REKOMBINANTE PROTEINE
CaptureSMB®-Capture und MCSGP-Polishing auf der Contichrom®-Plattform – MCSGP wurde in Zusammenarbeit mit Bristol Myers Squibb bei einem PEGylierten Protein mit einer Zielreinheit von 98 % demonstriert: +8,2 Prozentpunkte Ausbeute (73,1→79,1 %) | +17,8 % Produktivität | −15 % PMI | niedrigste COG (Herstellungskosten) aller fünf modellierten Szenarien. Mit Dual-Slope-MCSGP steigt die Ausbeute im Vergleich zum Batch-Maximum weiter auf +20–23 Prozentpunkte. CaptureSMB® wurde separat von BMS bei einem 100-fachen Scale-up für das Protein-A-Capture validiert.
Quellen: Kim et al., J. Chromatogr. A (2022) – BMS COG-Studie im industriellen Maßstab; Kim et al., J. Chromatogr. A(2023) – Dual-Slope-MCSGP; CaptureSMB®, BMS-Validierung im Produktionsmaßstab: Angelo et al., BioProcess International 2018
Die Batch-Bind-and-Elute-Chromatographie lässt die Harzkapazität systematisch ungenutzt. Eine Säule wird nur zu 60–80 % der dynamischen Bindungskapazität beladen, um einen Produktdurchbruch zu vermeiden – das bedeutet, dass in jedem Zyklus 20–40 % des teuren Affinitätsharzes ungenutzt bleiben.
Bei hochpreisigen Harzen – Protein L für F(ab‘)₂-Fragmente, Protein A für Fc-Fusionsproteine oder maßgeschneiderte Affinitätsträger für neuartige Scaffolds – treibt diese Unterauslastung die Herstellungskosten direkt in die Höhe. Hinzu kommen die großen Puffervolumina, die für Batch-Zyklen erforderlich sind, sowie die langen Bearbeitungszeiten bei hochkonzentrierten Feeds, wodurch das Affinity-Capture zu einem erheblichen Engpass in der Fertigung wird.
Für Hersteller, die eine kontinuierliche Downstream-Verarbeitung oder die Integration mit Perfusionsbioreaktoren anstreben, stellt das Batch-Capture zudem die größte zeitliche Diskontinuität im Prozessablauf dar.
CaptureSMB® nutzt eine Gegenstrom-Beladungsstrategie mit zwei Säulen, um die Auslastung des Affinitätsharzes zu maximieren. Während die erste Säule die volle Sättigung erreicht, wird der Durchbruch auf der zweiten Säule aufgefangen – dies gewährleistet eine nahezu vollständige Beladung beider Säulen, bevor eine Elution erfolgt. Die Harzauslastung erreicht konsistent ≥ 95 % gegenüber 60–80 % bei der Batch-Beladung.
Die dynamische Prozesssteuerung AutomAb® überwacht den UV-Durchbruch in Echtzeit und löst den Säulenwechsel automatisch aus. So wird eine optimale Beladung unabhängig von Schwankungen des Feed-Titers aufrechterhalten – dies ermöglicht einen robusten Betrieb direkt gekoppelt an einen Perfusionsbioreaktor oder einen kontinuierlichen Klärungsprozess.
CaptureSMB® ist mit jedem Affinitäts-, IEX- oder Mixed-Mode-Capture-Harz kompatibel – Protein A, Protein L, Protein G und maßgeschneiderte Affinitätsliganden.
Funktioniert mit jedem Affinitätsharz. CaptureSMB® wurde für Protein A (mAb- und Fc-Fusions-Capture), Protein L / KappaSelect (F(ab‘)₂- und κ-Leichtkettenfragment-Capture) sowie maßgeschneiderte Affinitätsharze demonstriert. Das Zwei-Säulen-Prinzip lässt sich auf jedes Bind-and-Elute-System anwenden, bei dem die Maximierung der Harzauslastung und die Minimierung des Pufferverbrauchs von Bedeutung sind.
Beladung
Harzkosteneinsparungen (F(ab‘)₂ / Protein L)
Produktivität
Pufferverbrauch
| Parameter | Batch Bind-and-Elute | CaptureSMB® mit AutomAb® |
|---|---|---|
| Harzauslastung | 60 % (Vermeidung von Durchbrüchen) | ≥ 95 % – Gegenstrombeladung sättigt beide Säulen |
| Harzkosten | Basiswert | >30 % Einsparung für Protein L nachgewiesen |
| Produktkonzentration | Basiswert | 2,2× höher im Eluat (F(ab‘)₂) |
| Pufferverbrauch | Hoch (geringere Beladung = große Wasch-/Elutionsvolumina pro g) | Um 54 % reduziert (höhere Beladung = geringere Wasch-/Elutionsvolumina pro g) |
| Umgang mit Feed-Variabilität | Feste Durchbruchsgrenze; manuelle Anpassung erforderlich | AutomAb® passt den Säulenwechsel dynamisch an das UV-Signal in Echtzeit an |
| Perfusionsintegration | Batch-Zwischenlagerung zwischen Ernte und Capture erforderlich | Direkte Kopplung |
| Prozesssteuerung | Manueller oder zeitgesteuerter Säulenwechsel | Automatisiert (AutomAb® UV-basierte PAT) |
| Harz- / Pufferkompatibilität | Jedes Affinitäts-, IEX- oder Mixed-Mode-Harz | Gleichbleibend – keine Änderung erforderlich |
Rekombinante Proteine eluieren selten als einzelne, reine Spezies. Ladungsvarianten, Aggregate, PEGylierungs-Isoformen und prozessbedingte Verunreinigungen eluieren gemeinsam mit dem Zielprotein – und herkömmliches Batch-Polishing kann diese nicht ohne kostspielige Kompromisse trennen.
Ein enger Center-Cut erreicht die Zielreinheit, verwirft aber große Fraktionen des teuren Produkts. Eine Ausweitung des Schnitts verbessert die Ausbeute, verfehlt jedoch die Reinheitsspezifikationen. Die Rückgewinnung von Seitenfraktionen durch Re-Chromatographie kostet Zeit, Puffer und erhöht die Komplexität.
Bei hochwertigen Proteinen – einschließlich PEGylierter Biokonjugate, Fc-Fusionsproteine, Zytokine, rekombinanter Enzyme und Wachstumsfaktoren – treibt diese Ineffizienz die Herstellungskosten direkt in die Höhe und verzögert den Fertigungsdurchsatz.
MCSGP (Multi-column Countercurrent Solvent Gradient Purification) eliminiert den Kompromiss zwischen Reinheit und Ausbeute. Zwei identische Säulen führen unreinere Seitenfraktionen kontinuierlich in den Reinigungszyklus zurück – so wird Produkt zurückgewonnen, das bei Batch-Prozessen als Abfall verworcht wird. Es arbeitet mit den gleichen IEX-, HIC-, Mixed-Mode- oder Affinitätsharzen und Puffern, die bereits in Ihrem Polishing-Schritt verwendet werden.
Die dynamische Prozesssteuerung AutoPeak® überwacht Elutionsprofile in Echtzeit über UV und Leitfähigkeit und passt die Sammelfenster automatisch an, um eine konsistente Ausgabequalität aufrechtzuerhalten – dies ermöglicht einen robusten, unbeaufsichtigten Betrieb rund um die Uhr.
Gleiche Chemie. Bessere Ergebnisse. MCSGP ist mit Kationenaustausch- (CEX), Anionenaustausch- (AEX), hydrophoben Interaktions- (HIC) und Mixed-Mode-Harzen bei jeder Säulengröße kompatibel. Ihre bestehenden Harz- und Pufferbedingungen sind der Ausgangspunkt – es ist keine Änderung Ihrer chromatographischen Chemie erforderlich.
Ausbeutesteigerung
PMI / Pufferreduktion
Produktivitätsgewinn
Re-Chromatographie-Läufe
| Parameter | Batch-Polishing | MCSGP mit AutoPeak® |
|---|---|---|
| Reinheit-Ausbeute-Kompromiss | Inhärent – enge Schnitte opfern Ausbeute | Eliminiert – hohe Reinheit UND Ausbeute gleichzeitig |
| Produktausbeute | 60–80 % (typischer Polishing-Schritt) | +8–23 % absolute Verbesserung |
| Re-Chromatographie | Erforderlich für Seitenfraktionen außerhalb der Spezifikation | Eliminiert – internes Gegenstrom-Recycling |
| Pufferverbrauch (PMI) | Hoch | −15 % im industriellen Maßstab nachgewiesen |
| Produktivität | Begrenzt durch Einzelsäulen-Durchsatz | Bis zu +18 % Verbesserung |
| Herstellungskosten (COG) | Basiswert | Reduziert in allen Fertigungsszenarien |
| Kampagnenflexibilität | Fester Batch-Rhythmus | Anpassbar durch Abstimmung von Zyklusanzahl und Säulendurchmesser |
| Prozesssteuerung | Manuelle Fraktionssammlung | Automatisiert (AutoPeak® UV-basierte PAT) |
Fc-Fusionsproteine werden über Protein-A-Affinität gecaptured – das gleiche Harz und die gleiche Methode wie bei Full-Length-mAbs. Die kontinuierliche Beladung mit CaptureSMB® lässt sich direkt anwenden und maximiert die Harzauslastung sowie die Produktkonzentration für diese wachsende Klasse von Therapeutika.
Antikörperfragmente ohne Fc-Region erfordern Protein L, Protein G, Protein A (für Fc-haltige Fragmente) oder maßgeschneiderte Affinitätsharze. CaptureSMB® wurde für das F(ab‘)₂-Capture mit Protein L demonstriert (>30 % Harzersparnis, 2,2× Produktkonzentration vs. Batch) und ist auf jedes κ-Leichtketten-haltige Fragment anwendbar.
Viele rekombinante Proteine werden durch maßgeschneiderte Affinitäts- oder Mixed-Mode-Harze gecaptured. CaptureSMB® ist mit jedem Bind-and-Elute-System kompatibel – die Leistungsvorteile (≥ 95 % Harzauslastung, höhere Produktkonzentration, reduzierter Pufferverbrauch) skalieren mit den Kosten des Affinitätsharzes und dem Titer.
Der kontinuierliche Beladungsmodus von CaptureSMB lässt sich direkt an den Ausgang eines Perfusionsbioreaktors koppeln – dies eliminiert große Zwischentanks, reduziert den Platzbedarf der Anlage und ermöglicht ein echtes durchgängig kontinuierliches Biomanufacturing von der Expression bis zum gereinigten Wirkstoff.
Die PEGylierung erzeugt mehrere Isoformen (mono-, di-, multi-PEGyliert), die sich in der herkömmlichen IEX- oder AEX-Chromatographie überschneiden. MCSGP trennt Isoformen bei gleichzeitig hoher Reinheit und Ausbeute – demonstriert an Modellmolekülen sowie industriell relevanten Molekülen mit vollständiger COG-Analyse (BMS-Kooperation).
Zytokine (IL-2, IFN-α, G-CSF, EPO) und Wachstumsfaktoren werden als Gemische von Ladungsvarianten aus mikrobieller oder Säugetierexpression hergestellt. Das MCSGP-IEX-Polishing gewinnt die Zielisoform mit hoher Ausbeute zurück, während deamidierte, oxidierte oder verkürzte Spezies abgetrennt werden – ohne den Ausbeuteverlust eines Batch-Center-Cuts.
Enzyme, die in mikrobiellen oder Hefesystemen hergestellt werden, enthalten prozessbedingte Verunreinigungen und Isoformen, die ein Polishing erfordern. MCSGP ist überall dort einsetzbar, wo bereits Gradienten-IEX-, HIC- oder Mixed-Mode-Polishing verwendet wird – die kontinuierliche Version arbeitet auf demselben Harz- und Puffersystem ohne chemische Änderung.
Fc-Fusionsproteine (z. B. Etanercept, Romiplostim-Klasse) erfordern nach dem Protein-A-Capture ein Polishing der Ladungsvarianten. Kontinuierliches MCSGP-IEX- oder HIC-Polishing lässt sich direkt anwenden, wobei saure/basische Varianten mit höherer Ausbeute als beim Batch-Center-Cutting entfernt werden, was bei Bedarf engere CQA-Spezifikationen ermöglicht.
Proteinaggregate und hochmolekulare Spezies, die gemeinsam mit dem Monomer-Peak eluieren, können durch Batch-Center-Cutting nicht mit hoher Ausbeute entfernt werden. MCSGP recycelt diese Seitenfraktionen intern und gewinnt das Monomer-Produkt zurück, während enge Spezifikationsgrenzen für Aggregate eingehalten werden.
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