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Mehrsäulenchromatographie

Biologika der Zukunft: Mit kontinuierlicher Chromatographie zum Erfolg

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Fallstudie Industrie: Von der Entwicklung in die Produktion

Mark Brower (Merck & Co. Inc, Kenilworth, US) hat in seinem Team die Cadence-Bio-SMB-Technologie evaluiert [3]. Dazu wurde eine Protein-A-Chromatographie eines monoklonalen Antikörpers auf Kaneka Kancap A zuerst vom Batch-Prozess auf das Bio-SMB-Prozessentwicklungssystem übertragen und anschließend auf das GMP-kompatible Prozesssystem Cadence Bio SMB Process 350 skaliert. Basierend auf den Breakthrough-Daten wurde ein Prozess mit fünf Säulen erstellt, bei dem mit einer Kontaktzeit von drei Minuten eine Bindungskapazität von 46,3 g/L erzielt wird. Dieser Prozess wurde für acht Zyklen auf 5-mL-Säulen im PD-System und für 13 Zyklen auf 0,77-L-Säulen im Prozesssystem gefahren.

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Innerhalb von elf Stunden konnten 400 L gereinigter Zellkulturüberstand mit einer Produktkonzentration von 4 g/L mit insgesamt 3,85 L Protein-A-Sorbens aufgereinigt werden. Die Daten zeigen eine sehr gute Vergleichbarkeit zwischen dem Prozessentwicklungsmaßstab und dem Prozessmaßstab und legen mehrere wirtschaftliche Vorteile offen: Im Vergleich zum Batch-Prozess konnte die spezifische Produktivität um den Faktor 3,5 gesteigert werden (von 13 auf 56 g/L/h) und der Sorbensverbrauch um 80% reduziert werden. Der Transfer des Batch-Prozesses auf die beiden Bio-SMB-Systeme erfolgte in weniger als drei Wochen.

Fallstudie Forschung: Kontinuierliches DSP

Das Ziel dieser Studie in der Prozessentwicklung war es, die Downstream-Processing (DSP)-Plattform zur Aufreinigung eines Antikörpers in einen kontinuierlichen Prozess zu übertragen [4]. Dabei wurden vier Aufreinigungsschritte auf zwei Cadence-Bio-SMB-PD-Systemen kombiniert: Protein-A-Chromatographie, Virusinaktivierung, Flow-Through-Anionaustausch-Chromatographie (AEX) und Mixed-Mode-Kationenaustausch-Chromatographie (MMCEX). Mit der Plattform konnten 25 L Feed in weniger als zwölf Stunden aufgereinigt werden.

Der Transfer der Plattform auf eine kontinuierliche Prozessführung steigerte die spezifische Produktivität der Protein-A- und der MMCEX-Chromatographie um den Faktor 3,8 bzw. den Faktor 10. Somit konnte der Sorbentienverbrauch im Vergleich zum Batch-Prozess um mehr als 95% reduziert werden. Zudem ließ sich die Fläche der AEX-Membranchromatographie um 74% senken, ohne die Abreicherung von Wirtszellproteinen oder Aggregaten zu beeinflussen. Die Verantwortlichen der Studie schließen aus den Resultaten, dass die kontinuierliche Chromatographie in integrierten Prozessen eine kosteneffiziente Single-Use-Produktion ermöglicht.

Ergänzendes zum Thema
LP-Tipp – Downstream Processing (DSP)

Das Downstream Processing, auch eingedeutscht der Downstream-Prozess, bezeichnet in der Verfahrenstechnik, insbesondere der Bioverfahrenstechnik, alle Schritte der Aufarbeitung und Reinigung eines Produktes nach seiner Herstellung. Je nach Art des Prozesses unterscheidet man verschiedene Schritte wie Entfernung von Inertstoffen, Separierung des Produktes oder Verfeinerung des Produktes, die mechanische, thermische, elektrische und physiko-chemische Verfahren umfassen. Bei biotechnologischen Prozessen stellt das Downstream Processing den höchsten Anteil der Prozesskosten dar.

Fazit: Die kontinuierliche Mehrsäulenchromatographie bietet vielfältige Vorteile für Prozesse in der biotechnologischen Industrie. Mehrere Fallstudien bestätigen dies für ihren Einsatz in diversen Chromatographie-Schritten zur Aufreinigung biologischer Produkte.

Literatur:

[1] Najera, M (2016), The Potential of continuous Multicolumn Chromatography. Webinar February 6 2016.

[2] Ruthven, DM (1984), Principles of Adsorption and Adsorption Processes, John Wiley & Sons, New York.

[3] Brower, M (2016), Scale-up of Continuous Chromatogrpahy using Cadence BioSMB Process System. Bio-Process International Conference, Boston US.

[4] Gjoka, X et al (2016), Transfer of a three step mAb chromatography process from batch to continuous. Journal of Biotechnology 242 (2017) 11-18.

* B. Badertscher und D. Sievers: Pall Life Sciences, 63303 Dreieich

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