CN101137399A - 灭菌方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对填充有分离基质的色谱柱进行灭菌的方法，该方法包括使过热水性液体通过柱的填充物以获得至少一个基本无菌的填充色谱柱。该方法还可以包括预先加热。在最有利的实施方案中，过热水性液体以基本均匀的流量通过柱的填充物，从而获得对填充柱的灭菌。

Description

灭菌方法
技术领域
本发明涉及对填充色谱柱进行灭菌的方法。本发明还包括用于对填充色谱柱进行灭菌的系统、所述灭菌的填充色谱柱在生物分子纯化中的用途、以及无菌填充色谱柱。
背景技术
生物技术方法在制备生物分子，比如蛋白质和肽，方面的快速发展，也对在所述方法中使用的设备提出了新的要求。例如，在制药工业中，为了得到权威部门作为药物的许可，最终制品必须满足一些在纯度和安全性方面的要求。制备生物分子的方法通常涉及很多纯化步骤，比如过滤、沉淀、色谱法等。液相色谱是公知的、广泛应用的技术，可以简单表述成基于组分的物理或者化学性质上的差异分离混合物的组分。更具体而言，在色谱法中，使两种互相不混溶的相接触，其中通常称作基质或者树脂的一种相是固定的，而另一相是移动的。引入移动相的试样混合物在被移动相携带通过系统时，经历固定相和移动相之间的一系列相互作用。利用了试样中组分的物理或化学性质不同的相互作用，控制着各个组分移动通过柱的迁移速率。由于具有相当的通用性，色谱法通常用于生物技术加工和需要将一种或多种有用组分从含有其它组分(可能是没有用的或者价值较低)的流体混合物中分离出来的任何其它方法中。因此，色谱法可用于例如涉及去除和/或隔离病毒、核酸、致热原、精细化学物质、食品添加剂、诊断剂和药物的方法中。
用于制备生物分子，比如蛋白质和肽，的常规方法通常包括首先通常通过氢氧化钠溶液对容器、过滤器、色谱柱等进行原位清洁(cip)卫生化，随后进行操作，同时保持生物负担(bioburden)尽可能低。为了获得无菌制品，保持非常清洁的条件直到最后一步骤，这涉及将制品通过无菌过滤器进入无菌容器。
但是，这种常规方法的已知问题是具有特殊大型三维结构的制品，比如大DNA分子、病毒和蛋白质复合体，不能在不损害回收率的情况进行无菌过滤。例如，通常的无菌过滤器的气孔尺寸为0.22微米，而例如牛痘病毒、棒状病毒的直径多达260nm，长度可以多达700微米。制品灭菌的替换方式已知有比如添加化学物质或者高压灭菌。但是，由于高纯度要求，在生物技术制备药物分子中，通常避免加入化学物质。另外，高压灭菌涉及会很容易杀死活生物体、或者至少使其构象发生显著变化而由此消灭其生物活性的温度和压力，通常不适于比如病毒和质粒的制品。
上述灭菌最终制品的替换方案会是采用先前的已灭菌设备从无菌原料开始运行整个方法。在本文中“设备”会包括发酵器(通常包含有发酵培养液)、管道、其它容器、过滤器、离心器、和色谱柱等。用于对过程设备进行灭菌的最常用方法之一一般是高压灭菌，其中发酵器(任选填充有培养液)通常进行高压灭菌处理，没有任何严重的问题，前提是它们的尺寸允许很容易地移动。一般而言，管道、容器和过滤器也是可以很容易高压灭菌地。一种称作中空纤维的具体过滤器，其中在中空纤维内部固定有薄层树脂，已经用蒸汽和/或热水进行了灭菌，但是也已经成功地进行了高压灭菌。这主要是因为中空纤维中的所述树脂层薄得足以在均匀性和填充性质方面不造成任何问题。
但是，就色谱设备而言，高压灭菌方法更加复杂。首先，在大规模处理中，色谱柱的尺寸通常不容易移到高压釜中。第二，在高压釜中封闭容器，比如填充色谱柱，中的压力可能带来严重问题，例如在均匀性和其它填充性质方面的问题。为此，色谱柱和色谱基质的灭菌通常是分开进行，这意味着要求后续填充柱的步骤。除了耗时并因而成本很高以外，在不污染的情况下这种填充可能实际上难以保证。第三，由于在高压灭菌过程中树脂中热输送低，所以灭菌会要求极长的处理时间，在一些情况下仍然不能在整个基质中正确实现。
在US5817528(B
Figure A20068000726800051
hm等)公开了不同组分分别灭菌的实例，该实例涉及制备无菌无致热原柱的方法，所述柱包含旨在用于从人体受试者血液中去除预定物质的偶联蛋白质。根据US5817528，通过在每一制备步骤提供无菌无致热原的原料实现了最终含蛋白质制品的灭菌。更具体而言，该方法提供了不含病原体的纯化的蛋白质溶液；和无菌无致热原的柱基质材料，比如琼脂糖。然后，将无菌无致热原的活化基质材料和无病原体的纯化蛋白质溶液在无菌条件下结合，以实现蛋白质和基质材料的结合，蛋白质偶联的基质材料在无菌条件下填充到无菌无致热原外壳中以形成无菌无致热原的柱。但是，这种方法要求大量的工艺步骤，由于每一步骤都增加了总成本所以这在工业方法中是不利的。
在US5423982(Jung-bauer等)中公开了填充色谱柱的灭菌，这涉及非常适于原位灭菌的液相色谱柱，其中所述原位灭菌通过用灭菌溶液清洗实现。色谱柱中的具体排列，包括多层烧结金属过滤器和位于出口的波纹状膨胀环，据称减少或者消除了其中微生物可以和灭菌溶液隔开的“死空间”。在US5423982中使用的在填充床中的灭菌溶液包含1500ppm过乙酸作为灭菌剂。
在US5676837(Jungbuer等)中公开了化学灭菌的另一个实例，涉及用于通过强氧化剂对具有强抗氧化性的液相色谱树脂进行灭菌的方法。根据US5676837，常用灭菌剂的一个实例是处于中性或者酸性pH的乙醇/水，常见浓度是大约20％乙醇。但是，如同所公知的，20％乙醇没有杀孢子效果，所以不能完全灭菌，另外，大分子聚集体可能通过所述处理而失稳。US5676837声称用于仪器等的常用灭菌技术，即通过湿热破坏微生物，还没有用于对色谱树脂进行灭菌，这是因为色谱树脂通常具有温度敏感性。为了避免上述缺点，US5676837建议了一种通过用过羧酸的水溶液清洗色谱树脂来对色谱树脂进行灭菌的方法，所述溶液还含有浓度为大约0.1-2M的乙酸盐缓冲液。灭菌可以在分离的容器中进行，或者，可替换地，可以通过将溶液倒入并通过填充色谱柱来进行。
总而言之，结论是在本领域仍然需要用于灭菌的强有力方法，包括色谱柱的孢子破坏，尤其在用于制备大的标的物，比如病毒载体和质粒DNA的过程中。更具体而言，需要和无菌过程相适应的无菌填充色谱柱。
发明内容
本发明涉及填充色谱柱的清洁和灭菌。本发明的一个方面是提供用于填充色谱柱的灭菌的新方法。这可以通过向填充色谱柱施加水性液体、压力和热量的组合来实现。
另一个方面是提供所述方法，该方法避免添加化学物质；不损害基质的填充性质；和/或不损害官能化的色谱基质的结合性质。
本发明的另一方面是提供用于色谱柱灭菌的新型系统，尤其是用于大规模处理的系统。特别方面是提供所述灭菌系统，它使得可以在无菌条件下纯化大的制品。
另一方面是提供无菌的填充色谱柱。
本发明的其它方面和优点将由下面的详述变得显而易见。
附图说明
图1示意性示出了根据本发明的流程图。
图2示意性示出了在实施例1中使用的设备，在下面进行了更详细地描述。
图3示出了在下面实施例2中进行的压力/流量测试结果。更具体而言，图3a示出了灭菌的和非灭菌的色谱基质的流量/压力测试结果，所述色谱基质用阴离子交换基团进行了官能化处理，而图3b示出了没有配体(没有官能化的)的灭菌和非灭菌的色谱基质的流量/压力测试结果。
图4示出了对实施例3中的已经用阴离子交换基团官能化的灭菌和非灭菌色谱基质进行的功能测试。更具体而言，示出了3种型号蛋白质的混合物的色谱洗脱分布。
图5示出了根据本发明用于热灭菌的系统，如下面实施例5中所述，包括液体储存器(容器)、活塞泵和柱。
图6示出了填充柱在灭菌之前的性能测试结果，如实施例6中所述。
图7示出了填充柱在灭菌之后的性能测试结果，如实施例6中所述。
定义
在色谱柱中的术语“填充的”是指容器基本上填充有固定相，也称作色谱树脂、分离基质或者介质。而且，  “填充的”假定塔板数和非对称性，通常被接受为表明在整个柱中流动是均匀稳态的，如同本领域技术人员所理解的那样(参见例如“Protein Purification”，Ed.Jan-ChristerJansson&Lars Rydn；和“Practical High-Preformance LiquidChromatography”，eronikaR.Meyer，第二版，1993，Ed.John Wiley&Sons，第39-40)。
术语“过热”液体是指已经被加热到沸点以上但没有转变成蒸气的液体。
本文所用的术语“生物分子”包括蛋白质；比如酶和抗体；肽；核酸，比如DNA、RNA和PNA；病毒；细胞和细胞组分。
术语“生物负担(bioburden)”是指在制品和/或包装上的存活微生物种群。
术语“F0”值根据其在微生物学领域中的标准定义使用。例如，在121℃灭菌15分钟获得F0值为15分钟。因此，F0值是表示在121.1℃(250℉)要求破坏特定数量的、z值是10℃(18℉)(这个值是肉毒杆菌的z值)的生物体的时间的参考值。D值表示在杀死90％(llog10循环)细菌种群(营养细胞或者孢子)所需的特定温度的时间(单位分钟)，z值对应于特定热死亡时间曲线通过一个log循环D值所需的温度度数。F值等于处于破坏特定数目的具有特定z值的生物体所需的特定温度的分钟数。因此，F值是对热处理灭菌的能力的度量值。术语“配体”在本文中是指能够和靶向化合物相互作用的官能团或者分子。在色谱基质中，多个配体经由连接基或者较长的要素(称作间隔基)连接到多孔或者非多孔载体上。公知的配体包括带电荷的基团(离子交换配体)；疏水基团；能够螯合金属的基团(IMAC配体)；和对特定靶向物具有生物亲和力的基团，比如抗体-抗原相互作用(亲和力配体)。混合模式的配体也是公知的，其包括两种或多种不同的所述相互作用的基团，比如疏水性实体和带电荷的实体。
发明详述
在第一方面，本发明涉及对填充有分离基质的至少一个色谱柱进行灭菌的方法，该方法包括使过热的水性液体通过所述柱(一个或多个)的填充物，以获得至少一个基本无菌的填充色谱柱。在具体实施方案中，在通过所述过热液体后所述柱是无菌的。
有利的实施方案是对至少一种填充有分离基质的色谱柱进行灭菌的方法，该方法包括将水性液体加热到某温度，该温度在普遍压力(prevailing pressure)下提供过热水性液体；将所述过热水性液体通过柱的填充物，以获得至少一个基本无菌的填充色谱柱。在本文中，应该理解水性液体被加热到它变得过热的温度。
如同本领域技术人员所很容易知道的，有效灭菌所需的用过热水性液体处理的时间，即，分离基质和过热水性液体的接触时间，取决于待去除的污染物的本质。例如，一些细菌对于热处理比其它细菌更敏感，其它污染物比如孢子通常要求更苛刻的条件才能完全被破坏。在有利的实施方案中，液体流动导致填充柱的无菌性满足目标系统的Fo需求。在一个实施方案中，该方法包括将过热水性液体以基本均匀的流量通过柱填充物。
因此，本方法可用于任何尺寸的色谱柱，消除了如上所述用无菌色谱基质填充无菌柱的需要。它是很容易在自动系统中使用的方法。在特定实施方案中，本发明涉及通过使过热水性液体穿过柱而对填充的色谱柱进行消毒。
如同本领域技术人员所很容易知道的，合适的温度和压力将随着每种情况中所用的特定水性液体而变，比如缓冲液中的缓冲组分。但是，相图很容易从标准教科书中得到，给出了对标准水性液体适用的压力/温度范围和值。因此，水性液体的温度维持在如下温度：这个温度在现有压力下提供的过热液体使得柱和其填充物都被灭菌。温度优选高于100℃，可以在100-150℃，比如100-140℃，优选110-130℃。相似地，取决于温度，压力可以是高于大气压0-35巴，比如1-20巴，优选1-15巴，更优选1-3巴。在特定实施方案中，压力高于大气压大约1巴。
在一个实施方案中，液体维持在高于121℃的温度、高于大气压1巴以上的压力至少12分钟，比如15分钟。如同本领域技术人员可以了解的那样，可以采用更长的时间。
本发明方法的优点在于其安全性，这是因为用于灭菌的液体没有向填充色谱柱添加任何潜在有害的化学物质。因此，液体是水性的，比如纯水或者基本纯的水。但是，对于大多数色谱应用而言，柱在使用前和合适的缓冲液平衡。因此，为了提供即用型的无菌色谱柱，在本发明方法的有利实施方案中，水性液体是缓冲液。在该实施方案中，缓冲液可以是色谱法中常用的任何缓冲液，比如PBS或者Tris缓冲液，可能含有合适的盐，比如NaCl。
从上面可以发现，水性液体通过柱，所述柱通常为管状。因此，在一个实施方案中，通过柱的流动是轴向的，水性液体随后被加入到柱的一端，即，在入口处，在和入口基本相对的一端，即在出口，排出。在替换性实施方案中，通过柱的流动是径向的，水性液体随后加入到柱的中心，在柱的周边处排出。可以通过抽吸、重力或者压差实现在柱中通过。
从上面可以清楚发现，根据本发明通过过热水性液体实现填充色谱柱的灭菌。在简单的实施方案中，通过在柱周围的加热罩加热处于压力下的填充色谱柱，所述色谱柱包含在水性液体中的色谱基质。加热罩是通常使用的设备，可以以例如电加热罩或者蒸汽加热罩的形式获取。在另一实施方案中，过热水性液体通过柱。为了在系统内提供所需的压力，在开始加热之前有利地施加压力。在一个实施方案中，该方法包括在水性液体通过柱之前加热所述水性液体的步骤。过热可以通过任何常规加热装置，比如换热器或者沸腾器来提供。
如同本领域技术人员所公知的，为了获得填充柱的有效灭菌，必要的是保持对整个柱中的条件的控制，以及优选保持具有尽可能均匀的温度的液体的均匀流动，如通过测量柱填充的不对称性进行控制。对此进行监测的最简单方式是检查柱出口的温度，以确保液体温度绝对不会低于特定值，所述特定值根据液体入口温度、流速、柱尺寸、填充材料、待灭菌的污染物等来设置。因此，在一个实施方案中，该方法包括监测柱出口的液体温度。如同所公知的，这可以通过简单的温度传感器来实现。在一个实施方案中，加热的液体通过填充柱，直到从柱的出口温度达到预定值为止。一旦达到了该预定值，则考虑开始处理过程。在最有利的实施方案中，液体加热到比柱中所需温度高的温度，这是因为通过管道和任选的阀的传输将导致一些热量损失。
为了能够控制灭菌系统，传感器优选提供对加热或者蒸发设备的反馈，这在需要时进而纠正加热。在一个实施方案中，该方法包括基于出口处的液体温度控制柱入口处的液体温度。在最有利的实施方案中，所述控制和液体温度调节是自动的。
如同本领域所公知的，必要的是填充色谱柱在灭菌程序过程中保持其均匀性。对此进行测试的常用方法是决定塔板数，更具体地是确保塔板数不会由于灭菌而改变。在本发明的有利实施方案中，塔板数由于灭菌变化小于10％，优选小于5％。本领域熟练技术人员根据标准方法很容易确定塔板数，所述标准方法比如参见“Protein Purification”(Ed.Jan-Christer Jansson&Lars Rydén)。另外，填充色谱柱的对称因子应该不随灭菌而变。因此，在一个实施方案中，对称因子变化小于1.5。遵循标准方法，采用由灭菌的填充色谱柱获得的色谱图，很容易确定对称因子。
根据本发明灭菌的柱可以由已知能承受所用温度和压力条件的任何合适材料制备。因此，色谱柱可以由例如合适的塑料材料、钢或者玻璃制备，可以包括常见元件，比如过滤器、分布装置、管道、适配件、袋子等。如同本领域技术人员会理解的，是系统整体，即，包括上面提到的常规元件的柱，必须能够承受所用的压力和温度条件。
柱可以用任何可以承受本发明方法条件的色谱基质，比如有机或者无机、多孔或非多孔的基本球形的颗粒，填充。在替换性实施方案中，色谱基质是整料，比如多孔整料。用于填充色谱柱的方法是本领域公知的。常用作色谱填充物的有机聚合物实例是合成聚合物，比如苯乙烯/DVB共聚物和天然聚合物。因此，在实施方案中，基质包括交联的碳水化合物材料，比如琼脂糖、琼脂、纤维素、葡聚糖、脱乙酰壳多糖、魔芋胶(konjac)、角叉菜聚糖、结冷胶(gellan)、藻酸盐等。所述基质很容易根据标准方法比如反向悬浮凝胶(inverse suspension gelation)(S Hjertén：Biochim Biophys Acta 79(2)，393-398(1964))制备，或者得自市售源，比如SepharoseTMFast Flow(GE Healthcare，Uppsala，Sweden)。
色谱基质可以通过表面改性进行官能化，比如在其上固定配体。在本文中，应该理解术语“表面”包括多孔颗粒的外表面和孔表面。用于在表面上固定配体的方法是本领域公知的，参见例如ImmobilizedAffinity Ligand Techniques，Hermanson等，Greg T.Hermanson，A.KrishnaMallia and Paul K.Smith，Academic Press，INC，1992。因此，在一个实施方案中，所述多孔颗粒表面具有至少一种配体。
由本发明灭菌的色谱柱的填充物可以包括任何种类的配体，其可以承受在本发明方法中所用的过热水性液体的灭菌。因此，配体不应包含对本发明灭菌的温度和/或压力条件敏感的官能团、结构或者键。例如，一些肽键可能对增加的温度和/或压力具有一定的敏感性。因此，在具体实施方案中，配体(一种或多种)不包含肽键。一些核酸也可能对本发明灭菌的温度和/或压力条件敏感，相应地避免在根据本发明灭菌的色谱柱中填充的树脂上用作配体。因此，在替换性实施方案中，配体不包含任何对本发明方法的温度和/或压力条件敏感的核酸。在本发明方法的具体实施方案中，配体(一种或多种)选自离子交换配体、多模式配体、亲硫性配体、和疏水色谱(HIC)配体。固定到颗粒上的配体可以已经经由增链剂，也称作“柔性臂”，比如葡聚糖或者合成聚合物，偶联。
因此，本发明人发现和上述US5676837(Jungbauer)中所述的相反，可以通过采用热水来破坏色谱树脂中的微生物，而不破坏树脂。也发现本发明的方法可以重复多次。另外，本发明没有添加任何对在根据本发明灭菌的色谱柱上纯化的制品可能具有潜在影响的化学物质。另外，本发明显示出柱的填充性质，比如其均匀性，没有被所述处理所损害。基于上述US5423982(Jungbauer等)，这是相当出乎意料的，也表明需要特定设备来避免在填充中出现的死区问题。相反，本发明的方法可以应用到任何常规使用的填充色谱柱，而不会对其塔板数或者对称因子产生任何严重影响。
本发明也包括使用根据上面所述灭菌的填充色谱柱，用于从流体混合物比如发酵液体中分离一种或多种生物分子。采用根据本发明灭菌的柱纯化的制品可以是药物或者药物靶向物；在治疗中使用的载体，比如质粒、病毒或者在基因或者细胞治疗中使用的细胞；进料增补剂，比如功能化食物；诊断剂等。根据本发明纯化的生物分子的特定应用是用于个性化药品的药物。
根据本发明的用途可以是捕获步骤，即，在多步骤协议中的第一色谱法步骤。在该实施方案中，制品的纯度可以和在捕获目标生物分子(一种或多种)中通常实现的一样，比如30-80％。或者，根据本发明的用途可以是多步骤协议中的中间步骤。在该实施方案中，制品的纯度可以和在目标生物分子(一种或多种)的中间纯化中通常实现的一样，比如70-95％。在另一替换性实施方案中，根据本发明的用途可以是精炼(polishing)步骤，即在多步骤协议中的最后色谱法步骤。在该实施方案中，制品的纯度可以和通常在目标生物分子(一种或多种)精炼中实现的一样，比如95-99.5％，优选高于99.5％。
在特定实施方案中，本发明的用途是多步骤协议，其中最终制品是以基本纯的制品形式获得的病毒和/或质粒DNA。在本文中，“基本纯的“是指纯度是至少大约98％，比如至少大约99％，优选至少大约99.5％。除了采用灭菌填充色谱柱以外，该实施方案可以包括其它工艺步骤，比如在下面在根据本发明灭菌的系统中所讨论的。
在第二方面，本发明涉及用于对色谱柱灭菌的系统，所述系统包括液体存储器、加热设备、至少一个填充的色谱柱、和至少一个温度传感器，所述温度传感器优选位于色谱柱的出口处。该系统已经根据公知的方法进行了密封，以允许在其中维持固定压力。在一个实施方案中，该系统还包括一个或多个泵和/或管道。填充色谱柱可以是任何种类的色谱柱，比如如上所述。在一个实施方案中，填充色谱柱为有限使用的色谱柱，在在本文中意味着最适于有限次数使用比如1-10次使用的填充色谱柱。所述有限使用制品在工业上称作“一次性制品”。
液体存储器可以包含任何上述水性液体，比如水或者水性缓冲液，其以过热形式使用以对系统进行灭菌。因此，在一个实施方案中，加热装置以使得水性液体可以加热到所需温度的方式连接到所述装置上。在一个实施方案中，加热装置是换热器或者沸腾器。色谱柱和其填充可以是任何上述实施方案之一。
本发明还包括通过使过热水性液体通过系统来对所述系统灭菌，如上述的一个实施方案所述。在一个实施方案中，系统包括至少一个填充色谱柱；和一个或多个其它选自过滤器、容器、液体比如缓冲液、和离心器的部件。在特定实施方案中，本系统连接到发酵器上，所述发酵器可以在高压釜中独立灭菌。在该实施方案中，过热水性液体在发酵器下游的任何位点加入到系统中。
在特定实施方案中，本发明是对一套部件进行灭菌的方法，所述部件或者分开排列或者按照适于和特定控制单元使用的形式组装在一起。所述部件套可以包括两种或多种选自过滤器、容器和离心器的部件。
在特定实施方案中，系统包括用于控制灭菌过程中使用的温度和/或压力的自动化装置。所述控制如上所述提供，优选借助计算机。用于控制这种操作的单元是本领域熟练技术人员公知的。
根据本发明灭菌的系统可用于在无菌条件下纯化任何制品，比如生物分子，例如蛋白质、肽、核酸、病毒、细胞等。该系统的一个优点是也可用于更大的分子，比如大病毒和核酸，这些更大的分子在当前所用的生物分子制备方法中难以进行无菌过滤。
在第三方面，本发明涉及填充色谱柱，它已经在填充状态下进行了灭菌并不包含痕量的添加的灭菌化学物质。因此，柱基本上不含潜在有害的化学物质。柱可以由上述的任何材料制备，可以包括上述填充物的任何之一。而且，根据本发明的无菌柱可以包括适于连接到色谱系统上的管道和适配件。根据本发明的方法用于对本方面的填充柱进行灭菌。在特定实施方案中，无菌的填充色谱柱是有限使用的色谱柱，这在本文中是指最适于有限次使用比如1-10次使用的填充色谱柱。所述有限使用制品在工业上称作“一次性制品”。
最后，本发明还包括清洁填充色谱柱的方法，其中柱的填充物包括分离基质，所述分离基质包括颗粒，该方法包括将水性液体加热到某温度，该温度在普遍压力下提供了过热的水性液体；和使所述过热水性液体通过柱的填充物以得到至少一个基本无菌的填充色谱柱。上述关于合适液体、色谱柱和填充物、以及仪器使用的讨论，也同样相当适于本实施方案。根据本发明的清洁可用作常用原位清洁(cip)协议的替换方案，后者通常采用0.1-1MNaOH，pH14。这样使得在试样加载缓冲液中的柱灭菌、试样加载和最终靶向分子洗脱(在所述洗脱后，循环可以再次开始)的制备循环可以很短。
附图详述
图1示意性示出了本发明的方法。简而言之，图1示出了填充的、连接到流动从中开始的系统的、并且最终施加了热量和压力的柱。
图2示意性示出了在下面实施例1中所述的设备。简而言之，图2示出了液体如何被抽吸到色谱柱(提取单元)、如何可以在烘箱中加热、以及液体可以如何在柱底部排出并收集在小瓶中。
图3示出了在下面实施例2中进行的压力/流量测试的结果。更具体而言，图3a示出了来自灭菌的和未灭菌的ANX Sepharose 4 Fast Flow的流量/压力测试结果。X轴是压力，单位巴，y轴是流量，单位cm/h。上面的曲线(菱形)给出了介质灭菌前的结果，下面的曲线(方形)给出了灭菌后介质的结果。可以明显看出，根据本发明的灭菌没有影响基质到任何明显的程度。图3b示出了灭菌的和未灭菌的Sepharose 4 FastFlow的流量/压力测试结果。X轴是压力，单位巴，y轴是流量，单位cm/h。上面的曲线(菱形)给出了未灭菌介质的结果，下面的曲线(方形)给出了灭菌介质的结果。可以明显看出，根据本发明的灭菌没有影响基质到任何明显的程度。
图4示出了按照实施例3中所述对ASE-处理的ANX SepharoseTM4Fast Flow和未处理的ANX SepharoseTM4 Fast Flow进行功能测试的结果。X轴表示洗脱体积，单位ml，左边y轴表示UV吸收，单位mAU，右侧y轴表示传导率，单位mS/cm。图4示出了3种蛋白质的混合物的色谱洗脱分布曲线。实线表示未处理的介质，虚线表示ASE处理过的介质。在两种介质上不同蛋白质的保持时间相同，表明相同的功能行为。
图5示出了如下面实施例5所示用于根据本发明热灭菌的系统。容器(1)包含用于灭菌的溶液。流体流过阀(V1)到活塞泵(P1)。该泵具有高的流量精度，所以无需任何流量计。缓冲液通过电换热器(H1)。传感器(S2)反馈给调节器，所述调节器控制着换热器(H1)。另一个传感器(S1)用于调节通过阀(V5)传递的压力。在柱(C1)之前，存在着安全释放阀以避免过压。柱(C1)配有电加热套(H2)。另一传感器(T3)反馈给调节器，所述调节器控制着(H2)。传感器(S4)监测出口温度。冷却器(H3)使得缓冲液在通过压力阀(V5)离开系统之前冷却到室温。所有被加热的设备是隔热的。
图6示出了填充柱在根据本发明处理之前的性能测试结果，如实施例6中所述。下流：4732层塔板/米，不对称性为0.83。上流：5138层塔板/米，不对称性为0.87。图7示出了如实施例6中所示在灭菌后的填充柱的性能测试结果。下流：5777层塔板/米，不对称性为0.89。上流：5574层塔板/米，不对称性为0.88。从图6和7中可以发现，灭菌对填充的介质没有负面影响。
试验部分
下列实施例仅仅用于示例目的，不应理解成对本发明范围的限制，所述范围在所附权利要求中限定。
实施例1：介质灭菌
在此在两种分离介质上试验了本发明的灭菌；Sepharose 4 Fast Flow和ANX Sepharose 4 Fast Flow(两者都得自GE Healthcare，Uppsala，Sweden)。
Sepharose 4 Fast Flow由两种交联的琼脂糖组成，ANX Sepharose 4Fast Flow由具有高度取代的二乙基氨基乙烯的Sepharose 4 Fast Flow组成。当对ANX Sepharose 4 FastFlow进行灭菌时，在移动相中采用反离子，以避免介质的水解。
灭菌技术的简单描述：
将介质暴露到加压流体提取装置(PFE)中，在本文中称作Accelerated Solvent Extraction(ASE，加速溶剂提取)。在ASE中，介质被填充到单元中，所述单元里填充有溶剂，然后加热加压所述单元，热量和压力保持特定的时间，向所述单元中泵入清洁的溶剂，最终用N2气体将溶剂从所述单元中冲扫出，如图2所示。
仪器
加速溶剂提取装置  得自Dionex的ASE200系统
提取单元，33mL                Dionex
气溶胶密封小瓶                Dionex
玻璃过滤器，G3，500mL         Scott Duran
天平
pH计                          Radiometer
试样预处理和单元填充
对于ANX Sepharose 4 Fast Flow(HS)而言，采用0.1M三(羟基甲基)氨基甲烷/HCl作为移动相，对于Sepharose 4 Fast Flow，采用0.1 MNaCl。
1在G3玻璃过滤器中，分别用5×50ml的合适缓冲液、0.1M三(羟基甲基)氨基甲烷/HCl和0.1M NaCl洗涤大约50mL的沉降介质。
2将凝胶转移到烧瓶中，用实际缓冲液稀释，以获得50％凝胶混合物。
3然后填充33mL提取单元。
灭菌/提取
将填充的单元置于ASE单元固定器上。将合适的缓冲液置于溶剂固定器中。系统用实际溶剂冲洗三次。将25个试样瓶置于试样固定器上。将3个冲洗小瓶液置于单元固定器的冲洗位置。
下面给出了用于灭菌(提取)的方法参数。
单元体积是33ml。
烘箱温度是121℃。
压力是34.5分钟。
在这些条件下的保持时间是12分钟。
加热时间是6分钟。
洗涤体积是单元体积的90％。
氮气冲扫20秒。
循环数是1。
重复灭菌程序25次。
实施例2：ASE处理的介质和未处理的介质的流量/压力分析
材料
柱  XK16/10  GE Healthcare
泵  P-900GE  Healthcare
压力计0-10巴，系列号3771719  Wika Alexander W.GmbH
数字压力计 系列号3741280 Wika Alexander W.GmbH
玻璃过滤器  G3孔隙尺寸  Scott Duran
性能
在G3玻璃过滤器上，分开用10cv0.1MNaCl洗涤25mLASE处理的介质、ANX Sepharose 4 Fast Flow(HS)T-304627和Sepharose 4FastFlow T-302447。将凝胶混合物倒入XK16/10柱中，凝胶沉降。将凝胶混合物加入到柱中直到凝胶高度达到10.5cm为止。安装顶部适配器，用0.1MNaCl作为移动相将凝胶以2mL/min的流速填充。凝胶高度以2mL/min调至100±1mm。根据表2，用0.1M NaCl进行流量/压力测试。监测并记录每一流速下的压力。在每个测量点之间使柱平衡5分钟。
对压力进行监测时的流速是5、7、10、12、15、20、25、27、30和35ml/min。
用上述程序测试未ASE处理的介质、ANX Sepharose 4 Fast Flow(HS)T-304627和Sepharose 4 FF T-302447。
在已经测试了所有介质的流量/压力之后，仅仅用0.1MNaCl(柱中没有介质)进行了同一流动性质的背景压力测试。
结果
结果如图3a和3b所示。从图3a和3b中可以明显看到，根据本发明的灭菌没有影响基质到任何明显的程度。
实施例3：ANX SepharoseTM 4 Fast Flow的功能测试
性能
在15分钟内以2mL/min(2巴)的流速将规则的、灭菌的(ASE处理的)ANX Sepharose 4 Fast Flow填充到4.6/50PEEK柱中。用10μ1的2MNaC1以0.2ml/min确定高度等价理论塔板(Height EquivalentTheoretical Plates，HETP)。接下来，将柱在20mM的哌嗪、pH6.2中以0.1ml/min进行校准，将100微升试样加载在柱上，所述试样在20mM的pH为6.2的哌嗪中含有Gammabind(4mg/mL)、β-乳球蛋白A(11mg/mL)和β-乳球蛋白B(11mg/mL)型号的蛋白质。通过线性梯度进行洗脱，在21个柱体积内达到0.30M NaCl，20mM哌嗪pH6.2。
结果
结果如图4所示。从图4中可以发现，根据本发明的灭菌不影响介质功能到任何明显程度。
实施例4：确定ANX Sepharose 4FF的氯离子容量
仪器
滴定处理器  Metrohm Titrando
组合Ag电极
滴定容器，80ml  Scott Duran
玻璃过滤器 G3气孔尺寸  Soctt Duran
3.735ml立方体
性能
在G3玻璃过滤器上用10×10ml的milli-Q水清洗10mLASE处理的ANX Sepharose 4 Fast Flow(HS)T-304627。将清洗后的凝胶转移到烧瓶中，用milli-Q水稀释直到获得50％凝胶-混合物。采用3.735mL的“立方体”进行试样取出。将凝胶混合物倒入“立方体”中，进行真空抽吸1分钟。将在“立方体”中真空抽吸的凝胶转移到G3玻璃过滤器中。进行两次分析。向玻璃过滤器中加入2×20mL的0.1M HCl。用5×0.001M HCl去除过量的Cl-。凝胶真空抽吸两分钟，用大约80mL的0.1M NaNO3定量转移到滴定容器中。向每个滴定容器中加入极少滴的HNO3。用0.0999M AgNO3滴定每个滴定容器到当量点。和ASE处理过的介质一样，处理和滴定未经过ASE处理的ANX Sepharose 4 Fast Flow(HS)T-304627。
结果
下表给出了氯离子的容量结果。从表1中可以清楚发现，根据本发明的灭菌没有影响介质到任何明显的程度。
表1、ANX Sepharose 4 FF(HS)T-304627、ASE处理的和未经过ASE处理的氯离子容量
试样 Vc C0，1MAgNO3 VAgNO3 容量mmol/mL凝胶 容量平均值mmol/mL凝胶
ANXASE处理的 3.735 0.0999 6.0903 0.162897
ANX ASE处理的 3.735 0.0999 6.3411 0.169605 0.166
ANX参比样 3.735 0.0999 6.1714 0.165066
ANX参比样 3.735 0.0999 6.2296 0.166623 0.166
实施例5：柱的填充和灭菌
在本实施例中所用的系统如图5所示。此处在一种分离介质上试验了本发明的灭菌：SepharoseTM4 Fast Flow(GE Healthcare，Uppsala，Sweden)。将介质填充在配有电加热套的Fine Line 100柱(GEHealthcare)中。和沉积后12cm床高度相对应的介质被倒入柱中，悬浮在足量纯水(PW)中以填充所述柱。将柱适配器浸没在悬浮液中以避免空气被圈闭在下面。适配器以60cm/h的速度下降，过量的PW通过柱的底部漏出。当填充的介质达到10cm的床高度时，停止填充。根据实施例6测试HETP。将柱根据图5连接到系统上。在整个灭菌过程中，将盐水溶液(0.1M NaSO4)抽吸通过柱(120ml/min，90cm/h)。接通加热功率，当柱出口温度达到121℃时，该过程进行另外的20分钟，然后关闭加热功率。使系统冷却，同时仍然流过所述柱。当柱到达室温时，再次测试HETP。
实施例6：柱的HETP测试
将0.01柱体积的2％丙酮注入到按照实施例5所述处理过并用纯水(PW)以30cm/h的流速洗脱过的柱中。跟踪280nm处的UV痕迹，用于评价。液体用上流和下流方式注入。结果示于图6和7中。

Claims (23)

1.对填充有分离基质的至少一个色谱柱灭菌的方法，该方法包括使过热水性液体通过所述一个或多个柱的填充物，以获得至少一个基本无菌的填充色谱柱。
2.权利要求1的方法，该方法包括将水性液体加热到在普遍压力下提供过热水性液体的温度；和使所述过热水性液体通过所述柱的所述填充物，以获得至少一个基本无菌的填充色谱柱。
3.权利要求1或2的方法，该方法包括使所述过热水性液体以基本均匀的流量通过所述柱的所述填充物。
4.前述任一权利要求的方法，其中所述过热水性液体的温度和压力在整个所述柱中基本得以保持。
5.前述任一权利要求的方法，其中所述水性液体是缓冲液。
6.前述任一权利要求的方法，其中所述过热水性液体加入到位于填充色谱柱一端的入口，在基本和所述入口相对的出口处排出。
7.权利要求1-5任一的方法，其中所述过热水性液体加入到填充色谱柱的中心，在填充色谱柱的周边排出。
8.前述任一权利要求的方法，其中所述液体从加热器抽吸到色谱柱和/或通过色谱柱。
9.前述任一权利要求的方法，进一步包括监测所述柱出口处的水性液体温度。
10.权利要求9的方法，其中所述方法包括基于出口的温度控制柱入口处的温度。
11.前述任一权利要求的方法，其中所述基质包括多孔颗粒。
12.前述任一权利要求的方法，其中所述基质包括交联的多糖颗粒。
13.权利要求1-11任一的方法，其中所述基质包括合成聚合物颗粒。
14.权利要求1-10任一的方法，其中所述基质包括整料材料。
15.前述任一权利要求的方法，其中所述多孔颗粒的表面具有至少一种配体。
16.权利要求15的方法，其中所述一种或多种配体基本不含热敏肽键。
17.权利要求15或16的方法，其中所述一种或多种配体选自离子交换配体、多模式配体、亲硫配体和疏水色谱(HIC)配体。
18.根据权利要求1-16任一灭菌的填充色谱柱在从流体混合物中分离一种或多种生物分子中的用途。
19.权利要求18的用途，其中病毒和/或核酸以基本纯制品的形式获得。
20.用于对色谱柱进行灭菌的系统，包括水储存器、加热装置、填充色谱柱和至少一个位于色谱柱一端的温度传感器。
21.权利要求20的系统，包括一个或多个选自管道、抽吸装置、阀门、过滤器、容器和缓冲液的另外的部件。
22.权利要求20或21的系统，包括用于在灭菌过程中控制温度和压力的自动装置。
23.无菌填充色谱柱，已经根据权利要求1-19中的任一项灭菌，不包含痕量的灭菌化学物质。
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