Периодическая противоточная хроматография - Periodic counter-current chromatography
Периодическая противоточная хроматография (PCC) - это метод запуска аффинная хроматография квазинепрерывным образом. Сегодня этот процесс в основном используется для очистки антител в биофармацевтический промышленность[1] а также в исследованиях и разработках. При очистке антител Белок А используется как матрица аффинности. Однако периодические противоточные процессы можно применять к любой хроматографии аффинного типа.[2]
Основной принцип
В обычных аффинная хроматография, одна хроматографическая колонка загружается исходным материалом до точки, до которой целевой материал (продукт) больше не может удерживаться аффинным материалом. Затем смолу с адсорбированным продуктом на ней промывают для удаления примесей. Наконец, чистый продукт элюируют другим буфером. Примечательно, что если в колонну загружается слишком много исходного материала, продукт может прорваться, и, следовательно, продукт будет потерян. Поэтому очень важно загружать колонку лишь частично, чтобы увеличить урожай.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/91/Periodic_counter-current_chromatography_process_diagram.png/534px-Periodic_counter-current_chromatography_process_diagram.png)
Периодическая противоточная хроматография решает эту проблему за счет использования более чем одной колонки. Процессы PCC можно запускать с любым количеством столбцов, начиная с двух.[3] В следующем абзаце объясняется версия PCC с двумя столбцами, но другие протоколы с большим количеством столбцов основываются на тех же принципах (см. Ниже). Диаграмма, изображающая отдельные этапы процесса, показана справа. На этапе 1, так называемой фазе последовательной загрузки, столбцы 1 и 2 соединяются между собой. Колонка 1 полностью загружена образцом (красный), в то время как его прорыв фиксируется на колонке 2. На этапе 2 колонка 1 промывается, элюируется, очищается и повторно уравновешивается, в то время как загрузка продолжается отдельно в колонку 2. На этапе 3 после регенерации В колонке 1 колонки снова соединены между собой, и колонка 2 полностью загружена, в то время как ее проскок фиксируется на колонке 1. Наконец, на этапе 4 колонка 2 промывается, элюируется, очищается и повторно уравновешивается, при этом загрузка продолжается независимо от колонки 1. Этот циклический процесс повторяется непрерывно.
Существует несколько вариантов периодической противоточной хроматографии с более чем двумя колонками. В этих случаях дополнительные столбцы помещаются в поток питания во время загрузки, что дает тот же эффект, что и использование более длинных столбцов. В качестве альтернативы, дополнительные колонки могут оставаться в незанятом режиме ожидания во время загрузки. Этот режим обеспечивает дополнительную уверенность в том, что на основной процесс не влияют протоколы мытья и очистки, хотя на практике это требуется редко. С другой стороны, недостаточно используемые колонны снижают теоретическую максимальную производительность для таких процессов. В целом, преимущества и недостатки различных многоколоночных протоколов являются предметом споров.[4]. Однако, без сомнения, по сравнению с периодическими процессами с одной колонной, периодические противоточные процессы обеспечивают значительно повышенную производительность.
Динамическое управление процессом
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/24/Dynamic_process_control_mechanisms_for_periodic_counter-current_chromatography.svg/251px-Dynamic_process_control_mechanisms_for_periodic_counter-current_chromatography.svg.png)
В масштабе времени непрерывной хроматографии довольно часто можно наблюдать изменения важных параметров процесса, таких как состояние колонки, качество буфера, титр (концентрация) или состав сырья. Такие изменения приводят к изменению максимальной производительности колонки по отношению к количеству загруженного исходного материала. Поэтому для достижения стабильного качества и выхода продукции для каждого технологического цикла необходимо отрегулировать время отдельных этапов процесса. Ручные изменения в принципе возможны, но непрактичны. Чаще всего алгоритмы динамического управления процессом контролируют параметры процесса и автоматически вносят необходимые изменения.
В настоящее время используются два различных режима работы контроллеров динамических процессов (см. Рисунок справа). Первый, называемый DeltaUV, отслеживает разницу между двумя сигналами от детекторов, расположенных до и после первого столбца. Во время начальной загрузки разница между двумя сигналами большая, но она уменьшается по мере того, как примеси проходят через колонку. Когда колонка полностью насыщена примесями и задерживается только дополнительный продукт, разница между сигналами достигает постоянного значения. Пока продукт полностью улавливается в столбце, разница между сигналами остается постоянной. Как только часть продукта вылетает из столбца (сравните выше), разница уменьшается. Таким образом, можно определить время и количество прорыва продукта. Вторая возможность, называемая AutomAb, требует только сигнала одного детектора, расположенного за первой колонкой. Во время начальной загрузки сигнал увеличивается, так как все больше и больше примесей проходит через колонку. Когда колонка насыщена примесями и пока продукт полностью улавливается колонкой, сигнал остается постоянным. Как только часть продукта прорывается через столбик (сравните выше), сигнал снова увеличивается. Таким образом, можно снова определить время и количество прорыва продукта.
Теоретически обе итерации работают одинаково хорошо. На практике требование двух синхронизированных сигналов и воздействие на один детектор неочищенного исходного материала делает подход DetaUV менее надежным, чем AutomAb.
Коммерческая ситуация
По состоянию на 2017 год GE Healthcare имеет патенты на трехколоночную периодическую противоточную хроматографию: эта технология используется в их Äkta PCC инструмент.[нужна цитата ] Аналогичным образом, ChromaCon имеет патенты на оптимизированную версию с двумя столбцами (CaptureSMB).[нужна цитата ] CaptureSMB используется в ChromaCon с Contichrom CUBE и по лицензии в YMC с Ecoprime Twin системы. Дополнительные производители систем, способных к периодической противоточной хроматографии, включают: Новасеп и Pall.[нужна цитата ]
Рекомендации
- ^ Варику, Вина; Годават, Рахул; Брауэр, Кевин; Джайн, суджит; Каммингс, Дэниел; Саймонс, Элизабет; Джонсон, Тимоти; Вальтер, Джейсон; Ю, Марселла; Райт, Бенджамин; Макларти, Жан; Karey, Kenneth P .; Хван, Крис; Чжоу, Вэйчан; Риске, Фрэнк; Константинов, Константин (декабрь 2012 г.). «Интегрированное непрерывное производство рекомбинантных терапевтических белков». Биотехнологии и биоинженерия. 109 (12): 3018–3029. Дои:10.1002 / бит.24584.
- ^ Годават, Рахул; Брауэр, Кевин; Джайн, суджит; Константинов, Константин; Риске, Фрэнк; Варику, Вина (декабрь 2012 г.). «Периодическая противоточная хроматография - особенности проектирования и эксплуатации для комплексной и непрерывной очистки белков». Биотехнологический журнал. 7 (12): 1496–1508. Дои:10.1002 / biot.201200068.
- ^ Ангарита, Моника; Мюллер-Шпет, Томас; Баур, Даниэль; Ливроу, Роэль; Лиссенс, Герт; Морбиделли, Массимо (апрель 2015 г.). «Двойная колонка CaptureSMB: новый циклический процесс для аффинной хроматографии с протеином А». Журнал хроматографии А. 1389: 85–95. Дои:10.1016 / j.chroma.2015.02.046.
- ^ Баур, Даниэль; Ангарита, Моника; Мюллер-Шпет, Томас; Штейнебах, Фабиан; Морбиделли, Массимо (июль 2016 г.). «Сравнение периодического и непрерывного процессов захвата белка A на нескольких колонках по оптимальному дизайну». Биотехнологический журнал. 11 (7): 920–931. Дои:10.1002 / biot.201500481. PMID 26992151.