Hassas biyomolekülleri koruyan büyük hacimli ayrımlar

Büyük hacimli ayrılmalar, aşı, gen terapisi ve rekombinant proteinlerin üretimi için gereklidir. Ancak ölçek yaratan koşullar—yüksek akış hızları, kesme kuvvetleri ve basınç—genellikle hassas biyomolekülleri bozuyor. Proteinler denatüre olur. DNA parçaları. Viral vektörler etkisini kaybeder.

Manyetik Ayrımla Sonraki İşlemin Yoğunlaştırılması

Küçük moleküller için geleneksel ayırma teknikleri geliştirildi. Biyolojik ilaçlar küçük moleküllerden çok daha büyük ve çok daha hassastır. Biyolojik ilaçlar, ürünün faydalı olması için biyomolekülün bütünlüğünü ve hassasiyetini korumak için ayırma tekniklerine ihtiyaç duyar. Bu makale, manyetik ayırma sürecinin biyomolekül için birçok avantajından birini, Büyük Hacmli Ayırma sırasında manyetik ayrımın hassasiyetini göstererek göstermektedir.

Geleneksel Ayırma Yöntemleri

Çoğu mühendis, ayrım sürecinden sonra kaybedilen biyomoleküllerin değerini düşündüğünde, biyomolekül bağlama faktörünün verimliliği ve elusyonun geri kazanımı hakkında konuşuyor. Ancak, ürünün çoğu bozulması, verimler hesaplanmadan önce ve ayırma aşamasında gerçekleşir.

Geleneksel ayırma yöntemleri, ayrım aşamasında molekülleri birçok zararlı fiziksel ve kimyasal forma maruz bırakır.

• Zarların ve sütunların ayrılması: Biyomolekülleri ayıran akışlar, esnek yapısal ve polimerik moleküllerin katlanmasına, dönüşüne ve yeniden düzenlenmesine neden olur; bu da önemli ve bazen geri dönüşü olmayan bozulmalara yol açar.

• Isıtma veya soğutma yoluyla ayrıştırma: Çoğu geleneksel ayırma yöntemi, biyomoleküllerin ısıtma ve soğutma döngüleri gerektirir. Bu durum biyomoleküllerin yok olmasına ve agregaların oluşmasına yol açar.

•Ayrılma, yani basınç kaynaklı: Filtrenin yüzeyine bağlı olan biyomoleküllerin mekanik ve teğet akışı, biyomolekül kaybedildiğinde kesik veya geri dönüşü olmayan bir kırılmaya neden olabilir.

• Elülasyon tamponlarının kullanımıyla ayrılma: Kimyasal çevredeki değişiklikler ve daha düşük (veya bazen daha yüksek) pH'daki elülasyon tamponları, biyomolekülün konformasyonunu değiştirebilir.

Dr. Lydia Kisley ve Case Western Reserve Üniversitesi ekibi, "tam gözenekli" olarak etiketlenen bazı ticari ayırma malzemelerinin merkezi kesitlerin çoğunlukla passif olduğunu gösterdi. Bu, üreticilerin tüm kapasite için ödeme yaptığı, ancak potansiyel performansın sadece küçük bir kısmını aldığı anlamına gelir. Bu, uzun işlem süreleriyle birleşince, biyomoleküllerin parçalanmasına yol açabilir.

Manyetik Ayrımla Sonraki İşlemin Yoğunlaştırılması

Kümülatif olarak alındığında, azalan özgül aktivite, biyomolekül toplamasındaki artış ve azalan nihai verim maliyetli yeniden işlemeye yol açar.

Neden Geleneksel İşleme Yöntemleri Can't Daha Fazla Gelişme

Laboratuvar yöntemlerinde kullanılabilecek birçok ayırma yöntemi vardır, bunların çoğu endüstriyel ölçekte pratik olmayabilir.

Ölçeklendirme problemleri olan bir yönteme örnek olarak kromatografi sütunlarının kullanımı verilebilir.

• Hedefin daraltılmış taşınması: Paketlenmiş yataklı kromatografide, bağlanma bir analitin difüzyonu yoluyla gerçekleşir. 100 Da'dan büyük boyuttaki biyomoleküller için difüzyon zamanı bağlanma yüzeyine yakındır ve önemli bir alan hariç tutulur.

•Tıkanma: Endüstriyel ölçekli kolonlarda tıkanıklığı önlemek için besleme akışı önlenir ve önceden temizlenir.

• Artan tampon tüketimi: Endüstriyel ölçekli sütunlar, büyük bir kullanılan tampon yığını oluşturur ve bu da operasyon maliyetini artırır.

•Paketleme ve çalışma sırasında kesme hassasiyeti: Düzgün yatak paketlemenin ölçekte korunması için gereken mekanik kuvvetler, kolonun saflaştırmak üzere tasarlandığı biyomoleküllere zarar verebilir.

Münih Teknik Üniversitesi'nden araştırmacılar Julian Galbusera, Ines Zimmermann ve Paula Fraga-García, manyetik ayırma teknolojisinin bu darboğazları nasıl ele aldığını belgelediler. Standart kromatografinin aksine, sabit faz, hareketli bir sıvı tarafından doldurulmuş paketlenmiş boncuklardan oluşan bir matris olduğundan, manyetik ayrım, fonksiyonel manyetik parçacıkları askıya alarak besleme akışını doğrudan işliyor. Bu, kromatografiyi genellikle etkileyen difüzyon engellerinin tamamen aşılmasına olanak tanır; tüm bunlar büyük ölçeklerde çalışırken ve aydınlaşmamış lizatlar işlenir.

Manyetik Alternatif: Nazik, Hızlı ve Ölçeklenebilir

Manyetik ayrım prensipleri temelde farklıdır. Fonksiyonelleştirilmiş manyetik parçacıklar, süspansiyondaki belirli moleküler türleri hedef alır. Harici manyetik alanın uygulanması, parçacık-hedef komplekslerini yakalar ve istenmeyen türlerin rutin olarak dışarı atılmasına olanak tanır. Parçacık-hedef tür kompleksi, işlem sırasında kesme ve termal gerilimlerden korunur.

Büyük hacimli ayırma süreçleri için, bu tekniğin hassas biyomoleküllerin ayrılması açısından avantajları şunlardır:

•Gözeneklerden difüzyon yapılması gerekmez: Manyetik parçacıklar genellikle gözeneksizdir. Böylece, tüm kromatografik yöntemlerin bağlanma kinetiklerini sınırlayan yavaş difüzyon adımı aşılır. Büyük biyomoleküllerin parçacık yüzeylerine doğrudan bağlandığını belirtmekte fayda var.

• Nazik yakalama ve bırakma: Manyetik alan, paketlenmiş yataklı kolonlara özgü çok yüksek basınç ve çok yüksek paketleme yoğunluğunun aksine, yumuşak hacimsel bir kuvvet uygular. Hücreler sağlam kalır. Viral vektörler enfektifliği korur. Protein yapıları katlanmış kalır.

• Ham yüklerin doğrudan işlenmesi: Manyetik ayrım, bulanık, partikül yüklü besleme akışlarını ön filtreleme olmadan yönetebilir. Bu, aşağı akış treninden bir veya daha fazla ünite operasyonunu ortadan kaldırır.

• Minimum tampon tüketimi: Manyetik parçacıklar bir sütunda sabit değil askıda tutulup geri alındığı için, tampon hacimleri önemli ölçüde azaltılabilir ve hem maliyeti hem de çevresel etkiyi azaltır.

2023 yılında Molecular Therapy—Methods & Clinical Development dergisinde yayımlanan bir çalışma, bu ilkenin pratik uygulamasını göstermiştir. Araştırmacılar, hücre lizatından doğrudan rekombinant adeno-ilişkili virüsü (rAAV5) arıtmak için filtresiz manyetik yakalama yöntemi geliştirdiler. İki saatten kısa sürede, yaklaşık 5 litre lizattan %63 geri kazanım verimi elde ettiler; konak hücre DNA'sı ve konak hücre proteinlerinde üç günlük azalma elde edildi, derinlik filtrasyonu ve kolon kromatografisi adımları tamamen ortadan kaldırıldı.

Gerçek Dünya Performansı at Üretim Ölçeği

Endüstriyel üreticiler için soru, manyetik ayrımın laboratuvarda çalışıp çalışmadığı değil—üretim hacimlerinde güvenilir şekilde çalışıp çalışmadığıdır. Olumlu kanıtlar artmaya devam ediyor.

•Litre ölçekli protein arıtma: ACS Omega'da yayımlanan araştırmalar, tek aşamalı manyetik balıkçılık işlemin, basit koprecipitasyon senteziyle üretilen çıplak demir oksit nanopartikülleri kullanılarak ham Escherichia coli hücre lizatından doğrudan litre ölçekli hacimlerde yeşil floresan protein (GFP) %91 saflığına ulaşabileceğini göstermiştir.

• Daha büyük ölçekte yüksek gradyanlı manyetik ayrım: Laboratuvar arıtmasına olanak tanıyan aynı yüksek gradyanlı manyetik ayrım (HGMS) ilkeleri, endüstriyel mRNA aşılarının üretiminde kullanılmaktadır. Bir grup, USP Sınıf VI uyumlu bir malzemeden 3D baskılı, tek kullanımlık bir HGMS ayırma odası oluşturdu. Bu durumda, oda dakikada 150 mL akış hızında çalışıyor ve tutumu %99,39'u aşıyordu. Bu, manyetik ayırma yöntemlerinin Büyük Hacimli Ayrılmalarda kullanılan akış hızlarında yakalama verimliliğini koruduğumu anlamına gelir.

• Hücre tedavisinde uygulamalar: T-hücre izolasyonunu otomatikleştirmek için kullanılan manyetik ayırma sistemleri, cGMP hazır ölçekte araştırma ve üretim için 70 ila 100 dakika içinde %85'in üzerinde verimlilik ve %96'dan fazla saflığa ulaşır.

Longlight Teknolojisi: Mühendislik fveya tUzun Koşu

Ayırma teknolojisi yüksek hacimli sürekli hizmet sunan bu hizmet Longlight Technology'nin mühendislik odağı haline gelir.

Manyetik ayrım alanında, Longlight'ın sistemleri büyük yakalama hacimlerinde tutarlı şekilde eşit manyetik alan gücünü koruyacak şekilde tasarlanmıştır - bu, parti parti tekrarlanabilir sonuçlar sağlamak için en kritik gereksinimlerden biridir. Büyük Hacimli Ayrımlarda partiden partiye tekrarlanabilirlik, üretim için düzenlenen ortamların tolere edemeyeceği bir şeydir.

Sistemler koleksiyonu, büyük hacimli işlemenin getirdiği özel zorluklara yanıt sağlar:

•Tüm yakalama bölgesinde yoğun şekilde yoğunlaşmış manyetik kuvvetlerin yakalanması: Bu, azalan manyetik alan gradyanının düzensiz dağılımına atıfta bulunur; bu nedenle bazı parçacıklar yüksek verimlilikle yakalanır, diğerleri ise kalır. Yakalanıp kaçırlar, verimleri azaltır ve değişkenlik sağlarlar.

• Bölme hacmi biraz tezgah ölçeğinden üretim ölçeğine yükseldikçe verimli yakalama kapasitesine sahip ayırma odaları (kaplar).

•Süreç esnekliği: Sistem, farklı manyetik parçacıklar, bağlayıcılar ve çalışma prosedürlerini karşılamak için önemli değişiklikler yapmasına gerek yoktur.

Uzlaşmanın Ötesinde

Biyomolekülün ayrıştırma verimliliği veya korunması arasındaki denge hareketi sona ermek üzere oluyor. Operasyonlarda mıknatısları kullanan teknoloji sektörde hâlâ test edilmiyor. Bu, yerleşik bir endüstriyel uygulamadır ve çeşitli hakemli makalelerde kanıtlanmıştır. Bu ürünler, sektördeki birçok tartışmasız üretici ve tedarikçinin stoklarında bulunabilir.

Son parçacığın değeri (gen kapanışı, m RNA kapanışı, monoklonal antikor kapanışı, hücre ve hücre ürünleri vb.) ayırt edici özellik olan manyetik ayrım uygulamalarda:

1. Geleneksel ayrımda kaybedilen biyolojik aktiviteyi korur;

2. İlk beslemeyi netleştirerek birkaç ayırma işlemini ortadan kaldırır.

3. Daha az tampon ve kimyasallarla daha az temas gerektirir.

4.II, Ar-Ge'den tam üretim hattına kolayca modifiye edilebilir.

Bilimsel temel sağlam bir şekilde kurulmuştur. Mühendislik olgun. Şimdi soru, manyetik ayrımın büyük hacimli biyoişlemde olup olmadığı değil, üreticilerin en önemli olanı — terapötik değer sağlayan molekülleri korumak için ne kadar hızlı benimseneceği.

Manyetik ayırma sistemlerinin sizin özel sürecinizde Büyük Hacmli Ayrılmaları nasıl ele alabileceğini keşfetmek için şu adresi ziyaret edin www.longlight.com teknik özellikler ve uygulama desteği için.

SSS

S: Büyük miktarda selenmemiş hücre lizatları manyetik ayrımla işlenebilir mi?

C: Evet. Manyetik ayrım, yüksek bulanıklığa sahip besleme akışlarında yapılabilir ve herhangi bir besleme akışı öncesi filtrasyon gerektirmez, bu nedenle birim işlem sayısını azaltır.

S: Biyomanyetik ayrımda protein aktivitesinin daha az bozulma yaşadığı doğru mu?

C: Evet. Biyomanyetik ayırma yöntemleri, yüksek basınç/hız veya biyomolekülleri ayırmak ve geri kazanmak için ağır tampon sistemleri kullanılmaya tabi değildir.

S: Manyetik ayrım laboratuvardan ticari/endüstriyel kullanıma ölçeklenebilir mi?

C: Evet. Manyetik yakalama fiziği, mililitre ve yüz litrelik sistemlerde herhangi bir hacimde aynı şekilde çalışır.

S: Manyetik ayrımla büyük hacimlerde hangi biyomoleküller kolayca işlenebilir?

C: Viral vektörler, mRNA, rProteinler, ekzozomlar ve hücreler vb. Bu malzemeler mekanik veya termal gerilimlere hassastır.