El procesamiento aguas abajo constituye la gran mayoría del costo biológico y en muchas instalaciones será el paso limitante de la fabricación de medicamentos. El Instituto Nacional de Innovaciones en la Fabricación de Productos Biofarmacéuticos (NIIMBL) ha identificado en gran medida 3 temas candentes en el procesamiento posterior. [1] [2]
- Procesos cromatográficos mejorados (mayor capacidad de unión, columnas multiproducto)
- Uso optimizado de resina
- Procesos alternativos (precipitación, cristalización, extracción, basados en membrana)
También destacaría otra categoría que muchos considerarían un gran desafío posterior:
- Operaciones continuas de la unidad
De hecho, voy a comenzar con el cuarto gol primero. Con la llegada de sistemas de biorreactor de perfusión más continuos, la cromatografía continua se ha convertido en una necesidad. Debido al aumento de las cargas de proteínas y al mayor énfasis en el control del proceso, la cromatografía continua permite una automatización mejorada y, por lo tanto, el control del proceso y elimina los desafíos del procesamiento descendente por lotes.
- ¿Cuáles son algunas cosas interesantes para compartir sobre biotecnología?
- ¿Podrían los neurocirujanos desarrollar un implante que pudiera encender y apagar las emociones?
- ¿Cuáles son las implicaciones de los hongos CRISPR que eluden las regulaciones de OGM en los Estados Unidos?
- ¿Puede un estudiante de biotecnología de maestría hacer un doctorado en artes?
- ¿Qué importancia tienen los doctorados en nuevas empresas de biotecnología / biología?
Las separaciones continuas se han utilizado ampliamente en otros procesos químicos como la destilación, pero la necesidad de regenerar resinas ha sido particularmente difícil. El concepto actual es escalonar el proceso de carga, elución y regeneración. A medida que carga completamente la columna 1, el avance se capturaría en la columna 2. Mientras se carga la columna 2, comienza los pasos de lavado y elución para la columna 1. Cuando la columna 2 comienza a romperse, ahora volverá a cargar en un nueva columna regenerada (3 o 1 nuevamente)
Si bien esto funciona bien conceptualmente como se muestra arriba, el único desafío para equilibrar los caudales y el bombeo es que obtendrá una configuración complicada como este caso ideal que se muestra a continuación.
Lo más probable es que su configuración se vea más o menos así (foto real de una configuración de cromatografía continua)
El éxito de nuestra capacidad para ir a la cromatografía continua se debe en gran medida a 3 temas de investigación extremadamente importantes.
- Procesos cromatográficos mejorados.
- Uso optimizado de resina
- Procesos alternativos
Si no estaba prestando atención, estos fueron los 3 temas que se mencionaron por primera vez. Nuestra capacidad para avanzar hacia la cromatografía avanzada es limitada que estos 3 temas.
Durante décadas, el caballo de batalla para el procesamiento posterior ha sido confiar en la purificación por afinidad de la proteína A. Históricamente, esto no ha sido un problema, pero a medida que aumentan los resultados del biorreactor, la capacidad de unión de estas columnas ha sido severamente probada y el sentido es que la industria ha estabilizado en gran medida la capacidad de la proteína A. Parte del motor para mantenerse con afinidad tradicional / AEX / CEX / HIC es que puede plataforma el proceso y pedir la misma resina para una variedad de procesos de purificación.
Sin embargo, en respuesta a los aumentos en la demanda, ha habido un cambio de filosofía para mirar nuevas resinas de afinidad. A la vanguardia está el concepto de usar resinas multimodales. En lugar de utilizar un paso de captura de afinidad seguido de una interacción hidrofóbica y luego una interacción de intercambio iónico, el campo se está moviendo a una resina para eliminar toda la filosofía. [3]
Esto se logra derivando una nueva química mediante “modos de mezcla” mediante la introducción de grupos hidrofóbicos y polares en los ligandos. En lugar de controlar la captura y elución de la proteína controlando la sal o el pH, puede seleccionar una gran biblioteca de ligandos y optimizar en función de la química de la resina mientras estandariza sus tampones. Esto utiliza activamente un enfoque QSAR para seleccionar resinas en lugar de un enfoque de la vieja escuela de solo mirar los IP. [4]
A medida que se utilizan resinas, tendrá que regenerarlas para prepararlas para el siguiente paso de unión. Puede reciclar la resina utilizando tampones de limpieza in situ, pero cada ciclo de limpieza tendrá un impacto en la capacidad de unión y, con el tiempo, la calidad de la resina se deteriorará. Además, con el advenimiento de la cromatografía continua, la capacidad de medir distintos ciclos de columna se vuelve más desafiante. A pesar de su uso extensivo, no hay un límite de resina firmemente establecido para la proteína A y su vida útil depende en gran medida del proceso y oscilará entre 50 y 300 ciclos. [5] [6]
Encuesta de la industria del número de ciclo utilizado en el proceso.
Por lo tanto, hay mucho interés en comprender cómo medir adecuadamente la vida útil de la resina. Una estrategia dominante es obtener mejores modelos de reducción de escala que puedan envejecer la resina utilizando formatos de 96 pocillos o compatibles con TECAN. Como la vida útil de la resina depende del proceso, la capacidad de replicar las impurezas y tensiones apropiadas a la resina se vuelve extremadamente relevante. [7]
La otra área de interés es la optimización de la matriz de gel para hacerla más robusta al ambiente alcalino del tampón CIP. MabSelect SuRE de GE rediseñó la proteína A para eliminar las espárragas vunerables para que tuviera menos interacciones con el anticuerpo pero una mayor robustez. [8]
Finalmente, existe la opción de evitar completamente las resinas por completo. En lugar de un ciclo tradicional de unión y elución, puede utilizar una estrategia de flujo continuo en la que su producto no se ve afectado mientras captura sus impurezas. En la parte superior de esa lista estaría el uso de diferentes membranas para capturar impurezas. Históricamente, solo usaría filtros de profundidad hechos de tierra de diatomeas. Ahora, el movimiento es tratar sus columnas menos como cromatografía pero más como un filtro brita gigante. Hay ciertas proteínas de la célula huésped que se capturarán en el HIC y rediseñarán su proceso de purificación para que el material se elimine en lugar de separarse, lo que simplifica el proceso. [9]
El otro método de tendencia es usar precipitación de afinidad. Usando el concepto multimodelo descrito anteriormente, puede unir su proteína y evitar que la proteína se impure. Luego, mediante la centrifugación o su método de filtración favorito, puede separar su agregado y disociar su proteína para su posterior procesamiento. Los ligandos de afinidad se pueden reciclar para su uso repetido. [10]
Notas al pie
[1] http://www.niimbl.us/Downloads/N…
[2] Bioprocesamiento aguas abajo: avances recientes y promesa futura
[3] Cromatografía multimodal: una herramienta eficiente en el procesamiento posterior de proteínas.
[4] El uso de modelos cuantitativos de relación estructura-actividad para desarrollar procesos optimizados para la eliminación de proteínas de la célula huésped del tabaco durante … – PubMed – NCBI
[5] Un estudio mecanicista de la vida útil de la resina de cromatografía de proteína A
[6] Reutilización de la resina de proteína A: ensuciamiento y economía
[7] Un estudio mecanicista de la vida útil de la resina de cromatografía de proteína A
[8] Reutilización de la resina de proteína A: ensuciamiento y economía
[9] Operaciones alternativas de bioseparación: vida más allá de la cromatografía de lecho empaquetado
[10] Purificación de proteínas por precipitación de afinidad
