ZWEISÄULEN-POLISHING
Zurückgewinnen, was die Batch-Chromatographie zurücklässt.
MCSGP-Chromatographie ist ein präparatives Zwei-Säulen-HPLC-Verfahren, das den Kompromiss zwischen Reinheit und Ausbeute beim Polishing mittels Umkehrphasen- und Ionenaustauschchromatographie aufhebt – gleiches Harz, gleiche Puffer, keine Änderung der Chemie.
Mit der dynamischen Prozesssteuerung AutoPeak® liefert MCSGP Reproduzierbarkeit auf Produktionsniveau auf der Contichrom®-Plattform, validiert im GMP-Maßstab in der Peptid- und Oligonukleotid-Herstellung.
Validiert über 4 PPQ-Läufe: 99,2% Reinheit | −96% In-Prozess-Kontrollen | 235 h unbeaufsichtigter Betrieb | +9% Ausbeutesteigerung
Quelle: Eisenhuth & Müller-Späth, Processes 2025 (Bachem Bivalirudin PPQ-Kampagne, Open Access)
Jeder Gradienten-Polierungsschritt unterliegt derselben Einschränkung. Ein enger Mittelschnitt erreicht die Zielreinheit – verwirft jedoch Produkt in den frühen und späten Fraktionen, die den Peak flankieren. Eine Verbreiterung des Schnitts gewinnt dieses Produkt zurück – verfehlt jedoch die Reinheitsspezifikation. Die Lagerung von Seitenfraktionen und deren Wiederaufarbeitung durch zusätzliche Batch-Läufe verbessert die Ausbeute nur zu enormen Kosten: Sie vervielfacht Handhabungsschritte, analytischen Aufwand, Pufferverbrauch und Kampagnendauer.
Dies ist kein Fehler in der Methodenentwicklung. Es ist eine inhärente Limitierung der Einsäulen-Batch-Chromatographie. Wenn Ihr Produkt und seine Verunreinigungen eng eluieren, kann keine Fraktionierungsstrategie gleichzeitig sowohl Reinheit als auch Ausbeute auf einer einzelnen Säule maximieren.
MCSGP (multicolumn countercurrent solvent gradient purification) optimiert nicht den Schnitt – es eliminiert den Kompromiss, indem die unreinen Seitenfraktionen kontinuierlich rezykliert werden, anstatt sie zu verwerfen.
Zwei identische Säulen arbeiten in einem koordinierten zyklischen Prozess. Während eine Säule eluiert, regeneriert die andere und belädt parallel frisches Ausgangsmaterial. Die früh eluierenden und spät eluierenden unreinen Fraktionen – die Seitenschnitte, die Batch-Prozesse sammeln, poolen, lagern und wiederaufarbeiten – werden stattdessen direkt von der ersten Säule zur zweiten Säule mit In-line-Verdünnung übertragen, bereit zur Re-Adsorption und erneuten Trennung im nächsten Wechsel. Produkt verlässt das System nur, wenn es rein ist. Das Ergebnis ist, dass hohe Ausbeute und hohe Reinheit gleichzeitig in einem kontinuierlichen automatisierten Prozess erreicht werden.
Da MCSGP mit demselben Gradienten wie Ihr bestehender Batch-Polierungsschritt arbeitet, gibt es keine Änderung bei Harz, Puffern oder Eluentenzusammensetzung. Ihre Batch-Methode ist der Ausgangspunkt.
Die Leistungsgewinne sind über mehrere validierte industrielle Anwendungen quantifiziert. Sowohl Bachem AG als auch Bristol Myers Squibb haben Ergebnisse über Peptid- und Proteinanwendungen veröffentlicht.
Absolute Ausbeutesteigerung bei Zielreinheit
Lösungsmittelreduktion vs. Batch-Prozess
Re-Chromatographie-Läufe, internes Recycling ersetzt Pooling
Kampagnendauer (Peptid-API), Bachem, GMP-Produktionsmaßstab
Die Ausbeute- und Kostenvorteile der multicolumn countercurrent solvent gradient purification gegenüber der konventionellen Single-Column-Batch-Chromatographie werden über mehrere GMP-Herstellungskampagnen quantifiziert.
| Kennzahl | Batch-HPLC | MCSGP-Chromatographie |
| Ausbeute bei Zielreinheit | Baseline | +10–50 % absolute Steigerung |
| Lösungsmittelverbrauch | Baseline | −75 % |
| Re-Chromatographie-Läufe | Erforderlich für Seitenfraktionen | Null – internes Recycling |
| Kampagnendauer (Peptid-API) | 5 Tage | 24 Stunden |
| In-Prozess-Kontrollen | Baseline | −96 % |
| Unbeaufsichtigter Betrieb | Begrenzt | 235 h kontinuierlich |
Bachem AG Peptid-API-Herstellung, Eisenhuth, R.; Müller-Späth, T. Processes, 2025, (Open Access), Weldon, R. et al. J. Chromatogr. A, 2022 (Open Access). Weldon, R. et al. Org. Process Res. Dev., 2025 (Open Access).
Jeder MCSGP-Zyklus besteht aus zwei Wechseln, mit einer Elution von jeder Säule pro Zyklus. Innerhalb eines Wechsels laufen vier Phasen nacheinander ab:
| Phase | Vorgeschaltete Säule | Nachgeschaltete Säule |
|---|---|---|
| P1 – Elutionsstart | Gradient gestartet; schwach adsorbierende Verunreinigung (W) entfernt | Regeneration abgeschlossen; Vorbereitung für Beladung |
| P2 – Schwaches Recycling | Säulen verbunden; frühe Fraktionen niedriger Reinheit (W/P) mit In-line-Verdünnung zur Downstream-Säule zur Re-Adsorption übertragen | Empfängt rezyklierte W/P-Fraktion + bindet Produkt |
| P3 – Produktsammlung | Reiner Produkt-Mittelschnitt (P) gesammelt | Frisches Ausgangsmaterial beladen |
| P4 – Starkes Recycling | Späte Fraktionen niedriger Reinheit (P/S) mit In-line-Verdünnung zur Downstream-Säule zur Re-Adsorption übertragen | Empfängt rezyklierte P/S-Fraktion + bindet Produkt |
Am Ende des Wechsels tauschen die beiden Säulen durch Ventilschaltung ihre Positionen – keine physische Bewegung – und der Zyklus wiederholt sich. Der Prozess erreicht innerhalb von 1–2 Zyklen einen zyklischen Steady State, ab dem Produktqualität und Ausbeute von Zyklus zu Zyklus konsistent sind.
Die In-line-Verdünnung während der Recycling-Phasen (P2 und P4) senkt die eluotrope Stärke der übertragenen Fraktion und stellt sicher, dass das rezyklierte Produkt auf der Downstream-Säule re-adsorbiert, anstatt durchzulaufen. Der Verdünnungsfaktor wird automatisch vom MCSGP-Assistenten aus dem Batch-Chromatogramm berechnet.
Das MCSGP-Prozessprinzip (.pptx)
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Zeitfeste Phasengrenzen funktionieren während der frühen MCSGP-Entwicklung, wenn die Bedingungen gut definiert sind und der Prozess engmaschig überwacht wird. Für Fertigungskampagnen – bei denen Säulenalterung die Retentionszeiten verschiebt, Pufferchargen variieren und der Prozess automatisch über Hunderte von Zyklen laufen muss – ist AutoPeak® unerlässlich.
AutoPeak® ersetzt zeitfeste Phasenübergänge durch Echtzeit-UV-gesteuerte Grenzen. Das UV-Signal am Auslass der eluierenden Upstream-Säule wird kontinuierlich überwacht. Wenn das Signal den definierten Schwellenwert überschreitet – einen absoluten mAU-Wert an der aufsteigenden Peakfront oder einen Prozentsatz des tatsächlichen Peakmaximums dieses Wechsels an der absteigenden Flanke – wird eine neue Prozessphase gestartet. Vier Übergänge können unabhängig gesteuert werden: Start des schwachen Recyclings (t2), Start der Produktsammlung (t3), Ende der Produktsammlung (t4) und Ende des starken Recyclings (t5).
Das entscheidende Detail ist, dass die relativen Trigger (% des Peakmaximums) bei jedem Wechsel neu aus dem tatsächlichen UV-Maximum dieses Wechsels berechnet werden – nicht aus einer festen Referenz. Das bedeutet, dass sich AutoPeak® sowohl an Änderungen der Peakhöhe als auch der Peakposition anpasst. Wenn die Ausgangsmaterialkonzentration sinkt und der Elutionspeak schrumpft, funktionieren die Flanken-Trigger weiterhin am korrekten relativen Punkt. Sammlungsfenster folgen dem Peak, wohin er sich auch bewegt, über die gesamte Säulenlebensdauer, ohne jegliche Bedienereingriffe nach der initialen Konfiguration.
Die Triggerwerte werden aus den am Batch-Chromatogramm gesetzten Abschnittsgrenzen vorab ausgefüllt – keine manuelle Eingabe erforderlich.
Siehe Dynamische Prozesssteuerung → für den vollständigen Mechanismus und Anleitung zu Triggertypen
Jeder MCSGP-Lauf wird im Evaluation Center erfasst – ChromIQ®s integriertem Datenanalysemodul.
Das ChromIQ®-Logbuch zeichnet jedes Systemereignis und jeden AutoPeak®-Trigger mit Zeitstempel und auslösendem Wert auf – ein unveränderlicher Audit-Trail jeder Entscheidung, die das System getroffen hat.
| Vorteil | Was es in der Praxis bedeutet |
|---|---|
| 10–50 % absolute Ausbeutesteigerung | Produkt aus Seitenfraktionen zurückgewonnen, die Batch-Prozesse verwerfen – reduziert direkt das pro Charge erforderliche Rohmaterial |
| Re-Chromatographie eliminiert | Kein Poolen, Lagern oder Wiederaufarbeiten von Seitenfraktionen – QC-Aufwand und Kampagnendauer proportional reduziert |
| Bis zu 5× Durchsatzgewinn | Paralleler Säulenbetrieb und kleinere Säulen eliminieren Batch-Leerlaufzeiten – mehr Produkt aus derselben Anlagenfläche |
| Dasselbe Harz und dieselben Puffer | Keine Änderung der chromatographischen Chemie – Ihre bestehenden Batch-Bedingungen sind der Ausgangspunkt für die MCSGP-Entwicklung |
| 24/7 unbeaufsichtigter Betrieb | AutoPeak® erhält konsistente Ausgabequalität ohne Bedieneraufsicht über erweiterte Kampagnen aufrecht |
| Direkter Scale-up-Pfad | Auf dem Contichrom® CUBE entwickelte Methoden werden direkt auf den Contichrom® PILOT 300X und TWIN HPLC übertragen |
MCSGP ist auf Gradienten-Polierungsschritte anwendbar, bei denen der Produktpeak mit strukturell ähnlichen Verunreinigungen koeluiert. Zum Beispiel kann MCSGP bei der AAV-Reinigung während der AEX-Polierung eingesetzt werden, um überlappende Leer-/Vollkapsid-Fraktionen zu rezyklieren und die Rückgewinnung von Vollkapsiden zu verbessern.
| Molekülklasse | Stationäre Phase | Typische Trennung |
|---|---|---|
| Monoklonale Antikörper | Kationenaustausch (CEX) | Ladungsvariantentrennung – saure/basische Isoformen von der Hauptspezies, Aggregat- (HMW) und Fragment- (LMW) Trennung |
| Bispezifika / Antikörpervarianten | CEX, Mixed-Mode | Komplexe Ladungsvariantenprofile; Entfernung von Halb-Antikörpern, parentalen Antikörpern und fehlgepaarten Spezies |
| Antikörper-Wirkstoff-Konjugate (ADCs) | Hydrophobe Interaktion (HIC), RP | DAR-Spezies-Trennung; Entfernung unkonjugierter Antikörper |
| Peptide | Umkehrphase (RP) | Deletionssequenzen, oxidierte Varianten, Entfernung eng eluierender Verunreinigungen |
| Oligonukleotide | Anionenaustausch (AEX) | n−1 / n+1 Shortmere, Backbone-Varianten, eng aufgelöste Sequenzverunreinigungen |
| Rekombinante Proteine | CEX, AEX, HIC | PEGylierungs-Isoformentrennung; Aggregat- und Ladungsvariantenentfernung |
| Kleine Moleküle & Nutraceuticals | RP | Trennung des Zielprodukts von eng eluierenden Verunreinigungen |
Gewinnen Sie alles zurück. Arbeiten Sie nichts wieder auf.
Systematische parametrische Analyse von Sechs-Säulen-MCSGP etabliert Designprinzipien für Mehrsäulen-Kontinuierliche-Chromatographie-Konfigurationen.
Das grundlegende MCSGP-Verfahrensdesign demonstriert kontinuierlichen Gegenstrombetrieb mit Lösungsmittelgradienten zur Biomolekülreinigung.
Die Einführung des MCSGP-Konzepts der kontinuierlichen Chromatographie stellt Prozessprinzipien vor und zeigt eine 10-fache Produktivitätssteigerung gegenüber der Batch-Chromatographie.
Die Gegenstrom-Mehrsäulen-Chromatographie mit Modifikatorgradienten bildet die theoretischen Grundlagen für die MCSGP-Technologie.
Die grundlegende Doktorarbeit präsentiert die umfassende Entwicklung von Gegenstrom-Chromatographie-Reinigungsprozessen, die die MCSGP-Technologie begründeten.
