Reinigung humaner monoklonaler Antikörper und deren Fragmente, Methoden in der Molekularbiologie, 2018 (Buchkapitel)
Methoden zur Reinigung humaner mAbs und Fragmente, umfassend sowohl Batch- als auch kontinuierliche Chromatographieansätze.
MONOKLONALE ANTIKÖRPER
CaptureSMB® — Kontinuierliche Einfangchromatographie für mAbs
Zweikolonnen-Protein-A-Einfang für die mAb-Herstellung. Beladen Sie Protein A bis zu seiner tatsächlichen Kapazität – und halten Sie sie dort, Zyklus für Zyklus. Von Bristol Myers Squibb vom Labor- bis zum GMP-Produktionsmaßstab bei 100× Scale-up validiert: 2,5× Produktivität | 92 % Harzausnutzung (vs. 67 % Batch) | 50 % weniger Puffer | ≥94 % Ausbeute (entspricht Batch)
Quelle: Angelo et al., BioProcess International 2018; Müller-Späth et al., Biotechnol. Bioeng. 2019 (Bristol Myers Squibb)
Der Protein-A-Capture-Engpass
Monoklonale Antikörper dominieren den biopharmazeutischen Markt — mit über 100 zugelassenen Produkten, einer schnell wachsenden Biosimilar-Welle und sich ausweitenden Next-Generation-Formaten (Bispezifika, ADCs, Fc-Fusionsproteine). Die Downstream-Reinigung muss Schritt halten.
Der Protein-A-Affinitäts-Capture-Schritt ist das Fundament der mAb-Downstream-Prozessierung — doch konventionelle Batch-Chromatographie ist von Natur aus ineffizient. Säulen werden konservativ nur bis 50–70 % der dynamischen Bindekapazität des Harzes beladen, wodurch teures Protein-A-Harz ungenutzt bleibt. Lange, sequenzielle Zykluszeiten (Beladen → Waschen → Eluieren → Regenerieren → Re-Äquilibrieren) erzeugen Leerlaufzeiten der Säule, begrenzen den Durchsatz und vergrößern den Anlagen-Footprint.
Da Zellkultur-Titer inzwischen routinemäßig über 5–15 g/L liegen und Perfusionsbioreaktoren eine kontinuierliche Feed-Verarbeitung erfordern, ist der Batch-Capture-Schritt der geschwindigkeitsbestimmende Engpass in der modernen mAb-Herstellung.
Die Lösung: CaptureSMB® mit AutomAb® für mAb-Capture
CaptureSMB® ist ein optimierter Zweikolonnen-Prozess im periodic countercurrent (PCC)-Betrieb für die kontinuierliche Protein-A-Capture von monoklonalen Antikörpern und Antikörpervarianten. Zwei identische Säulen arbeiten in koordinierten, miteinander verbundenen und parallelen Phasen — und maximieren die Harzausnutzung, indem sicher deutlich über den Breakthrough-Punkt hinaus beladen wird, während die zweite Säule jedes durchbrechende Produkt auffängt. Das Ergebnis: 2,5× höhere Produktivität (von BMS gezeigt), 92 % Harzausnutzung (vs. 67 % Batch) und 50 % Pufferersparnis gegenüber Batch.
Die dynamische Prozessregelung AutomAb® nutzt In-line-UV-Sensoren an jedem Säulenausgang, um die Breakthrough-Kurve in Echtzeit zu überwachen, und passt die Dauer der verbundenen Beladung automatisch an, um Feed-Titer-Variabilität, Säulenalterung und Batch-zu-Batch-Variation zu kompensieren — für eine robuste, unbeaufsichtigte 24/7-Kontinuierlich-Capture.
Gleiches Harz. Gleiche Puffer. Überlegene Performance. CaptureSMB funktioniert mit allen gängigen Protein-A-Harzen — MabSelect SuRe, MabSelect PrismA, Amsphere und weiteren — und verwendet Ihre bestehenden Wasch-, Elutions-, Regenerations- und CIP-Puffer unverändert. Ihre aktuellen Batch-Bedingungen sind der Ausgangspunkt; CaptureSMB® wird darauf aufbauend entwickelt. Es werden nur zwei Säulen benötigt — die einfachste verfügbare PCC-Konfiguration.
Nachgewiesene Ergebnisse: CaptureSMB® vs. Batch – Protein-A-Capture – mAb
2,5×
Produktivitätssteigerung
8,4 → 26,5 g/L/h
92%
Harzausnutzung
vs. 67 % Batch
50 % ↓
Pufferreduktion
0,73 → 0,34 L/g
≥94 %
Ausbeute beibehalten
Konsistent in beiden Maßstäben
24/7
Kontinuierlicher Betrieb
Perfusionsbereit
100×
Scale-up validiert
CUBE → TWIN (BMS)
Vergleichstabelle zur mAb-Reinigung:
| Parameter | Batch Protein-A-Capture | CaptureSMB® mit AutomAb® |
|---|---|---|
| Harzausnutzung (DBC) | 67 % — konservative Beladung zur Vermeidung von Breakthrough | 92 % — sicheres Überladen mit Capture durch die zweite Säule |
| Produktivität | 8,4 g/L/h — begrenzt durch sequenzielle Zykluszeiten und Leerlauf | 26,5 g/L/h — 2,5× höher, kontinuierliche Beladung eliminiert Leerlauf |
| Pufferverbrauch | 0,73 L/g — große Säulenvolumina treiben den Pufferbedarf | 0,34 L/g — 50 % Reduktion durch kleinere Säulen |
| Produktausbeute | ≥94 % typisch | ≥94 % — entspricht Batch |
| Produktqualität (HCP, Agg, DNA) | HCP 447 ppm, HMW 3,0 % | Vergleichbar — HCP 500 ppm, HMW 2,9 % |
| Empfindlichkeit gegenüber Feed-Titer | Konservatives Timing — erfordert feste Ladevolumina | AutomAb® passt dynamisch an Titer-Variabilität an |
| Säulenalterung | Feste Ladeparameter, Performance nimmt über die Lebensdauer ab | AutomAb® kompensiert Kapazitätsverlust in Echtzeit |
| Perfusionskompatibilität | Batch-Takt passt nicht zur kontinuierlichen Feed-Zufuhr | Ideal — kontinuierliche Beladung passt direkt zur Perfusionsausbeute |
| Hardware-Komplexität | Eine Säule, einfach | Zwei Säulen — einfachste PCC-Konfiguration |
| Prozesskontrolle | Manuelle Überwachung oder timerbasiert | Automatisierte UV-basierte PAT (AutomAb®) |
| Stationäre Phase / Puffer | Standard Protein A | Gleich — keine Änderung erforderlich |
Anwendungen für mAbs & Antikörpervarianten
Monoklonale Antikörper (IgG1, IgG2, IgG4)
CaptureSMB® liefert 2,5× höhere Protein-A-Capture-Produktivität für alle IgG-Subtypen bei gleichzeitiger Beibehaltung von ≥94 % Ausbeute und vergleichbarer Produktqualität (HCP, Aggregate, DNA). Bei 100× Maßstab von Bristol Myers Squibb über mehrere Moleküle hinweg validiert.
Biosimilar-mAbs
Biosimilar-Hersteller stehen unter starkem Kostendruck. Die 2,5× höhere Produktivität und 50 % Pufferersparnis von CaptureSMB senken die Herstellungskosten (Cost of Goods) direkt — ein entscheidender Wettbewerbsvorteil im Biosimilar-Markt, in dem Differenzierung über Fertigungseffizienz erfolgt.
Bispezifische Antikörper
Bispezifische Formate bringen besondere Downstream-Herausforderungen mit sich (Entfernung von Homodimeren, Ladungsvarianten). CaptureSMB® maximiert die Effizienz des Capture-Schritts und schafft Kapazität für die komplexeren erforderlichen Polishing-Schritte. MCSGP Continuous Polishing auf derselben Contichrom-Plattform kann zudem eng verwandte bispezifische Varianten weiter auflösen.
Antikörperfragmente (Fab, F(ab‘)₂, scFv, VHH/Nanobodies)
Antikörperfragmente können über Protein L, Protein A (für Fc-haltige Fragmente) oder kundenspezifische Affinitätsharze gecaptured werden. CaptureSMB® wurde für die Capture von F(ab‘)₂-Fragmenten mit Protein L (KappaSelect) im Zweikolonnen-Gegenstrommodus (Ulmer et al. 2015) demonstriert und liefert die gleichen Produktivitäts- und Harzausnutzungsgewinne wie bei vollständigen mAbs.
Anwendungen für mAbs & Antikörpervarianten – Fortsetzung….
Fc-Fusionsproteine
Fc-Fusionsproteine (z. B. Etanercept, Abatacept) werden über Protein-A-Affinität gecaptured. Die kontinuierliche Capture mit CaptureSMB® lässt sich direkt anwenden — und maximiert Harzausnutzung und Durchsatz für diese wachsende Wirkstoffklasse.
Perfusionsgekoppelte kontinuierliche Fertigung
Der kontinuierliche Belademodus von CaptureSMB ist ideal auf die Ausbeute von Perfusionsbioreaktoren abgestimmt. Durch die direkte Kopplung von CaptureSMB® an die Bioreaktor-Ernte erreichen Hersteller eine echte End-to-End-kontinuierliche Bioproduktion — mit geringerem Anlagen-Footprint, ohne große Ernte-Haltetanks und mit kürzerer Produktionskadenz.
mAb-Polishing mit MCSGP
Für Trennungen von Ladungsvarianten, Aggregaten oder Fragmenten, die ein Gradienten-Polishing erfordern (CEX, HIC), eliminiert MCSGP Continuous Polishing auf derselben Contichrom-Plattform den Reinheits-Ausbeute-Kompromiss — und erhöht die Polishing-Ausbeute bei gleichzeitiger Einhaltung der Ziel-CQA-Spezifikationen (Müller-Späth et al. 2008, 2010).
Bereit, Ihren mAb-Reinigungsprozess zu intensivieren?
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