TWIN-COLUMN CAPTURE
Beladen bis zur vollen Kapazität. Kontinuierliches Capture mit periodischer Twin-Column-Gegenstromchromatographie. Die einfachste PCC-Konfiguration auf dem Markt. Validiert von Bristol Myers Squibb vom Labor- bis zum 100-fachen Maßstab: 2,5× Produktivität | 92 % Harzausnutzung (vs. 67 % Batch) | 50 % weniger Puffer | ≥94 % Ausbeute beibehalten
Quelle: Angelo et al., BioProcess International 2018; Müller-Späth et al., Biotechnol. Bioeng. 2019 (Bristol Myers Squibb)
Bei der Batch-Affinitätsaufreinigung wird jede Beladungsentscheidung durch dieselbe Einschränkung bestimmt: den Produktdurchbruch vermeiden. Das Ergebnis ist ein konservativer Sicherheitsabstand – Säulen werden nur zu 50–70 % ihrer dynamischen Bindungskapazität beladen, um das Risiko eines Produktverlusts am Säulenausgang zu vermeiden.
Dieser konservative Spielraum ist teuer. Protein-A-Harz kostet Tausende von Dollar pro Liter – bis zu 16.000 $/L für Premium-Harze … und andere Affinitätsharze sind sogar noch teurer. Eine Beladung zu 60 % der Kapazität bedeutet, dass 40 % Ihres Harzes in jedem Zyklus ungenutzt bleiben. Gleichzeitig erzeugen die schnellsten Beladungsflussraten, die die Produktivität maximieren, flache Durchbruchskurven – was noch konservativere Beladungsspielräume erzwingt. Je stärker Sie auf Durchsatz drängen, desto geringer wird Ihre Harzausnutzung.
Für große Moleküle wie monoklonale Antikörper und AAV-Kapside ist dieser Kompromiss besonders ausgeprägt. Ihre geringe Diffusivität bedeutet, dass Durchbruchskurven bei praktischen Flussraten von Natur aus flach sind, was eine hohe Harzausnutzung und hohe Produktivität auf einer einzelnen Säule tatsächlich unvereinbar macht.
CaptureSMB® beseitigt die Einschränkung, die den Kompromiss unvermeidlich macht. Anstatt die Beladung zu stoppen, wenn das Produkt beginnt, die vorgeschaltete Säule zu durchbrechen, lässt es die Beladung fortsetzen – und platziert eine zweite Säule unmittelbar nachgeschaltet, um alles aufzufangen, was durchbricht.
Die vorgeschaltete Säule wird über ihre dynamische Bindungskapazität hinaus beladen. Produkt, das im Batch-Verfahren verloren ginge, wird auf der nachgeschalteten Säule aufgefangen. Wenn die vorgeschaltete Säule vollständig gesättigt ist, wird sie gewaschen und das Produkt gesammelt. Dann wechseln die Säulen die Positionen: Die ehemalige nachgeschaltete Säule – jetzt mit aufgefangenem Produkt vorbeladen – wird zur neuen vorgeschalteten Säule, während die ehemalige vorgeschaltete Säule bereit gemacht wird, den Durchbruch von der neuen vorgeschalteten Säule aufzufangen.
Produktivitätssteigerung gegenüber Batch-Protein A
Harzausnutzung gegenüber 67 % Batch
Pufferreduzierung gegenüber Batch-Verfahren
Ausbeute äquivalent zu Batch
Zwei Säulen genügen. Andere periodische Gegenstromsysteme (PCC) verwenden drei, vier oder mehr Säulen, um eine hohe Harzausnutzung zu erreichen – was die Ventilkomplexität, Planungsbeschränkungen und zusätzlichen Methodenentwicklungsaufwand erhöht. CaptureSMB zeigt, dass ein Zweisäulen-Gegenstromdesign den vollen Leistungsvorteil mit der einfachsten Hardware und dem kürzesten Weg von der Batch-Methode zum laufenden Prozess liefert.
Jeder CaptureSMB®-Zyklus besteht aus zwei Umschaltungen, einer Elution aus jeder Säule pro Zyklus. Innerhalb jeder Umschaltung laufen drei Phasen nacheinander ab:
| Phase | Vorgeschaltete Säule | Nachgeschaltete Säule |
|---|---|---|
| Verbundene Beladung | Feed wird mit hoher Flussrate über die DBC hinaus beladen – Durchbruch fließt zur nachgeschalteten Säule | Empfängt Durchbruch von der vorgeschalteten Säule; Produkt wird aufgefangen (Vorbeladung) |
| Verbundene Waschung | Äquilibrierungspuffer spült die flüssige Phase von der vorgeschalteten Säule durch zur nachgeschalteten Säule – restliches Produkt wird aufgefangen | Fängt Produkt auf, das aus dem Leervolumen der vorgeschalteten Säule gespült wurde |
| Batch-Phase | Ehemalige nachgeschaltete Säule wird mit geringerer Batch-Flussrate beladen – regenerierte Säule noch nicht bereit | Ehemalige vorgeschaltete Säule: gewaschen, eluiert (Produkt gesammelt), CIP, parallel re-äquilibriert |
Am Ende der Batch-Phase wechseln die Säulen ihre Positionen mittels Ventil – die ehemalige nachgeschaltete Säule (jetzt vorbeladen und frisch im Batch beladen) wird zur vorgeschalteten Säule für die nächste Umschaltung. Der Zyklus wiederholt sich unbegrenzt, bis der Feed verbraucht ist oder der Prozess gestoppt wird.
Eine kurze Startup-Phase geht der zyklischen Stufe voraus: Beide Säulen werden zusammen bis zur DBC mit verbundenen Säulen beladen, wodurch sichergestellt wird, dass die nachgeschaltete Säule eine Vorbeladung trägt, die einem stationären Zyklus vor der ersten Umschaltung entspricht. Dies bedeutet, dass der zyklische stationäre Zustand sofort erreicht wird – typischerweise bis zum 2. Zyklus.
Die Shutdown-Phase eluiert die ehemalige nachgeschaltete Säule, die in der letzten Batch-Phase nicht vollständig verarbeitet wurde, und gewinnt das restliche Produkt zurück.
Das CaptureSMB-Prozessprinzip (.pptx)
Möchten Sie CaptureSMB lernen?
Nehmen Sie an unserem Workshop für kontinuierliche Chromatographie teil.
Die zeitgesteuerte Beladung funktioniert während der frühen Prozessentwicklung, wenn die Bedingungen stabil sind und der Prozess überwacht wird. Für Produktionskampagnen – bei denen der Feed-Titer von Charge zu Charge variiert und die Harzkapazität über Hunderte von Zyklen abnimmt – ist AutomAb® unerlässlich.
AutomAb® ersetzt den Endpunkt der zeitgesteuerten verbundenen Beladung durch eine UV-integrierte Steuerungsentscheidung. Während der verbundenen Beladungsphase überwacht der Sensor zwischen den beiden Säulen kontinuierlich das UV-Signal. AutomAb® subtrahiert die Verunreinigungs-Baseline (gemessen im vorherigen Umschaltvorgang) und integriert das verbleibende Signal über die Zeit – wodurch ein laufender Vorbeladungsflächenwert aufgebaut wird. Wenn die akkumulierte Vorbeladungsfläche den Ziel-Vorbeladungsflächen-Sollwert erreicht, beendet ChromIQ® die verbundene Beladungsphase und fährt mit der verbundenen Waschung fort, unabhängig davon, wie lange dies gedauert hat.
Hoher Titer in diesem Zyklus? Der Durchbruch erfolgt schneller, der Sollwert wird früher erreicht, die Umschaltung erfolgt früher. Niedriger Titer? Die Umschaltung erfolgt später. Das Ergebnis ist immer die gleiche Produktmenge, die auf der nachgeschalteten Säule aufgefangen wird – konsistente Harzausnutzung Zyklus für Zyklus, unabhängig von der Feed-Variabilität oder dem Säulenalter.
Die Ziel-Vorbeladungsfläche wird direkt aus einem früheren CaptureSMB®-Lauf unter Verwendung des Evaluation Centers abgeleitet.
Siehe Dynamische Prozesssteuerung → für den vollständigen Mechanismus und die Konfigurationsanleitung.
Evaluieren Sie Ihre CaptureSMB®-Läufe im Evaluation Center – dem integrierten Datenanalysemodul von ChromIQ®.
Das ChromIQ®-Logbuch zeichnet jeden AutomAb®-Phasenwechsel mit dem akkumulierten Vorbeladungsflächenwert auf, der ihn ausgelöst hat – eine unveränderliche Aufzeichnung jeder autonomen Beladungsentscheidung des Systems.
| Vorteil | Was es in der Praxis bedeutet |
|---|---|
| 2,5-fache Produktivitätssteigerung | Mehr Produkt pro Liter Harz pro Stunde – validiert im 100-fachen Maßstab durch Bristol Myers Squibb bei der Protein-A-Aufreinigung |
| 92 % Harzausnutzung | Beladung nahe der statischen Bindungskapazität gegenüber 67 % Batch – reduziert direkt das erforderliche Harzvolumen und die Säulengröße |
| 50 % Pufferreduzierung | Kleinere Säulen und höhere Beladungseffizienz reduzieren die Puffervolumina proportional |
| ≥94 % Ausbeute beibehalten | Kein Produktverlust durch die zusätzliche Beladung – äquivalent zur Batch-Ausbeute bei dramatisch besserer Effizienz |
| Gleiches Harz und Puffer | Alle gängigen Protein-A-Harze und Ihre bestehenden Wasch-/Elutions-/Regenerationsbedingungen sind der Ausgangspunkt |
| Einfachste PCC-Konfiguration – zwei Säulen | CaptureSMB® erreicht eine äquivalente oder überlegene Leistung gegenüber komplexeren 3- oder 4-Säulen-PCC-Systemen mit nur zwei Säulen. Weniger Hardware bedeutet ein geringeres Ausfallrisiko, eine einfachere Methodenentwicklung, weniger zu optimierende Parameter und einen schnelleren Weg vom ersten BTC-Experiment zum laufenden Prozess |
| Perfusionsbereit | Kontinuierlicher Feed-Input passt direkt zum Output des Perfusionsbioreaktors – keine Batch-Taktinkonsistenz, jedoch wird ein Surge Bag empfohlen, um Flexibilität zu erhalten. |
| Direkter Scale-up-Pfad | Methodenübertragung vom Contichrom® CUBE direkt auf das Contichrom® TWIN LPLC Capture Produktionssystem für Biologika – gleiche ChromIQ® Methodenlogik |
CaptureSMB® ist anwendbar für jeden Affinitätsaufreinigungsschritt, bei dem Harzkosten, Produktivität oder die Kompatibilität mit kontinuierlichem Feed Faktoren sind. Es erstreckt sich auch auf Nicht-Affinitätsaufreinigungs- und Polishing-Anwendungen mit Bind-and-Elute-Chemie.
| Molekülklasse | Stationäre Phase | Typische Anwendung |
|---|---|---|
| Monoklonale Antikörper (mAbs) | Protein A | Kontinuierliche Aufreinigung – BMS-validiert im 100-fachen Maßstab |
| Bispezifische Antikörper | Protein A | Kontinuierliche Aufreinigung mit Titer-Variabilitätskompensation über AutomAb® |
| Antikörperfragmente (Fab, scFv) | Protein L, Protein G, IMAC | Kontinuierliche Affinitätsaufreinigung mit Optimierung der Harzausnutzung |
| Fc-Fusionsproteine | Protein A | Kontinuierliche Aufreinigung aus Hochtiter-Zellkulturen |
| Rekombinante Proteine | IMAC, kundenspezifische Affinitätsharze | Kontinuierliche Affinitätsaufreinigung |
| AAV-Gentherapievektoren | Nicht-Protein-A-Affinitätsharze | Kontinuierliche Kapsidaufreinigung – besonders wertvoll für hochpreisige Spezialharze |
| Nicht-Affinitätsaufreinigung | IEX, HIC | Bind-and-Elute-Aufreinigung und Polishing mit verbesserter Kapazitätsauslastung |
Mehr beladen. Weniger verschwenden. Kontinuierlich betreiben.
„AutomAb ist eine UV-basierte Methode zur dynamischen Prozesssteuerung, um den CaptureSMB-Prozess bei abnehmender Bindekapazität des Chromatographiemediums oder bei Änderungen der Konzentration der Produktverbindung im Feed anzupassen.“
CaptureSMB ist ein Zweisäulen-PCC-Verfahren, das zur kontinuierlichen Aufreinigung von monoklonalen Antikörpern (mAbs) und Antikörperfragmenten mittels Affinitätsharzen wie Protein A und Protein L eingesetzt wird.
Zusätzliche virale Validierungsstudien für CaptureSMB bestätigen ein Surrogat-Batchmodell, das die Virusentfernung in kontinuierlichen Capture-Prozessen präzise vorhersagt.
Ein Überblick über den aktuellen Stand und künftige Richtungen der kontinuierlichen Biochromatographie mit Erörterung der Implementierungsherausforderungen und Möglichkeiten für CaptureSMB- und MCSGP-Technologien.
Eine umfassende Übersicht über Twin-Column-Continuous-Chromatographie-Technologien einschließlich CaptureSMB und MCSGP für biopharmazeutische Capture- und Polishing-Anwendungen.
