TWIN-COLUMN CAPTURE

Kontinuierliche Capture-Chromatographie mit CaptureSMB®

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)

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Der Capture-Engpass

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® ändert die Gleichung

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.

2,5×

Produktivitätssteigerung gegenüber Batch-Protein A

92%

Harzausnutzung gegenüber 67 % Batch

50 % ↓

Pufferreduzierung gegenüber Batch-Verfahren

≥94 %

Ausbeute äquivalent zu Batch

BMS-validiert im 100-fachen Maßstab – Contichrom® CUBE zu TWIN. Angelo et al., BioProcess International, 2018.

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.

So funktioniert CaptureSMB®

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)

Methodendesign mit dem CaptureSMB® Wizard

CaptureSMB-Methoden werden im CaptureSMB® Wizard in ChromIQ® 9 entworfen – einer tab-basierten Oberfläche, die Durchbruchskurvendaten vom Contichrom® CUBE übernimmt und eine vollständige, sofort einsatzbereite Methode generiert. Der CaptureSMB Wizard beginnt mit Durchbruchskurven (BTC) Daten – der gemessenen Säulenausgangskonzentration, wenn die Säule bis zur Sättigung beladen wird.

Schritt 1 – Führen Sie ein Durchbruchskurvenexperiment am CUBE durch

Bevor Sie den Wizard öffnen, führen Sie ein Einzelsäulen-Durchbruchskurvenexperiment am Contichrom® CUBE bei der gewünschten Verweilzeit durch. Beladen Sie die Säule bis zu mindestens 70 % Durchbruch und sammeln Sie 10–15 Fraktionen für die Offline-Konzentrationsanalyse.

Die Daten des Einzellaufs sind die wichtigste erforderliche Eingabe – es sind keine zusätzlichen experimentellen Batch-Läufe erforderlich. Der Tutorial-Tab im Wizard fasst die BTC-Anforderungen und empfohlenen Verweilzeiten für Ihre Harzpartikelgröße zusammen.

Schritt 2 – Geben Sie Säulen- und BTC-Daten im Tab „Loading“ ein

Im Tab Loading geben Sie den Feed-Titer, die Säulendimensionen und die Beladungsgeschwindigkeit ein. Geben Sie die BTC-Datenpunkte (beladenes Volumen in mL vs. Durchbruchskonzentration in g/L) aus Ihrer Offline-Fraktionsanalyse ein. Wählen Sie die entsprechende BTC-Korrelationsfunktion (z. B. Monoclonal Antibody für Protein-A-Prozesse) – der Wizard passt die Kurve an und zeigt die geschätzte statische Bindungskapazität und die prognostizierte Kapazitätsauslastung an. Alle nachfolgenden Berechnungen zur Bestimmung der Beladungsparameter und zur Simulation der Prozessleistung werden aus dieser angepassten Kurve abgeleitet.

Schritt 3 – Waschen, Eluieren und Regenerieren konfigurieren

Im Tab Recovery & Regeneration geben Sie die Schritte für Ihr Nachbeladungswasch-, Elutions-, CIP- und Re-Äquilibrierungsprotokoll ein – dieselbe Sequenz, die in Ihrem bestehenden Batch-Prozess verwendet wird. Volumen, Flussrate und Pufferzuweisung pro Pumpeneinlass werden hier eingestellt. Der Wizard verwendet diese Dauern, um die Batch-Beladungsflussrate zu berechnen und sicherzustellen, dass die nachgeschaltete Säule die Beladung innerhalb des verfügbaren Regenerationsfensters abschließt.

Schritt 4 – Leistungsprädiktion überprüfen, AutomAb® aktivieren und generieren

Der Tab Method Settings & Performance zeigt die vorhergesagte Prozessleistung vor einem einzigen CaptureSMB®-Lauf an: Produktivität (g/L/h), Pufferverbrauch (L/g), Kapazitätsauslastung (%), Poolkonzentration (g/L), Zykluszeit und Umschaltzeit. Aktivieren Sie hier die dynamische Prozesssteuerung AutomAb® (siehe unten). Stellen Sie die Anzahl der Zyklen ein und klicken Sie dann auf Save – der Wizard generiert Startup-, Main-, Shutdown- und Prozedurdateien, die sofort über den ChromIQ® Prozedur-Tab ausgeführt werden können.

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AutomAb® – Titer-adaptive Beladungssteuerung für CaptureSMB®

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.

Überprüfung der CaptureSMB®-Ergebnisse: Das Evaluation Center

Evaluieren Sie Ihre CaptureSMB®-Läufe im Evaluation Center – dem integrierten Datenanalysemodul von ChromIQ®.

Zyklus-Overlay – Überlagern Sie alle Zyklen eines Laufs in einer Ansicht. Konvergierende UV-Spuren, die identische Profile zeigen, bestätigen den zyklischen stationären Zustand – typischerweise ab Zyklus 2 erreicht. Visuelle Bestätigung der Prozesskonsistenz, bevor eine vollständige Kampagne gestartet wird.
Auto-Integration – Verfolgt quantitativ die Produktrückgewinnung für jede Fraktion über jeden Umschaltvorgang und Zyklus. Bei aktivem AutomAb® wird die variierende Beladungsdauer pro Zyklus aufgezeichnet und dokumentiert – ein quantitativer Nachweis, dass der Controller korrekt kompensiert.
Überlagern – Überlagern Sie Läufe aus separaten Dateien, um Sollwerte, Harzchargen oder Scale-up-Experimente zu vergleichen.
PDF- und Excel-Export – UV-Daten pro Zyklus, Integrationsergebnisse und Prozessparameter in einem strukturierten Bericht zusammengefasst.

Das ChromIQ®-Logbuch zeichnet jeden AutomAb®-Phasenwechsel mit dem akkumulierten Vorbeladungsflächenwert auf, der ihn ausgelöst hat – eine unveränderliche Aufzeichnung jeder autonomen Beladungsentscheidung des Systems.

CaptureSMB®-Vorteile auf einen Blick

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®-Anwendungen

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

Empfohlene Systeme für kontinuierliche Aufreinigung (CaptureSMB®)

Die Contichrom®-Plattform bietet sowohl Entwicklungs- als auch Scale-up-Systeme für CaptureSMB®.

Systemübersicht

Contichrom® CUBE

Die unverzichtbare Plattform für die Chromatographie-Prozessentwicklung. Dieses vielseitige 100-bar-FPLC-Tischsystem führt Batch-, integrierte Batch- und kontinuierliche Chromatographie – einschließlich MCSGP und CaptureSMB – sofort einsatzbereit aus. Entwickeln Sie Reinigungsprozesse für mAbs, Peptide, Oligonukleotide, ADCs und virale Vektoren – mit verifiziertem Scale-up um über 100× auf Pilot- und Produktionssysteme.

Contichrom® TWIN LPLC – Einfang

Beschleunigen Sie die biopharmazeutische Capture-Chromatographie im Produktionsmaßstab. Dieses hygienische GMP-System nutzt CaptureSMB® mit AutomAb®, um die Harzausnutzung zu maximieren – und erreicht so eine bis zu 3-mal schnellere Verarbeitung und 50 % weniger Protein-A-Harz- und Pufferverbrauch im Vergleich zum Batch-Verfahren. CIP-bereites Design für mAbs, virale Vektoren, ADCs und rekombinante Proteine.

Systemübersicht

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Benötigt CaptureSMB® ein Batch-Chromatogramm als Eingabe, wie MCSGP?

Nein. CaptureSMB® beginnt mit Durchbruchskurven (BTC) Daten – der gemessenen Säulenausgangskonzentration, wenn eine einzelne Säule bis zur Sättigung beladen wird. Dies ist ein anderes Experiment als ein Batch-Chromatogramm: Sie beladen die Säule kontinuierlich über den Durchbruch hinaus (bis mindestens 70 %), sammeln und analysieren 10–15 Fraktionen. Der CaptureSMB® Wizard passt diese Daten an und leitet alle Prozessparameter daraus ab. Es sind keine zusätzlichen Batch-Läufe erforderlich.

Kann CaptureSMB® mit meinem bestehenden Protein-A-Harz und Puffern verwendet werden?

Ja. CaptureSMB® ist mit allen gängigen Protein-A-Affinitätsharzen – und Ihren bestehenden Wasch-, Elutions-, CIP- und Re-Äquilibrierungspuffern – kompatibel. Ihre aktuellen Batch-Bedingungen sind der Ausgangspunkt; der CaptureSMB®-Prozess wird daraus unter Verwendung der BTC-Daten entwickelt.

Was ist die Mindestanzahl der benötigten Säulen?

CaptureSMB® ist von Natur aus ein Zweisäulenprozess. Zwei Säulen reichen aus, um den vollen Leistungsvorteil zu erzielen: Die vorgeschaltete Säule wird über ihre DBC hinaus beladen, während die nachgeschaltete Säule den Durchbruch auffängt und Harzausnutzungen erreicht, die der statischen Bindungskapazität nahekommen. Eine dritte Säule bringt keinen weiteren Kapazitätsnutzen – sie erhöht die Hardwarekomplexität, den Overhead beim Ventilwechsel und den Aufwand für die Methodenentwicklung, ohne einen Leistungsgewinn, der dies rechtfertigt. Die Zweisäulenkonfiguration ist die einfachste mögliche PCC-Einrichtung und liefert auf der Contichrom®-Plattform die gleichen – oder bessere – Ergebnisse als komplexere Mehrsäulensysteme.

Woher weiß AutomAb®, wann umgeschaltet werden muss – und wie stelle ich die Ziel-Vorbeladungsfläche ein?

AutomAb® integriert das UV-Signal zwischen den Säulen (abzüglich der Verunreinigungs-Baseline vom vorherigen Umschaltvorgang) über die verbundene Beladungsphase und erstellt eine laufende Vorbeladungsfläche in mAU·min. Wenn dieser integrierte Bereich den Ziel-Sollwert erreicht, stoppt die Beladung. Um den Sollwert abzuleiten: Führen Sie CaptureSMB® ohne aktives AutomAb® bis zum stationären Zustand aus, öffnen Sie den Lauf im Evaluation Center, wählen Sie den Markertyp „Preload area“ und lesen Sie die Werte über die Umschaltvorgänge im stationären Zustand ab. Der Durchschnitt dieser Werte ist Ihr AutomAb®-Sollwert. Geben Sie ihn im Tab „Method Settings & Performance“ ein und aktivieren Sie AutomAb®. Die Ableitung erfordert typischerweise einen CaptureSMB®-Referenzlauf im stationären Zustand.

Wie ist der Scale-up-Pfad vom CUBE zur Produktion?

Für Biologika werden am Contichrom® CUBE entwickelte Methoden direkt auf das Contichrom® TWIN LPLC CaptureSMB® Produktionssystem übertragen – ein hygienisches Design mit CIP-Fähigkeit, das für die biopharmazeutische Herstellung geeignet ist. Die Säulendimensionen ändern sich; die ChromIQ®-Methodenlogik, die BTC-abgeleiteten Parameter und der AutomAb®-Vorbeladungsflächen-Sollwert werden direkt übertragen – eine Neuentwicklung des Prozess-Sollwerts im Maßstab ist nicht erforderlich. Bristol Myers Squibb demonstrierte dies im 100-fachen Maßstab ohne Qualitätsabweichungen. Der Contichrom® PILOT 300X kann CaptureSMB® ausführen, aber sein nicht-hygienisches Design macht ihn für die Biologika-Produktion ungeeignet – er ist für CaptureSMB® von kleinen Molekülen und Oligonukleotiden anwendbar.