиболее предпочтительно, все клапаны представляют собой клапаны прерывистого потока.
Предпочтительно клапанами переменного потока управляют, наиболее предпочтительно с помощью программируемого блока управления, чтобы регулировать открывание и закрывание клапанов, чтобы достигать требуемых относительных количеств входящих жидкостей, протекающих через контроллер потока со множеством впусков. Предпочтительно этого достигают через периодическое изменение, с предварительно определяемым периодом времени или продолжительностью цикла, через впускные клапаны в контроллере потока и регуляцию открывания или закрывания клапана в соответствии с требуемой долей времени цикла для создания желаемой композиции. Продолжительность цикла может быть постоянной или переменной. Наиболее предпочтительно используют впускные клапаны прерывистого потока, которыми управляют так, что при работе только один клапан открыт в любое заданное время. Во многих вариантах осуществления продолжительность цикла контроллера потока со множеством впусков сохраняют в виде константы и желаемые относительные количества входящих жидкостей остаются согласованными.
Во многих вариантах осуществления используют несколько циклов. Число используемых циклов зависит от многих факторов, таких как длительность процесса, объем жидкости, подлежащей концентрированию, скорость потока, максимальное рабочее давление аппарата, длина и/или площадь TFF устройства и порог молекулярной массы для TFF устройства. В определенных вариантах осуществления можно использовать по меньшей мере 10 циклов, например, по меньшей мере 50, 100, 500, 750, 1000, 1500, 2000, 3000, 5000, 7500, 10000 или более циклов.
Следует принимать во внимание, что можно использовать диапазон частот циклов. Во многих случаях частота составляет меньше 100 Гц, обычно меньше 50 Гц, обычно меньше 10 Гц и предпочтительно меньше 5 Гц. В определенных предпочтительных вариантах осуществления частота составляет 2 Гц или меньше, наиболее предпочтительно 1 Гц или меньше, например, от 0,05 до 0,5 Гц.
Во время работы TFF устройства, обычно происходит формирование гелевого слоя, содержащего биомолекулу, на стороне ретентата поверхности фильтра. Этот гелевый слой обычно удаляют из TFF устройства посредством включения смывания в конце работы, и такую стадию смывания можно использовать в процессе по настоящему изобретению. Стадия смывания в конце работы может вести к значимому пику концентрации биомолекулы и, следовательно, может вести к концентрации биомолекулы выше ожидаемой. В определенных вариантах осуществления настоящего изобретения этапы смывания включают с интервалами на всем протяжении процесса. Этап смывания может включать продление периода, за который жидкость проходит через TFF устройство при более низком давлении, и может дополнительно включать предотвращение потока пермеата так, что весь поток проходит в ретентат, например, посредством закрывания клапана на линии пермеата, предпочтительно в течение смывания. Длительность этапа смывания часто выбирают для того, чтобы достигать переноса по существу всего гелевого слоя в ретентат. Этап смывания в конце работы может содержать пропускание вплоть до пяти объемов TFF устройства. Этапы смывания, включаемые с интервалами в процесс, могут включать пропускание более низких объемов TFF устройства, например, 0,25, 0,5, 0,75 или 1 объема TFF устройства. В некоторых вариантах осуществления этап смывания используют после операции периодического изменения для прохождения 1 объема TFF устройства, 2 объемов TFF устройства, 5 объемов TFF устройства, 10 объемов TFF устройства или более, после чего следует возвращение к операции периодического изменения. Во многих вариантах осуществления, где один или несколько этапов смывания включают с интервалами в процесс концентрирования, этапу смывания сопутствует предотвращение потока пермеата, например, посредством закрывания клапана на линии пермеата, предпочтительно в течение смывания.
Аппарат обычно содержит ограничитель, такой как ограничивающее поток отверстие или клапан с зажимом ниже по потоку от TFF устройства. Ограничитель выполнен с возможностью обеспечения ограничения потока и, следовательно, обратного давления так, что жидкость и растворенные вещества с молекулярными массами меньше порога молекулярной массы TFF устройства, проходят через мембрану в пермеат. Предпочтительно, ограничитель содержит клапан с зажимом, который по одному из аспектов по настоящему изобретению может быть управляемым. В определенных вариантах осуществления ограничитель содержит второй контроллер потока со множеством впусков, предпочтительно содержащими клапаны переменного потока. В некоторых вариантах осуществления ограничитель содержит насос ниже по потоку от TFF устройства, который выполнен с возможностью работать при более низкой скорости потока, чем скорость потока в TFF устройство, тем самым создавая обратное давление.
Когда ограничитель содержит второй контроллер потока со множеством впусков, содержащий клапаны переменного потока, предпочтительно используют периодическое изменение. Используемые времена и частоты циклов могут представлять собой то, что описано выше для первого контроллера потока со множеством впусков, содержащего клапаны переменного потока.
Аппарат в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения необязательно содержит смешиватель в линии, который можно располагать между клапаном и концентратором и предпочтительно располагают между клапаном и насосом. Примеры смешивателей в линии хорошо известны в данной области. Предпочтительные смешиватели в линии представляют собой статические смесители, такие как перегородочные смешиватели и вихревые смешиватели. Размеры смешивателя предпочтительно выбирают так, что входящие жидкости в достаточной мере смешивают перед попаданием в TFF устройство.
Следует принимать во внимание, что объединением жидкостей через контроллер потока разводят концентрацию биомолекулы в первой жидкости. Степенью этого разведения управляют с помощью относительных объемов жидкостей, проходящих через впуски, и этим в свою очередь управляют с помощью относительных размеров впусков и/или относительных времен, когда впуски поддерживают при их более высокой скорости потока и их более низкой скорости потока. Разведения биомолекулы, вызываемого смешиванием жидкостей, можно по меньшей мере частично избегать и можно полностью избегать или даже больше чем избегать посредством пропускания объединенных жидкостей через TFF устройство. Аппарат можно выполнять с такой возможностью, что относительная часть объединенных жидкостей, проходящих через TFF устройство в качестве ретентата, больше, равна или меньше части, проходящей в пермеат. Когда соотношение объема жидкости, проходящей в пермеат, и объема, проходящего в качестве ретентата, равно соотношению объема второй и дополнительных жидкостей, объединенных с объемом первой жидкости, содержащей биомолекулу, концентрация биомолекулы в ретентате будет такой же, как начальная концентрация в первой жидкости. Увеличение объемного соотношения пермеата и ретентата, чтобы оно было выше, чем объемное соотношение второй и дополнительных жидкостей и первой жидкости, будет увеличивать концентрацию биомолекулы в ретентате относительно концентрации в первой жидкости, тогда как уменьшение объемного соотношения пермеата и ретентата, чтобы оно было ниже, чем объемное соотношение второй и дополнительных жидкостей и первой жидкости, будет снижать концентрацию биомолекулы относительно концентрации в первой жидкости. Например, когда первую жидкость, содержащую биомолекулу, разводят 10-кратно второй жидкостью, используя соотношение 1:9 первой и второй жидкостей, и после этого объемное соотношение пермеата и ретентата составляет 9:1, биомолекула возвращается к своей исходной концентрации, при этом достигая 90% очистки [(10-1)/10×100] первой жидкости. Повторение этого процесса в замене на второй стадии будет давать 99% очистку первой жидкости [9((10×10)- 1)]/(10×10)×100], но сохранять исходную концентрацию биомолекулы. Однако если объемное соотношение пермеата и ретентата составляет 19:1 на концентраторах и сохраняют разведение 1:9, концентрация биомолекулы будет увеличена в 2 раза на первой стадии при той же 90% очистке первой жидкости и в 4 раза на второй стадии при той же 99% очистке первой жидкости, тогда как если объемное соотношение пермеата и ретентата составляет 4:1 на концентраторах и сохраняют разведение 1:9, концентрация биомолекулы будет снижена в 2 раза на первой стадии при той же 90% очистке первой жидкости и в 4 раза на второй стадии при той же 99% очистке первой жидкости.
Во многих вариантах осуществления объемным соотношением первой жидкости и второй и последующих жидкостей, протекающих через контроллер потока, управляют посредством управления временами открывания управляемых клапанов прерывистого потока, регулируя поток соответствующих жидкостей. Предпочтительно насос, расположенный ниже по потоку от контроллера потока, управляет скоростью потока через контроллер потока, где пути потоков от клапанов до выпуска имеют равный объем, относительными объемами управляют посредством времен открывания клапанов. При прочих равных, чем меньше время, в течение которого открыт клапан первой жидкости, относительно других клапанов, тем выше обмен на вторую и дополнительные жидкости.
В определенных вариантах осуществления второе TFF устройство, предпочтительно выполненное в соответствии с настоящим изобретением, располагают ниже по потоку от первого TFF устройства. Во многих таких случаях контроллер потока со множеством впусков для второго TFF устройства служит в качестве ограничителя для первого TFF устройства. Дополнительные TFF устройства, предпочтительно выполненные в соответствии с настоящим изобретением, можно располагать ниже по потоку от второго TFF устройства. Когда используют второе или дополнительные TFF устройства, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, впуск для контроллера потока со множеством впусков находится в соединении по текучей среде, предпочтительно прямом соединении, с ретентатом из TFF устройства выше по потоку. Для второго или последующих TFF устройств, выполненных в соответствии с настоящим изобретением, впуск для соответствующей второй жидкой среды может содержать впуск для той же жидкой среды, что и для первого TFF устройства, или может содержать впуск для другой жидкой среды.
Аппарат в соответствии с настоящим изобретением можно использовать для кондиционирования растворов или суспензий биомолекул, например, потоков подаваемого вещества, такого как изменение проводимости и/или pH, замены буферного раствора, изменения составляющих растворенных веществ и изменения объемов для изменения, и предпочтительно снижения, времени обработки при работе блока ниже по потоку, например, времени загрузки при хроматографии. В определенных случаях аппарат в соответствии с настоящим изобретением можно использовать для повторной укладки полипептидов или для экстрагирования пДНК.
Используя аппарат в соответствии с настоящим изобретением, жидкостный обмен можно достичь без рециркуляции ретентата.
Жидкости, используемые в настоящем изобретении, могут представлять собой элюент из способов очистки (например, хроматографических колонок, стандартных TFF стадий, стадий фильтрования и осветления, центрифужный супернатант/фугат или взвеси, стадий кондиционирования/разведения), выходящий из биореакторов и ферментеров и выходящий из процессов разрушения клеток.
Жидкости, получаемые с помощью аппарата и процессов по настоящему изобретению, можно использовать «как есть» без дополнительной обработки или можно подвергать одной или нескольким дополнительным стадиям обработки, таким как стадии очистки или обработки, например, стадии хроматографии, такие как аффинная хроматография, анионо- и/или катионообменная хроматография, хроматография гидрофобного взаимодействия, эксклюзионная хроматография, аффинная хроматография; и/или дополнительные стадии фильтрования, осветления, кондиционирования, разведения или другие стадии формулирования.
Аппарат в соответствии с настоящим изобретением можно использовать для концентрирования жидкостей, содержащих биомолекулы, например, пДНК, тельца включения, в частности, тельца включения, содержащие полипептиды и, в частности, рекомбинантные полипептиды.
пДНК может находиться в одной или нескольких из множества форм, таких как сверхспиральная, линейная и разомкнутая кольцевая (т. е. содержащая разрывы или релаксированная) изоформы. Сверхспиральная изоформа пДНК имеет ковалентно замкнутую кольцевую форму и пДНК является отрицательно сверхспиральной в клетке-хозяине под действием ферментативных систем организма-хозяина. В разомкнутой кольцевой изоформе, одна нить дуплекса пДНК разорвана в одном или нескольких местах.
Способы получения пДНК хорошо известны в данной области. пДНК может быть природной или искусственной, такой как клонирующие векторы, несущие чужеродные ДНК вставки. Во многих вариантах осуществления пДНК находится в диапазоне разменов от 1 т. о. до 50 т. о. Например, пДНК, кодирующая экспрессируемую интерферирующую РНК, обычно находится в диапазоне размеров от 3 т. о. до 4 т. о.
Полипептиды, в частности, рекомбинантные полипептиды, включают терапевтические белки и пептиды, в том числе цитокины, факторы роста, антитела, фрагменты антител, иммуноглобулиноподобные полипептиды, ферменты, вакцины, пептидные гормоны, хемокины, рецепторы, фрагменты рецепторов, киназы, фосфатазы, изомеразы, гидролазы, факторы транскрипции и слитые полипептиды.
Антитела включают моноклональные антитела, поликлональные антитела и фрагменты антител, обладающие биологической активностью, в том числе поливалентные и/или полиспецифические формы любых из вышеуказанных.
Встречаемые в природе антитела обычно содержат четыре полипептидные цепи, две идентичные тяжелые (H) цепи и две идентичные легкие (L) цепи, соединенные друг с другом дисульфидными связями. Каждая тяжелая цепь содержит вариабельную область (VH) и константную область (CH), область CH содержит в своей нативной форме три домена, CH1, CH2 и CH3. Каждая легкая цепь содержит вариабельную область (VL) и константную область, содержащую один домен, CL.
Области VH и VL дополнительно можно подразделять на области гипервариабельности, называемые определяющим комплементарность областями (CDR), вперемежку с областями, которые более консервативны, называемыми каркасными областями (FR). Каждая VH и VL состоит из трех CDR и четырех FR, которые расположены от аминоконца к карбоксиконцу в следующем порядке: FR1, CDR1, FR2, CDR2, FR3, CDR3, FR4.
Фрагменты антител, которые можно экспрессировать, содержат часть интактного антитела, указанная часть имеет желаемую биологическую активность. Фрагменты антител в целом содержат по меньшей мере один антигенсвязывающий участок. Примеры фрагментов антител включают: (i) Fab фрагменты, имеющие домены VL, CL, VH и CH1; (ii) производные Fab, такие как фрагмент Fab', имеющий один или несколько остатков цистеина на C-конце домена CH1, которые могут формировать двухвалентные фрагменты посредством образования дисульфидных связей между двумя производными Fab; (iii) Fd фрагмент, имеющий домены VH и CH1; (iv) производные Fd, такие как производные Fd, имеющие один или несколько остатков цистеина на C-конце домена CH1; (v) Fv фрагменты, имеющие домены VL и VH одного плеча антитела; (vi) одноцепочечные молекулы антител, такие как одноцепочечные антитела Fv (scFv), в которых домены VL и VH ковалентно связаны; (vii) полипептид с доменом VH или VL без доменов константных областей, связанный с другим вариабельным доменом (полипептидом домена VH или VL), который содержит или не содержит домены константных областей, (например, VH-VH, VH-VL или VL-VL); (viii) фрагменты доменных антител, такие как фрагменты, состоящие из домена VH или домена VL, и антигенсвязывающие фрагменты доменов VH или VL, такие как выделенные области CDR; (ix) так называемые «диатела», содержащие два антигенсвязывающих участка, например, вариабельный домен тяжелой цепи (VH), соединенный с вариабельным доменом легкой цепи (VL), в одной и той же полипептидной цепи; и (x) так называемые линейные антитела, содержащие пару тандемных сегментов Fd, которые, вместе с комплементарными полипептидами легких цепей, образуют пару антигенсвязывающих областей.
Тельца включения включают нерастворимые агрегаты, образуемые в цитоплазме бактериальных клеток, таких как E. coli, которые наиболее часто содержат полипептид и, в частности, рекомбинантный полипептид.
В дополнение к целевой биомолекуле, другие компоненты содержащей биомолекулу жидкости могут включать соли, в том числе буферные соли, среды для культивирования и питательные компоненты, растворители, обычно воду, сорастворители, такие как C1-6 полиолы, такие как пропиленгликоли и сорбит, ионные жидкости, образующие цвиттер-ионы средства, поверхностно-активные средства, имидазол или другие связывающие конкурентные лиганды средства, аминокислоты, хаотропные средства, такие как мочевина, восстановители, окислители, конъюгационные реагенты для пегилирования (субстраты, побочные продукты и активаторы), сахара, липиды, нуклеиновые кислоты, метаболиты и небольшие полипептиды. Жидкости, смешиваемые с первой содержащей биомолекулу жидкостью, не содержат целевую биомолекулу, и во многих вариантах осуществления не содержат белки и нуклеиновые кислоты. Компоненты жидкостей, смешиваемых с содержащей биомолекулу жидкостью, обычно включают соли, в том числе буферные соли, среды для культивирования и питательные компоненты, растворители, обычно воду, сорастворители, такие как C1-6 полиолы, такие как пропиленгликоли и сорбит, ионные жидкости, образующие цвиттер-ионы средства, поверхностно-активные средства, имидазол или другие связывающие конкурентные лиганды средства, аминокислоты, хаотропные средства, такие как мочевина, восстановители, окислители и сахара.
Один из примеров аппарата в соответствии с настоящим изобретением проиллюстрирован на фиг. 1. TFF устройство, 1, располагают ниже по потоку от контроллера переменного потока со множеством впусков, 2, статического смесителя, 3, и насоса, 4, который подает подаваемую жидкость в TFF устройство, 1. Контроллер переменного потока со множеством впусков, 2, управляет подачей первой жидкости, содержащей биомолекулу, 5, и второй жидкости, 6, в TFF устройство, 1. Ограничитель, 7, располагают на линии ретентата от TFF устройства, 1. Периодическое изменение каждого клапана прерывистого потока в контроллере переменного потока со множеством впусков, 2, между закрытым и открытым положениями вызывает разведение биомолекулы. При прохождении через TFF устройство, 1, давление, обусловленное действием насоса, 4, и ограничителя, 7, вызывает прохождение части жидкости ниже порога молекулярной массы TFF устройства, 1, в пермеат, 8, что ведет к увеличению концентрации биомолекулы в ретентате, 9.
Другой пример аппарата в соответствии с настоящим изобретением проиллюстрирован на фиг. 2. TFF устройство, 10, располагают ниже по потоку от насоса, 11, который подает подаваемую жидкость в TFF устройство, 10, и выше по потоку от контроллера переменного потока со множеством впусков, 12, статического смесителя, 13, и второго насоса, 14. При прохождении через TFF устройство, 10, давление, создаваемое действием насоса, 11, и контроллера переменного потока со множеством впусков, 12, вызывает прохождение части жидкости ниже порога молекулярной массы TFF устройства, 10, в пермеат, 15, что ведет к увеличению концентрации биомолекулы, попадающей в контроллер переменного потока со множеством впусков, 12. Клапан** прерывистого потока в контроллере переменного потока со множеством впусков, 12, управляет подачей первой жидкости, содержащей биомолекулу, 16, и второй жидкости, 17. Периодическое изменение каждого клапана прерывистого потока в контроллере переменного потока со множеством впусков, 12, между закрытым и открытым положениями вызывает разведение концентрированной биомолекулы под действием второго насоса, 14, расположенного на линии ретентата, 18, от TFF устройства, 10. Статический смеситель, 13, выше по потоку от второго насоса, 14, обеспечивает гомогенную композицию ретентата, 18, в отношении второй жидкости и биомолекулы.
Дополнительный пример по настоящему изобретению с использованием двух TTF устройств проиллюстрирован на фиг. 3. Первое TFF устройство, 19, располагают ниже по потоку от первого контроллера переменного потока со множеством впусков, 20, статического смесителя, 21, и насоса, 22, который подает подаваемую жидкость в первое TFF устройство, 19. Второй контроллер переменного потока со множеством впусков, 23, располагают ниже по потоку на линии ретентата от первого TFF устройства, 19. Первый контроллер переменного потока со множеством впусков, 20, управляет подачей первой жидкости, содержащей биомолекулу, 24, и второй жидкости, 25, в TFF устройство, 19. Периодическое изменение каждого клапана прерывистого потока в контроллере переменного потока со множеством впусков, 20, между закрытым и открытым положениями, вызывает разведение биомолекулы. При прохождении через первое TFF устройство, 19, давление, обусловленное действием насоса, 22, и второго контроллера переменного потока со множеством впусков, 23, вызывает прохождение части жидкости ниже порога молекулярной массы первого TFF устройства, 19, в пермеат, 26, что ведет к увеличению концентрации биомолекулы, попадающей во второй контроллер переменного потока со множеством впусков, 23. Вторые клапаны прерывистого потока в контроллере переменного потока со множеством впусков, 23, управляет подачей концентрированной биомолекулы из первого TFF устройства, 19, и третей жидкости, 27. Периодическое изменение каждого клапана прерывистого потока во втором контроллере переменного потока со множеством впусков, 23, между закрытым и открытым положениями вызывает разведение концентрированной биомолекулы под действием второго насоса, 28, расположенного ниже по потоку как от второго статического смесителя, 29, так и от выпуска второго контроллера переменного потока со множеством впусков, 23. Второй насос, 28, подает подаваемую жидкость во второе TFF устройство, 30, ниже по потоку. Ограничитель, 31, располагают на линии ретентата от этого второго TFF устройства, 30. При прохождении через второе TFF устройство, 30, давление, обусловленное действием второго насоса, 28, и ограничителя, 31, вызывает прохождение части жидкости ниже порога молекулярной массы TFF устройства, 30, в пермеат, 32, что ведет к увеличению концентрации биомолекулы в ретентате, 33.
Другой дополнительный пример по настоящему изобретению с использованием двух TTF устройств проиллюстрирован на фиг. 4. Первое TFF устройство, 34, располагают ниже по потоку от двух подающих насосов, 35 и 36, и статического смесителя, 37, который подает подаваемую жидкость в первое TFF устройство, 34. Первый насос, 35, управляет подачей первой жидкости, содержащей биомолекулу, 38, и второй насос, 36, управляет подачей второй жидкости, 39, в первое TFF устройство, 34. Действие двух насосов, 35 и 36, вызывает разведение биомолекулы. Контроллер переменного потока со множеством впусков, 40, располагают ниже по потоку на линии ретентата от первого TFF устройства, 34. При прохождении через первое TFF устройство, 34, давление, обусловленное действием насосов, 35 и 36, и контроллер переменного потока со множеством впусков, 40, вызывает прохождение части жидкости ниже порога молекулярной массы первого TFF устройства, 34, в пермеат, 41, что ведет к увеличению концентрации биомолекулы, попадающей в контроллер переменного потока со множеством впусков, 40. Клапаны прерывистого потока в контроллере переменного потока со множеством впусков, 40, управляет подачей концентрированной биомолекулы из первого TFF устройства, 34, и третьей жидкости, 42. Периодическое изменение каждого клапана прерывистого потока во втором контроллере переменного потока со множеством впусков, 40, между закрытым и открытым положениями вызывает разведение концентрированной биомолекулы под действием третьего насоса, 43, расположенного ниже по потоку как от второго статического смесителя, 44, так и от выпуска контроллера переменного потока со множеством впусков, 40. Третий насос, 43, подает подаваемую жидкость во второе TFF устройство, 45, ниже по потоку. Ограничитель, 46, располагают на линии ретентата от этого второго TFF устройства, 45. При прохождении через второе TFF устройство, 45, давление, обусловленное действием второго насоса, 43, и ограничителя, 46, вызывает прохождение части жидкости ниже порога молекулярной массы TFF устройства, 45, в пермеат, 47, что ведет к увеличению концентрации биомолекулы в ретентате, 48.
Настоящая заявка проиллюстрирован без ограничения следующими примерами.
Сокращения
DV - Диаобъемы
mPES - модифицированный полиэтиленсульфон
рчЛактоферрин - рекомбинантный лактоферрин человека
TFF - тангенциальное поточное фильтрование
Модель белка
В экспериментальных исследованиях использовали очищенный рчЛактоферрин при начальной концентрации 1 мг/мл в 50 мМ фосфате натрия pH 7,5.
Буферный раствор (A) 50 мМ фосфат натрия, 0,1 M NaCl, pH 7,0
Буферный раствор (B) 50 мМ фосфат натрия, pH 7,5
Буферный раствор (C) 50 мМ фосфат натрия, 0,1 M NaCl, 10% сорбит, pH 7,0
Буферный раствор (D) 50 мМ фосфат натрия, 0,1 M NaCl, 10% сорбит, 6% пропан-1,2-диол, pH 7,0
Пример 1
Сток по меньшей мере 400 мл рчЛактоферрина 1 мг/мл при pH 7,5 подвергали объемному 4-кратному разведению буферным раствором (A) с использованием 25% градиента рчЛактоферрина в насосе B1 системы GE Healthcare ÄKTATM Explorer, при этом подавая буферный раствор (A) через A1 насос (75%) с постоянной скоростью потока 15 мл/мин. Затем разведенный рчЛактоферрин направляли в режиме нисходящего потока через положение 2 на клапане ÄKTATM Explorer V2 в полое волокно 10 kDa mPES Spectrum Labs MidiKrosTM длиной 65 см с площадью поверхности 370 см2. Половолоконную линию ретентата в свою очередь непосредственно соединяли с контроллером переменного потока со множеством впусков ниже по потоку. Контроллер переменного потока со множеством впусков содержит двухклапанный манифольд из специальной (Gemü) пластмассы с одним выпуском, имеющим 2 мм внутренний канал с быстродействующим соленоидным исполнительным механизмом под управлением миникомпьютера Raspberry Pi, который управляет потоком жидкости через манифольд. Манифольд выполнен так, чтобы иметь одни и те же объемы путей потоков от клапана до выпуска. Время цикла контроллера переменного потока со множеством впусков задавали равным 2 с и управляющий ретентатом клапан открывали в течение 25% от цикла, чтобы достигать объемного коэффициента 4-кратного концентрирования, необходимого для получения начального стартового объема раствора рчЛактоферрина. Второе положение клапана на контроллере потока со множеством впусков открывали в течение 75% от цикла, когда первый клапан закрывали, для того, чтобы сделать возможным второе 4-кратное разведение половолоконного ретентата буферным раствором (B). Выпуск из контроллера переменного потока со множеством впусков проходил через статический смеситель длиной 10 см и диаметром 5 мм перед возвращением к клапану V3, положение 2 на ÄKTATM Explorer, для того, чтобы собирать данные о проводимости, pH и поглощении на 280 нм. Выпускную линию F8 из клапана V4 ÄKTATM Explorer соединяли с подающей линией A11 насоса A1 второй системы GE Healthcare ÄKTATM Explorer, также работающего на 15 мл/мин. Эту систему в свою очередь соединяли со вторым полым волокном 10 kDa mPES Spectrum Labs MidiKrosTM длиной 65 см c площадью поверхности 370 см2 через клапан V2 колонки ÄKTATM Explorer, снова в положении 2. Ретентат полого волокна подавали непосредственно во второй контроллер переменного потока со множеством впусков с внутренним каналом размером 10 мм. Этот клапан использовал время цикла 10 с при открытом управляющем ретентатом клапане в течение 4% от цикла, чтобы достигать объемного коэффициента 4-кратного концентрирования для того, чтобы снова получать начальный стартовый объем раствора рчЛактоферрина. Выпуск из контроллера переменного потока со множеством впусков направляли через второй статический смеситель длиной 10 см и диаметром 5 мм перед возвращением в ÄKTATM explorer на клапане V3, положение 2, для сбора данных о проводимости, pH и поглощении на 280 нм. Раствор рчЛактоферрина с замененным в линии буферным раствором собирали через выпускную линию F8 на клапане V4 ÄKTATM Explorer. Данные от первой системы ÄKTATM Explorer демонстрировали успешную быструю замену буферного раствора с использованием системы в линии, тогда как слежение за второй системой ÄKTATM Explorer показывало, что поддерживали концентрацию белка относительно подаваемого вещества.
Кривые поглощения, проводимости и pH для рчЛактоферрина с замененным в линии буферным раствором демонстрируют использование двух 4-кратных разведений и концентрирований, которые вели к ~95% замене буферного раствора (B) буферным раствором (A). Проводимость буферного раствора (B) 6,9 мСм/см и pH 7,47 хорошо сравнивались с конечным лактоферрином с замененным буферным раствором с проводимостью 7,2 мСм/см и pH 7,43. Концентрацию белка сохраняли приблизительно равной 45 mAU.
Примеры с 2 до 8
Способ из примера 1 повторяли, но изменяя условия, как указано в таблице 1, чтобы исследовать эффект обращения замены буферного раствора или добавления компонентов буферного раствора, которые меняют вязкость буферного раствора (10% сорбит и/или 6% пропан-1,2-диол), оказываемый на время работы и различные соотношения концентрация/разведение между 1-м и 2-м концентраторами. В примерах 2 и 3 использовали буферный раствор (A) для разбавителя, в примере 4 использовали буферный раствор (B), в примерах 5, 6 и 7 использовали буферный раствор (C) и в примере 8 использовали буферный раствор (D).
Из результатов, приведенных в таблице 1, можно видеть, что серийным разведением и концентрированием достигают замены буферного раствора, эквивалентной вплоть до 3 диаобъемов, в стандартной рециркулирующей порционной TFF системе. Более высокой эффективности замены буферного раствора можно достичь посредством запуска при более высоких степенях разведения, как видно в примерах 6 и 7.
Таблица 1
| Пр. | Соотношение объединенного разведения | Проводимость | ||||||
| Подаваемое веществ (мСм/см) | Буферный раствор (мСм/см) | Ретентат (мСм/см) | Эффективность (%) | Эквивалент DV | Подаваемое вещесво(мл) | Ретентат (мл) | ||
| 1 | 1:16 | 3,57 | 16,49 | 16,14 | 97,9 | 3,9 | 65,7 | 243 |
| 2 | 1:16 | 3,64 | 16,49 | 14,48 | 87,8 | 2,1 | 67,5 | 48 |
| 3 | 1:16 | 3,64 | 16,49 | 14,76 | 89,5 | 2,3 | 345 | 550 |
| 4 | 1:16 | 14,20 | 7,02 | 7,96 | 86,6 | 2,0 | 350 | 770 |
| 5 | 1:16 | 9,34 | 15,15 | 14,70 | 97,0 | 3,5 | 159 | 220 |
| 6 | 1:16 | 9,42 | 15,54 | 14,63 | 94,1 | 2,8 | 154 | 224 |
| 1:32 | 14,90 | 95,9 | 3,2 | |||||
| 7 | 1:12 | 9,42 | 15,54 | 14,36 | 92,4 | 2,6 | 242 | 251 |
| 1:16 | 14,64 | 94,2 | 2,8 | |||||
| 1:24 | 14,88 | 95,8 | 3,2 | |||||
| 1:32 | 14,99 | 96,5 | 3,4 | |||||
| 8 | 1:16 | 14,82 | 11,44 | 12,56 | - | - | 126 | 157 |
1. Аппарат для жидкостного обмена в линии в содержащей биомолекулу жидкости, содержащий средство смешивания, содержащее контроллер потока со множеством впусков, дополнительно содержащий два или более впускных клапанов переменного потока для смешивания по меньшей мере двух жидкостей, причем впускные клапаны переменного потока выполнены с возможностью циклического изменения между положением достижения первой, относительно низкой, скорости потока, где жидкость сохраняет способность течь, или при которой течение предотвращено, и по меньшей мере второй, более высокой, скорости потока, причем средство смешивания дополнительно содержит выпуск в соединении по текучей среде с устройством тангенциального поточного фильтрования, выполненного с возможностью работы в однопроходном режиме.
2. Аппарат по п. 1, в котором ретентат из устройства тангенциального поточного фильтрования находится в соединении по текучей среде со вторым средством смешивания по меньшей мере двух жидкостей, и второе средство смешивания содержит выпуск в соединении по текучей среде со вторым устройством тангенциального поточного фильтрования, выполненным с возможностью работы в однопроходном режиме.
3. Аппарат по п. 1 или 2, в котором впускные клапаны переменного потока представляют собой клапаны прерывистого потока.
4. Аппарат для жидкостного обмена в содержащей биомолекулу жидкости, содержащий:
a) контроллер потока со множеством впусков, содержащий:
i) первый впуск для первой жидкой среды, содержащей биомолекулу;
ii) по меньшей мере второй впуск для второй жидкой среды;
iii) выпуск в соединении по текучей среде с устройством тангенциального поточного фильтрования;
b) средство обеспечения течения жидкостей через контроллер потока и устройство тангенциального поточного фильтрования; и
c) средство управления потоком через устройство тангенциального поточного фильтрования, выполненное с возможностью циклического изменения потока между положением достижения первой, относительно низкой, скорости потока, где жидкость сохраняет способность течь, или при которой течение предотвращено, и по меньшей мере второй, более высокой, скорости потока.
5. Аппарат по п. 4, в котором средство обеспечения течения содержит насос, расположенный между выпуском контроллера потока со множеством впусков и устройством тангенциального поточного фильтрования.
6. Аппарат по п. 4 или 5, который дополнительно содержит ограничитель ниже по потоку от устройства тангенциального поточного фильтрования.
7. Аппарат по любому одному из пп. 4-6, который дополнительно содержит второй контроллер потока со множеством впусков, содержащий:
i) первый впуск в соединении по текучей среде с ретентатом из устройства тангенциального поточного фильтрования;
ii) второй впуск для третьей жидкой среды; и
iii) выпуск в соединении по текучей среде со вторым устройством тангенциального поточного фильтрования.
8. Аппарат по п. 7, в котором второй контроллер потока со множеством впусков выполняет функцию ограничителя.
9. Аппарат по п. 7 или 8, в котором второй контроллер потока со множеством впусков дополнительно содержит два или более впускных клапанов переменного потока.
10. Способ получения биомолекулы, включающий обработку жидкой среды, содержащей биомолекулу, посредством жидкостного обмена с использованием аппарата по любому из из пп. 1-9.
11. Способ по п. 10, в котором используют по меньшей мере 10 циклов.
12. Способ по п. 10 или 11, в котором частота циклов составляет меньше 100 Гц и предпочтительно от 0,05 до 0,5 Гц.
13. Способ по любому одному из пп. 10-12, в котором обработка включает обмен буферного раствора.
14. Способ получения биомолекулы, включающий способ по любому из пп. 10-13.
