新型高效的纯化工具—膜层析

Sartobind®膜吸附器是一种层析膜，其基质由稳定化的再生纤维素作为骨架，并带结合不同功能基团。尽管看似过滤器，但是实际上膜吸附器并非过滤器。蛋白质、DNA、内毒素或者其它带电生物分子可被结合至离子交换膜吸附器(如Sartobind®离子交换层析膜);而含有亲和性质的蛋白可被吸附至亲和配基膜吸附器(例如Sartobind® Protein A膜吸附器等)。该产品不仅被广泛的应用于治疗性蛋白(如单抗)精制工艺中去除杂质，还可以应用于病毒与病毒样颗粒及其它生物大分子的纯化。由于该膜具有大孔径结构，能够让大分子及病毒进入膜内并结合至内孔表面，故而与传统柱层析相比，膜吸附器技术具有以下诸多优势：易于操作处理(无需填装，即插即用);高流速(比柱层析提高10-30倍);传质扩散效应低;高载量(特别是生物大分子);非特异性吸附低;硬件投资更少;缓冲液消耗更少;易于放大。

离子交换层析膜在生物大分子捕获，病毒纯化应用或者大分子杂质去除应用过程中，借助其大孔径膜结构优势，有效克服了传统层析的分子排阻限制，因而能够取得良好的纯化效果。Sartobind®膜吸附器的膜孔径大于3 μm，比传统柱层析介质孔径大两个数量级，因此Sartobind®膜吸附器与传统柱层析在病毒纯化应用中相比，具有更高的病毒颗粒结合载量 (最高可达1013)，同等条件下通量也更高，工艺时间更短，流速可达到5-30倍层析膜体积/Min;生产上使用更加灵活，即拆即用，可一次性使用，也可反复使用。

离子交换层析(IEX)膜(Sartobind® Q与S)与疏水层析(HIC)膜(Sartobind® Phenyl)的应用主要分为两大类：

1. 纯化病毒与类病毒颗粒， 该应用主要采用吸附-洗脱模式，可用于以下病毒或类病毒颗粒的纯化：

—- 流感病毒

- 腺病毒

- 慢病毒

- 杆状病毒

- 浓核病毒

- 伪狂犬病病毒

- 牛疱疹病毒

- 口蹄疫病毒

- 轮状病毒样颗粒

- 噬菌体

阳离子或阴离子交换层析膜纯化病毒时的结合能力主要取决于病毒的电荷分布。

1.1 甲型流感病毒

首先采用Sartobind Q 和D 75阴离子交换层析膜能够直接捕获细胞培养上清液(无血清或含血清培养)中的人与马甲型流感病毒;然后使用氯化钠溶液(1.5M，pH7.0)洗脱Sartobind Q上结合的病毒，该工艺步骤的设计平均收率可达86%(基于HA活性测定)。Sartobind Q阴离子交换层析膜在该应用中具有高产能、高回收率、操作简便等优势，适用于大规模纯化细胞培养来源的流感病毒。

1.2 轮状病毒样颗粒

Sartobind D膜吸附器已被用于VLPs纯化，并在此应用领域得到充分研究。大规模纯化结果证实，在轮状病毒下游纯化工艺中使用Sartobind阴离子交换层析膜能够重复、稳定获得高质量的轮状病毒，其中临床级别，总体回收率为46%，宿主细胞DNA清除率接近100%，宿主细胞蛋白清除率约98%。

2. 流穿模式清除杂质，主要可用于清除宿主细胞蛋、DNA和内毒素，因此可被广泛的用于治疗性蛋白精制纯化工艺中。

2.1 HCP

离子交换层析膜被用于精制纯化工艺单元中，通常是去为了去除蛋白质产品中的宿主细胞蛋白(HCP)、DNA、聚合体等产品相关杂质。有研究表明，在产品收率与HCP去除率方面，离子交换层析膜都比传统柱层析更有效，产品收率(97%：93%)与HCP去除率(21倍：5倍)更高。

2.2 DNA

层析膜的DNA去除能力都极高，由于Q树脂的载量和生产能力受流速与工艺时间限制，Sartobind Q膜与传统柱层析相比具有更高的载量，流速更快，工艺处理时间更短，所用到的缓冲盐体积也大大减少。

2.3 内毒素

曾对两个100 L规模GMP生产批次进行分析，结果表明，使用Sartobind Q SingleSep 20”囊式膜吸附器对GST蛋白酶进行精制，可以将内毒素含量从26.900 EU/mg降低至0.13 EU/mg。膜层析技术应用于实际治疗性蛋白的生产过程中具有明显优势，包括产品回收率高、节省时间以及设备投资成本低等。

二十一世纪的生物制药领域，治疗性蛋白(如Mabs)以及疫苗制品对肿瘤和自体免疫疾病的治疗变得日益重要，但是，这些药物的大规模下游纯化生产仍然是一个挑战，亟需一个能够提供高产率和高重复性的生产制造工艺，以确保生产出高纯高质量的终产品。同时也需要合理控制成本，并且避免出现非预期的操作问题，因此，对每一步稳健的工艺单元的灵活性、低成本、操作简便性等方面提出了更高的要求。膜层析(膜吸附器)正是在稳健和灵活工艺设计中的一个最佳选择，不仅能够以吸附-洗脱模式，高效纯化病毒类生物大分子;同时也能够以流穿方式精制纯化蛋白质，即拆即用，如使用过滤器般简单方便，又可以有效的实现复杂精确地层析工艺，无需投入固定设备投资，是一种更为经济有效的纯化工具。Sartobind® 膜层析技术在大规模生物制品下游纯化和精制工艺中已得到工业界及法规的充分肯定(第一个使用膜层析的生产工艺在2001年由FDA认可)。此外，膜层析技术也被推荐应用于疫苗生产工艺中的杂质去除环节。面对当代生物制药行业不断地挑战，传统层析已成为下游纯化生产的主要瓶颈，膜层析技术毫无疑问的给层析工艺提供了一个现实高效的解决方向，让我们拭目以待新技术对生物制药行业的更多贡献。

来源：实验与分析