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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Aufreinigung
von Erythropoietin, wobei Erythropoietin enthaltender Kulturüberstand von
Erythropoietin-produzierenden eukaryontischen Zellen durch bestimmte,
in einer festgelegten Art und Weise nacheinander ausgeführten
chromatographischen Aufreinigungsschritte aufgearbeitet wird.
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Erythropoietin,
kurz EPO genannt, ist ein Glykoprotein, das die Bildung von Erythrocyten
im Knochenmark anregt. EPO wird hauptsächlich in den Nieren
gebildet und gelangt von dort aus über den Blutkreislauf
zu seinem Zielort. Bei Niereninsuffizienz produzieren die geschädigten
Nieren zu wenig oder überhaupt kein EPO, was zur Folge
hat, dass aus den Stammzellen des Knochenmarks zu wenig Erythrocyten
hervorgehen. Diese sogenannte renale Anämie kann durch
Verabreichung von EPO in physiologischen Mengen, die die Bildung
von Erythrocyten im Knochenmark stimulieren, behandelt werden. Das zur
Verabreichung verwendete EPO kann entweder aus Humanurin gewonnen
oder durch gentechnologische Methoden erzeugt werden. Da EPO im
menschlichen Körper nur in geringen Spuren enthalten ist,
ist die Isolierung von EPO aus der natürlichen Quelle für therapeutische
Anwendungen praktisch unmöglich. Daher bieten gentechnische
Methoden die einzige wirtschaftliche Möglichkeit, diesen
Stoff in größeren Mengen zu produzieren.
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Die
rekombinante Herstellung von Erythropoietin ist seit der Identifizierung
des humanen Erythropoietin-Gens im Jahr 1984 möglich. Seit
Anfang der 90er Jahre sind verschiedene Arzneimittel entwickelt
worden, die humanes Erythropoietin enthalten, das auf gentechnologischem
Weg in eukaryontischen Zellen, vor allem in CHO-Zellen (Chinese Hamster
Ovary) produziert wurde. Die Herstellung von rekombinantem humanen Erythropoietin
ist beispielsweise beschrieben in
EP-A-0 148 605 und
EP-A-205 564 .
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Die
rekombinante Herstellung von Erythropoietin erfolgt üblicherweise
in CHO-Wirtszellen. Während diese früher in Kulturmedien
kultiviert wurden, denen fötales Kälberserum und
manchmal auch Rinderinsulin zugesetzt war, findet die Kultivierung heutzutage
regelmäßig in serum- und proteinfreiem Medium
statt. Auf diese Weise kann das Risiko von Kontaminationen mit bovinen
Proteinen, bovinen Viren, boviner DNA oder anderen unerwünschten
Substanzen bovinen Ursprungs ganz vermieden werden. Für
die Kultivierung von eukaryontischen Zellen werden geeignete, serum-
und proteinfreie Medien von verschiedenen kommerziellen Herstellern
angeboten, z. B. das Medium MAM-PF2, vertrieben von u. a. durch
Bioconcept, Allschwil, Schweiz, oder die Medien DMEM und DMENU12,
angeboten z. B. von Invitrogen/Gibco, Eggenstein, Deutschland.
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Auch
verschiedene chromatographische Reinigungsverfahren für
Erythropoietin sind bereits im Stand der Technik beschrieben worden.
EP-A-0 228 452 beschreibt
ein Verfahren zur Aufreinigung von biologisch aktivem Erythropoietin
aus einer Flüssigkeit, umfassend die chromatographischen
Schritte Anionenaustausch-Chromatographie und Reversed-Phase-Chromatographie.
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In
EP-A-0 267 678 wird
die Aufreinigung eines in serumfreier Kultur hergestellten Erythropoietins
beschrieben, wobei aufeinander folgend eine Dialyse, eine Ionenaustausch-Chromatographie,
eine präparative Reversed-Phase-HPLC und eine Gelfiltrationschromatographie
durchgeführt werden. Dabei kann der Gelfiltrationschromatographieschritt
durch eine Ionenaustauschchromatographie ersetzt werden. Ebenso
wird vorgeschlagen, vor der (ersten) Ionenaustauschchromatographie
eine Farbstoffaffinitätschromatographie an einer Blue Trisacryl-Säule durchzuführen.
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In
EP-A-0 830 376 ist
ein Verfahren zur Reinigung von Erythropoietin beschrieben, bei
dem EPO aus dem Kulturüberstand im ersten Schritt der chromatographischen
Aufreinigung einer Farbstoffaffinitätschromatographie unterzogen
wird. Im zweiten Schritt folgt eine Chromatographie an einem hydrophobierten
Träger, gefolgt von einer Hydroxyapatit-Chromatographie.
Hieran schließt sich dann eine Reversed-Phase-HPLC an,
gefolgt von einer Anionenaustausch-Chromatographie als letztem Chromatographieschritt.
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EP-A-1 127 063 beschreibt
ein Aufreinigungsverfahren für Erythropoietin, das folgende Schritte
umfasst: differentielle Präzipitation, hydrophobe Interaktionschromatographie,
Diafiltration, Anionenaustausch-Chromatographie, Kationenaustausch-Chromatographie
und Size-Exclusion-Chromatographie. Die einzelnen Reinigungsschritte
werden in
EP-A-1 127
063 in der genannten Reihenfolge durchgeführt.
In einer Variante des Verfahrens umfasst die Reinigung die folgenden
Schritte: differentielle Präzipitation, hydrophobe Interaktionschromatographie,
Diafiltration, Anionenaustausch-Chromatographie, Kationenaustausch-Chromatographie,
eine weitere Diafiltration und Size-Exclusion-Chromatographie. In
jedem Fall sieht das Verfahren im ersten Schritt eine Präzipitation,
gefolgt von einer Zentrifugation vor. Ebenso ist eine Gelfiltration
zum Abschluss der chromatographischen Reinigung zwingend vorgesehen.
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Die
internationale Anmeldung
WO-A-03/045996 beschreibt
ein Reinigungsverfahren für EPO, umfassend eine Anionenaustausch-Chromatographie,
gefolgt von einer Reversed-Phase-Chromatographie und einer weiteren Anionenaustausch-Chromatographie.
An die zweite Anionenaustausch-Chromatographie schließt
sich eine Size-Exclusion-Chromatographie unter Einsatz eines Gelfiltrationsmediums
an.
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Die
Reinigung von Erythropoietin ist auch Gegenstand von
EP-A-0 428 267 . Hier wird eine Chromatographie
an einer Q Sepharose-Säule durchgeführt, teilweise
gefolgt von Reversed-Phase-Chromatographie und Gelfiltration.
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In
der
WO2005/121173 wird
ein Verfahren zur Aufreinigung von mittels fermentativer Verfahren hergestelltem
EPO angegeben. Dieses Verfahren geht von einer chromatographischen
Reinigung mit mindestens vier verschiedenen chromatographischen
Trennmethoden aus. Die erste Anionenaustausch-chromatographie wird
gefolgt von einer Affinitätschromatographie, einer hydrophoben
Interaktionschromatographie und einer Hydroxyapatit-Chromatographie,
wobei die Reihenfolge dieser 3 letztgenannten Chromatographiearten
beliebig sein kann. Abschließend kommt wieder eine Anionenaustauschchromatographie
zum Einsatz.
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Es
werden mittels dieses Verfahrens also mindestens 5 Chromatographieschritte
benötigt, um EPO herzustellen, welches den von der Europäischen
Pharmacopoeia geforderten Reinheitskriterien genügt. Kriterien
für ein geeignetes EPO sind u. a. ein Gehalt von Fremdproteinen,
die aus der Wirtszelle stammen von < 100 ppm, Gehalt an DNA aus der Wirtszelle
von < 100 pg/mg
EPO und schließlich eine hinsichtlich der Isoformen-Zusammensetzung
dem Standard entsprechende Zusammensetzung (Ph. Eur.; 01/2002:
1316).
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein weiteres Aufreinigungsverfahren
anzugeben. Dieses sollte ein EPO-Endprodukt liefern, das dem in der
Europäischen Pharmacopoeia (Ph. Eur.; 01/2002:
1316) definierten Standard bzw. der Guidance an Biosimilar
Medicinal Products Containing Recombinant Erythropoietins (EMEA/CHMP/94256/2005)
entspricht und in geeigneter Weise in einer technischen, insbesondere
fermentativen EPO-Produktion einsetzbar ist. Insbesondere sollte
das vorliegende Verfahren vom ökonomischen Gesichtspunkt
den Ver fahren des Standes der Technik überlegen sein. Weiterhin
sollte das erfindungsgemäße Verfahren bei nicht
erheblicher Verschlechterung der Reinigungsleistung mit weniger chromatographischen
Reinigungsschritten auskommen und auf spezielle technisch aufwendige
Chromatographieschritte, wie z. B. der Affinitäts-Chromatographie
verzichten können.
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Die
technische Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur
Aufreinigung von Erythropoietin, wobei Erythropoietin enthaltender
Kulturüberstand von Erythropoietin-produzierenden eukaryontischen
Zellen folgenden Schritten unterworfen wird:
- a)
Entfernen von Zellbestandteilen; und
- b) Behandlung des Produktes aus a) durch folgende Chromatographieschritte
in der angegebenen Reihenfolge
- i) Reversed-Phase-Chromatographie;
- ii) Anionenaustausch-Chromatographie;
- iii) Hydroxyapatit-Chromatographie.
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In
eine bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden
vor Schritt a) und zwischen den Schritten a) bis b iii) keine anderen
Chromatographie-Verfahren angewandt. Zudem ist weiter bevorzugt,
dass auch nach Schritt b iii) keine anderen Chromatographie-Verfahren
angewandt werden.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Erythropoietin
Produkt hergestellt, das dem in der Europäischen Pharmacopoeia
(Ph. Eur.; 01/2002: 1316) definierten Standard
bzw. der Guidance an Biosimilar Medicinal Products Containing Recombinant Erythropoietins
(EMEA/CHMP/94256/2005) entspricht. Dabei erfüllt das so
hergestellte Erythropoietin die folgenden Kriterien: ein Gehalt
von Fremdproteinen, die aus der Wirtszelle stammen von < 100 ppm, Gehalt
an DNA aus der Wirtszelle von < 100 pg/mg
EPO und schließlich eine hinsichtlich der Isoformen-Zusammensetzung
dem Standard entsprechende Zusammensetzung (Ph. Eur.; 01/2002: 1316).
Das erhaltene EPO-Produkt hat weiterhin eine biologische Aktivität
von mindestens 150.000 IE/mg im Bio-Assay. Darüber hinaus
entsprechen die Bandenstruktur in der IEF und das Glycosylierungsmuster
einem marktüblichen Erypo®-Präparat.
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Dadurch,
dass in einem Verfahren zur Aufreinigung des Fermentationsüberstandes
einer biotechnologischen EPO-Herstellung aus Säugerzellkulturen
der von Zellbestandteilen gereinigte Fermentationsüberstand
durch folgende Chromatographieschritte in der angegebenen Reihenfolge
behandelt wird
- i) Reversed-Phase-Chromatographie
(RP-Chromatographie)
- ii) Anionenaustausch-Chromatographie (DEAE-Chromatographie)
- iii) Hydroxyapatit-Chromatographie (HA-Chromatographie)
gelangt
man äußerst vorteilhaft und trotzdem in überraschender
Art und Weise zur Lösung der gestellten Aufgaben. Der Fachmann,
der sich mit der formulierten Aufgabenstellung konfrontiert sieht,
hätte angesichts des bestehenden Standes der Technik – insbesondere
der WO2005/121173 ,
wonach eine RP-Chromatographie möglichst vermieden werden sollte – nicht
mit Aussicht auf Erfolg in Betracht gezogen, dass eine Verminderung
der Anzahl an erforderlichen Chromatographieschritte zur Aufreinigung
von standardgemäßem EPO möglich ist.
Dadurch resultieren ein geringerer apparativer, personeller und
Materialaufwand sowie eine Zeitersparnis, vor allem aber höchste
Sicherheit gegen virale Kontaminationen. Auch können mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren weniger Hilfsstoffe
und nur unbedenkliche organische Lösungsmittel, wie z.
B. Ethanol oder 2-Propanol verwendet werden. Dieses Ziel wird in
geeigneter Weise dadurch erreicht, dass die oben angeführten
Chromatographieschritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt
werden.
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Die
in dem erfindungsgemäßen Verfahren genutzten chromatographischen
Prinzipien sind literaturbekannt und dem Fach mann geläufig
(Meyer, Praxis der Hochleistungs-Flüssigchromatographie, Wiley-VCH
Weinheim 2004; Unger, Handbuch der HPLC, Teil 1
und 2, GIT Verlag Darmstadt 1994). Darüber hinaus
finden sich weiterführende und detaillierte Informationen
zu den Chromatographiemedien in den Produktinformationen der jeweiligen
Hersteller bzw. Lieferanten.
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Weiterhin
ist bevorzugt, dass die eukaryontischen Erythropoietin-produzierenden
Zellen, Säugetierzellen, besonders bevorzugt menschliche
Zellen und ganz besonders bevorzugt Chinese-Hamster-Ovary Zellen
(CHO) sind, die humanes rekombinantes Erythropoietin exprimieren.
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In
einem weiteren bevorzugten Verfahren ist vorgesehen, dass zusätzlich
solche Eluatfraktionen, die in ihrem Banden- bzw. Glycosylierungmuster nicht
dem Referenzmaterial entsprechen, einer weiteren Anionenaustausch-Chromatographie
nach ii) und/oder Hydroxyapatit-Chromatographie nach iii) unterzogen
werden.
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Weiterhin
ist bevorzugt, dass nach den Schritten i), ii) und/oder iii) eine
Ultrafiltration durchgeführt wird.
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In
einem weiteren bevorzugten Verfahren enthält Schritt a)
eine Mikrofiltration und eine anschließende Ultrafiltration.
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In
bevorzugter Weise erfolgt die Reversed-Phase-Chromatographie an
einem Trägermaterial als stationäre Phase, die
ausgewählt ist aus der Gruppe C1 bis
C8-modifizierte Kieselgele, hydrophobierte
Polymerträger auf Basis von Polystyrol-/Divinylbenzol und
hydrophobierte monolithische Phasenmaterialien auf Kieselgel- oder
Polymerbasis, und als Eluent wird eine wässrige Alkanollösung
verwendet. Besonders bevorzugt werden Ethanol oder 2-Propanol oder
deren Mischungen, und ganz besonders bevorzugt 2-Propanol, mit entsprechend
gepufferten wässrigen Systemen als Eluent verwendet.
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In
einem weiteren bevorzugten Verfahren erfolgt die Anionenaustausch-Chromatographie
an einem Trägermaterial als stationäre Phase mit
funktionellen Gruppen, die ausgewählt sind aus Diethylaminoethyl-Gruppen
(DEAE), quarternäre Aminoethyl-Gruppen (QAE), quaternäre
Ammonium-Gruppen oder Dimethylaminoethyl-Gruppen (DMAE).
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Weiterhin
ist bevorzugt, dass die Anionenaustausch-Chromatographie mindestens
einen Waschschritt mit einem wässrigen Puffersystem, vorzugsweise
mit einem Puffersystem auf Basis einer organischen Säure,
insbesondere mit einem Acetatpuffer umfasst.
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Besonders
bevorzugt, umfasst die Anionenaustausch-Chromatographie mindestens
einen Waschschritt mit einer wässrigen Pufferlösung
mit einem pH von 3,5 bis 5,5, besonders bevorzugt mit einem pH von
4,0 bis 5,0 und am meisten bevorzugt mit einem pH bei etwa 4,5.
Als Puffer eignet sich vor allem ein Acetat-Puffer, vorzugsweise
ein Natriumacetat-Puffer.
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In
bevorzugter Weise wird als Eluent bei der Anionenaustausch-chromatographie
anorganische Säure in einer wässrigen Pufferlösung
verwendet. In außerdem und besonders bevorzugter Weise
werden als Eluent bei der Anionenaustausch-Chromatographie Chloridionen
in einer wässrigen Pufferlösung verwendet.
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In
einem weiteren bevorzugten Verfahren umfasst die Hydroxyapatit-Chromatographie
mindestens einen Waschschritt mit einem Puffersystem auf Basis einer
organischen Säure, vorzugsweise mit einem Acetatpuffer.
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Ebenfalls
bevorzugt wird als Eluent bei der Hydroxyapatit-Chromatographie
ein Puffersystem auf Basis einer anorganischen Säure, besonders
bevorzugt ein Phosphatpuffer verwendet.
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Erläuterung der besonders
bevorzugten Ausführungsformen
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit zur Aufreinigung
von Erythropoietin, wobei Erythropoietin enthaltender Kulturüberstand
von Erythropoietin-produzierenden eukaryontischen Zellen folgenden
Schritten unterworfen wird:
- a) Entfernen von
Zellbestandteilen; und
- b) Behandlung des Produktes aus a) durch folgende Chromatographieschritte
in der angegebenen Reihenfolge
- i) Reversed-Phase-Chromatographie;
- ii) Anionenaustausch-Chromatographie;
- iii) Hydroxyapatit-Chromatographie.
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Die
Reversed-Phase-Chromatographie wird als „Capture-Schritt” eingesetzt.
In diesem ersten Reinigungsschritt wird EPO aus dem Fermentationsüberstand
angereichert. Dabei sind unterschiedliche hydrophobe Wechselwirkungen
zwischen den Probenmolekülen und der stationären
Phase von Bedeutung. Die Probenkomponenten werden umso stärker festgehalten,
je weniger sie in Wasser löslich sind, d. h. je unpolarer
sie sind. Die Reversed-Phase-Chromatographie kann mit herkömmlichen,
kommerziell erhältlichen Phasenmaterialien sowohl auf Kieselgel- als
auch auf Polymerbasis durchgeführt werden, die speziell
zur Proteinanalytik geeignet sind. Typischerweise werden großporige
Kieselgelmaterialien, z. B. 300 Å oder 500 Å,
mit kurzkettiger Kohlenstoffbelegung, z. B. C1, C2, C3 und C4, unporöse
hydrophobierte Polymerträger auf Polystyrol-/Divinylbenzolbasis
und speziell hydrophobierte monolithische Phasenmaterialien ebenfalls
auf Kieselgel- oder Polymerbasis eingesetzt. Zu den Herstellern
bzw. Lieferanten dieser stationären Phasen zählen
u. a. die Firmen Merck, Waters, GE Healthcare, Tosoh Biosience,
Bio-Rad, Dionex, YMC, Phenomenex, Macherey-Nagel und BIA Separations.
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Bevorzugte
Reversed-Phase-Materialien sind unporöse hydrophobierte
Polymerträger auf Polystyrol-/Divinylbenzolbasis. Besonders
bevorzugt werden SOURCE 30RPC oder das entsprechende 15 μm-Material
(SOURCE 15RPC) von GE Healthcare.
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Als
Eluenten können vorzugsweise Alkohole wie Ethanol oder
2-Propanol oder deren Mischungen mit entsprechend gepufferten wässrigen
Systemen Verwendung finden. Besonders bevorzugt wird der Einsatz
von 2-Propanol, da der organische Lösungsmittelanteil im
Eluenten, im Vergleich zu Ethanol, deutlich geringer ist und so
sicherheitstechnische und ökonomische Vorteile bestehen.
Darüber hinaus ist 2-Propanol aufgrund seiner Mischbarkeits-
und Löslichkeitseigenschaften als Lösungsvermittler
vorzüglich geeignet (Unger, Handbuch der HPLC,
Teil 1, GIT Verlag Darmstadt 1994; Nowotny et al.,
Chromatographia 1988, 25, 409–412).
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Die
Anionenaustausch-Chromatographie beruht auf der kompetitiven Wechselwirkung
geladener Ionen der Probelösung mit dem eingesetzten Puffermedium.
Sie kann mit herkömmlichen, kommerziell erhältlichen
Anionenaustausch-Harzen mit Diethylaminoethyl-(DEAE), quaternärer
Aminoethyl-(QAE), quaternärer Ammonium- oder Dimethylaminoethylfunktionalisierung
(DMAE) durchgeführt werden. Erhältlich sind diese
Phasenmaterialien z. B. bei GE Healthcare, Tosoh Biosience, Bio-Rad
oder Merck. Bevorzugt werden Diethylaminoethyl (DEAE)-funktionalisierte
Anionenaustauscherharze eingesetzt. Besonders bevorzugt wird in
der Anionenaustausch-Chromatographie TSKgel DEAE-5PW (30 μm),
erhältlich von Tosoh Bioscience, verwendet. Dieser Chromatographieschritt
ist im Hinblick auf das notwendige Glycosylierungsmuster im EPO-Endprodukt
von Bedeutung.
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Die
Anionenaustausch-Chromatographie beinhaltet in der bevorzugten Ausführungsform
einen sauren Waschschritt („Saurer Wash”), mit
dem die basischen Isoformen des Erythropoietin durch die pH-Absenkung
eluiert und somit abgetrennt werden (
EP-1428878 ). „Saurer
Wash” bedeutet dabei, dass der pH-Wert des Waschpuffers
zwischen 3,5 und 5,5, besonders bevorzugt zwischen 4,0 und 5,0 und
am meisten bevorzugt bei etwa 4,5 liegt. Als Puffer eignet sich
vor allem ein Natriumacetat-Puffer.
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Für
die Hydroxyapatit-Chromatographie können übliche
Hydroxyapatit-(bzw. Hydroxylapatit-)Materialien eingesetzt werden.
Hydroxylapatit ist hexagonal kristallines Calciumphosphat und eignet
sich besonders zur Trennung von Proteinen und anderen Biopolymeren.
Dieser Aufreinigungsschritt wird zur Entfernung der „phosphatierten” EPO-Moleküle durchgeführt.
Bevorzugt wird CHT keramisches Hydroxyapatit (Bio-Rad) eingesetzt,
besonders bevorzugt CHT keramisches Hydroxyapatit Typ 1 (Bio-Rad).
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Sowohl
die Reversed-Phase-Chromatographie als auch die Anionenaustausch-Chromatographie
als auch die Hydroxyapatit-Chromatographie kann zur Steigerung der
Gesamtproduktausbeute im Sinne einer Reprozessierung für
solche Eluatfraktionen wiederholt werden, die in ihrer Produktqualität, insbesondere
ihrem Banden- bzw. Glycosylierungsmuster nicht dem Referenzmaterial
entsprechen. Dabei handelt es sich typischerweise um die frühen
bzw. späten Randfraktionen der Hauptfraktionen, die als solche
bereits nach dem ersten Aufreinigungsschritt die gewünschten
Produkteigenschaften aufweisen. Die Einstufung der Güte
der Fraktionen auf den verschiedenen Aufreinigungsstufen erfolgt
mit Standardmethoden (Isoelektrische Fokussierung (IEF) und Hochleistungsanionenaustausch-Chromatographie
mit gepulster amperometrischer Detektion (HPAEC-PAD): Lasne,
Nature 2000, 405 605–635; Holländer
et al., LaborPraxis 2004, 56–59; Hokke
et al., Eur. J. Biochem. 1995, 228, 981–1008; Dionex Technical
Note 42, 1997. Als Referenzmaterial dient jeweils ein kommerziell
erhältliches Erypo®-Präparat (JANSSEN-CILAG).
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Vor
der Aufreinigung des Kulturüberstandes mit den genannten
Chromatographie-Verfahren wird zur Zellabtrennung eine Mikrofiltration über
1,2 μm- und 0,65 μm-Filter durchgeführt.
Anschließend erfolgt eine Ultrafiltration (cut off 10.000
Da) des zellfreien Filtrats auf 1/10 des Ausgangsvolumens. Nach der
Ultrafiltration wird der konzentrierte Zellüberstand sterilfiltriert
und im ersten Chromatographieschritt (Reversed-Phase-Chromatographie)
eingesetzt. Die Filtrationsschritte, insbesondere die Sterilfiltration, sind
literaturbekannt und dem Fachmann geläufig (Munir,
Handbuch Ultrafiltration, Behr Hamburg 1990; Ullmann
B2, 10-2, 10-21 und B3 11-6; Gasger, Handbuch der
industriellen Fest-Flüssig-Filtration, Hüthig
Heidelberg 1990; Ullmann A16, 187–258).
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Es
wurde gefunden, dass das mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren erhaltene EPO die in der Europäischen Pharmacopoeia
definierten Qualitätskriterien erfüllt. Insbesondere
entsprechen die Isoformen-Zusammensetzung und das Glycosylierungsmuster
dem in der Europäischen Pharmacopoeia (Ph. Eur.;
01/2002: 1316) bzw. der Guidance an Biosimilar Medicinal
Products Containing Recombinant Erythropoietins (EMEA/CHMP/94256/2005)
definierten Standard. Als Referenzmaterial dient ein kommerziell
erhältliches Erypo®-Präparat
(JANSSEN-CILAG).
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Die
Aktivität des Proteins sollte mindestens 100.000 IE/mg
betragen, vorzugsweise mindestens 125.000 IE/mg und besonders bevorzugt
mindestens 150.000 IE/mg (siehe auch Europäische
Pharmacopoeia 01/2002: 1316).
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Das
erfindungsgemäß aufgereinigte EPO ist bevorzugt
rekombinantes humanes Erythropoietin, hergestellt in eukaryontischen
Zellen. Bevorzugt wird das rekombinante EPO in Säugerzellen, besonders bevorzugt
in CHO-Zellen hergestellt, wie z. B. beschrieben in
EP-A-0 205 564 und
EP-A-0 148 605 . Die
Fermentation erfolgt nach herkömmlichen Protokollen in
kommerziell erhältlichen Kulturmedien.
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Unter
Erythropoietin (EPO) wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedes
Protein verstanden, das in der Lage ist, die Erythrocyten-Bildung
im Knochenmark zu stimulieren und gemäß dem in
der Europäischen Pharmacopoeia (Ph. Eur.; 01/2002: 1316)
beschriebenen Assay eindeutig als Erythropoietin identifiziert werden
kann (Bestimmung der Aktivität in polyzythämischen
oder normozythämischen Mäusen). Bei dem Erythropoietin
kann es sich um das wildtypische humane Eythropoetin oder um eine Variante
davon mit einem oder mehreren Aminosäureaustauschen, -deletionen
oder -additionen handeln. Wenn es sich um eine Variante von Erythropoietin
handelt, dann ist bevorzugt, dass diese Variante sich lediglich
in 1 bis 20, bevorzugt in lediglich 1 bis 15, besonders bevorzugt
in lediglich 1 bis 10 Aminosäurepositionen vom humanen
Wildtyp-Erythropoietin durch Aminosäureaustausche, -deletionen
oder -additionen unterscheidet.
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Unter
Reinigung von Erythropoietin oder Anreicherung von Erythropoietin
wird vorliegend verstanden, dass das Protein Erythropoietin aus
einem Gemisch in sehr reiner Form erhalten wird, das in dem Gemisch
enthaltene Erythropoietin wird also angereichert, bis im Wesentlichen
neben standardgemäßem Erythropoietin keine weiteren
Proteine mehr enthalten sind.
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Beschreibung der Figuren
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1 zeigt
exemplarisch die chromatographische Abtrennung des Erythropoietin-Peaks
bei der Reversed-Phase-Chromatographie. Aufgetragen ist die Peakintensität
in Form von milli-Absorption Units (mAU) über der Elutionszeit
(in min.) bei einer UV-Wellenlänge von 280 nm.
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2 zeigt
exemplarisch die chromatographische Abtrennung des Erythropoietin-Peaks
unter den Bedingungen der Anionenaustausch-Chromatographie. Aufgetragen
ist die Peakintensität in Form von milli-Absorption Units
(mAU) über der Elutionszeit (in min.) bei einer UV-Wellenlänge
von 280 nm.
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3 zeigt
exemplarisch das IEF-Gel der isolierten EPO-Eluatfraktion nach der
Anionenaustausch-Chromatographie im Vergleich zum Erypo®-Präparat.
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4 zeigt
exemplarisch die chromatographische Abtrennung des Erythropoietin-Peaks
bei der Hydroxyapatit-Chromatographie. Aufgetragen ist die Peakintensität
in Form von milli-Absorption Units (mAU) über der Elutionszeit
(in min.) bei einer UV-Wellenlänge von 280 nm.
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5 zeigt
exemplarisch das IEF-Gel der isolierten EPO-Eluatfraktion nach der
Hydroxyapatit-Chromatographie im Vergleich zum Erypo®-Präparat.
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6 zeigt
den nativen Glycosylierungsstatus des aufgereinigten EPO-Endproduktes.
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7 zeigt
den Glycosylierungsstatus eines kommerziell erhältlichen
Erypo®-Präparates (JANSSEN-CILAG).
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Die
folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern, ohne
sie einzuschränken.
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Beispiele
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Beispiel 1: Produktion von EPO in CHO-Zellen
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EPO
wird fermentativ in CHO-Zellen produziert. Die Fermentation erfolgt
nach Standardverfahren, wie sie in der patent- und wissenschaftlichen
Literatur für eukaryontische, insbesondere CHO-Zellen beschrieben
sind. Die Kultivierung erfolgt im Perfusionsreaktor in Kulturmedium,
das frei von tierischen Komponenten ist. Die Ernte findet in einem
Zeitraum bis zu 50 Tagen kontinuierlich statt. Zur Zellabtrennung
wird eine Mikrofiltration über einen geeigneten Filter
(z. B. Opticap XLT30 Capsule mit Milligard-Medium 0,5–1,2 μm,
Millipore und Sartobran P Midi-caps 0,45–0,65 μm,
Sartorius) bei einer Flussrate von 1–2 L/min durchgeführt.
Anschließend erfolgt zunächst eine Ultrafiltration
(cut off 10.000 Da) des zellfreien Filtrats (z. B. Ultran Pilot,
Polyethersulfon 4 × 0,45 m2, Schleicher & Schüll)
und dann eine Sterilfiltration (z. B. über Opticap-Filtereinheiten
mit 0,5 μm Milligard-Vorfilter und 0,2 μm Durapore
Sterilfilter, Millipore).
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Beispiel 2: Reversed-Phase-Chromatographie („Capture-Schritt”)
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Als „Capture-Schritt” wird
eine Reversed-Phase-Chromatographie an SOURCE 30RPC durchgeführt.
In diesem ersten Reinigungsschritt wird EPO aus dem Fermentationsüberstand angereichert.
Dabei werden mehrere Waschschritte durchgeführt. Der erste
Waschschritt wird mit PBS Puffer (Phosphat buffered saline) durchgeführt.
Der nächste Waschschritt wird mit einer Mischung aus Wasser/Isopropanol/TFA
im Volumenverhältnis von 10/2/0.1 bis 10/1/0.1 bei einer
Flussrate 40–50 mL/min durchgeführt. Die Produktelution
wird mit einer Mischung aus Wasser/Isopropanol/TFA im Volumen-Verhältnis
von 10/4/0.1 bei einer Flussrate von 30–40 mL/min durchgeführt.
Die Flussraten wurden für diese Trennung entsprechend opti miert
und angepasst. Danach wird ein Waschschritt mit Isopropanol/0,1%
TFA-Lösung im Volumen-Verhältnis 60/40 durchgeführt.
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Die
trifluoressigsaure Produktfraktion wird direkt nach der Elution
im Verhältnis 1:1 mit einem Phosphatpuffer (pH-Wert 10)
versetzt und mit 15 mM Natriumphosphatpuffer bis auf pH 7,2 verdünnt.
Die dabei neutralisierte EPO-haltige Lösung wird jetzt steril
filtriert.
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Die
Inprozesskontrolle (IPC) zur EPO-Anreicherung wird auf einer analytischen RP-HPLC-Trennsäule
im TFA/Acetonitril-System durchgeführt. Die Ausbeute an
EPO nach diesem Chromatographieschritt beträgt mindestens
50%, bevorzugt mindestens 65% und besonders bevorzugt mindestens
80%.
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Beispiel 3: Anionenaustausch-Chromatographie
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Die
neutralisierte EPO-Produktfraktion aus der Reversed-Phase-Chromatographie
wird mit einer Förderleistung von 20 mL/min aufgetragen.
Die EPO-haltige Lösung wird jetzt durch drei Waschschritte
bei konstanter Flussrate von 40 mL/min aufgereinigt, wobei der erste
und dritte Waschschritt jeweils bei einem pH von 7,2 mit 20 mM Natriumacetatlösung
und der zweite bei einem pH von 4,5 mit einer entsprechenden Natriumacetatlösung
durchgeführt wird. Die Produktelution wird unter Gradientenbedingungen
mit einem Natriumacetat/Natriumchlorid-Puffer (pH 7,2) durchgeführt
(Flussrate 30–40 mL/min). Dabei wird der Pufferanteil langsam,
linear von 0 auf 80% erhöht.
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Mit
Hilfe der isoelektrischen Fokussierung (IEF) werden die Eluatfraktionen
analysiert und entsprechend der Bandenlage im IEF in Produkt-Pool (Hauptfraktion)
und Randfraktionen unterteilt. Als Referenzmaterial dient ein kommerziell
erhältli ches Erypo®-Präparat.
Der EPO-Gehalt der Hauptfraktion wird mittels RP-Chromatographie
ermittelt. Die ausgewählten Eluatfraktionen werden mittels
Ultrafiltration konzentriert und für die nachfolgende Hydroxyaptatit-Chromatographie
umgepuffert. Die Ausbeute an Erythropoietin nach diesem Chromatographieschritt beträgt
mindestens 20%, bevorzugt mindestens 30% und besonders bevorzugt
mindestens 40%.
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Die
isoelektrische Fokussierung wird auf einem Ultradünnschicht-Polyacrylamidgel
durchgeführt. Dazu müssen die Probelösungen
vor der Applikation mit Hilfe eines Mikrozentrifugationskit (cutoff 10.000
Da) entsalzt und aufkonzentriert werden. Die Fokussierung erfolgt
bei Spannungen von 300–2.000 V. Nach 5.000 Vh ist die Entwicklung
beendet. Das Gel wird anschließend mit Silbernitrat oder
Coomassie angefärbt und ausgewertet.
-
Beispiel 4: Hydroxyapatit-Chromatographie
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Dieser
Aufreinigungsschritt ist zur Entfernung der „phosphatierten” EPO-Moleküle
geeignet. Die Hauptfraktion der Anionenaustausch-Chromatographie
wird mittels Ultrafiltration in den Startpuffer der Hydroxyapatit-Säule
umgepuffert und anschließend sterilfiltriert.
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Die
Probeninjektion erfolgt mit einer Förderleistung von 30
mL/min auf eine CHT Ceramic Hydroxyapatit Typ 1-Phase. Der Waschschritt
wird mit einem Natriumacetatpuffer (pH 6,8), die Probenelution mit
einem Phosphatpuffer bei pH 6,8 und einer Flussrate von 50 mL/min
unter Gradientenbedingung durchgeführt. Dabei wird der
Phosphatpufferanteil langsam, linear von 0 auf 25% erhöht.
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Die
spezifikationsgerechten EPO-Fraktionen liegen in einem Natriumacetat-Natriumphosphat-Puffer
vor und werden mit PBS (Endabfüllungspuffer) mittels Ultrafiltration
umgepuffert und bei –20°C tiefgefroren. Der EPO-Gehalt
der einzelnen Fraktionen wird mittels RP-Chromatographie ermittelt.
Die Ausbeute an Erythropoietin nach diesem Chromatographieschritt
beträgt mindestens 30%, bevorzugt mindestens 40% und besonders
bevorzugt mindestens 50%.
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Die
Analyse des Glycosylierungsmusters mittels HPAEC-PAD erfolgt nach
enzymatischer Abspaltung der Kohlenhydratketten mittels PNGase F (Roche
Diagnostics GmbH) vom Protein. Nach Isolierung und Entsalzung erfolgt
die Analyse der Zuckerreste auf einem Hochleistungsanionenaustauscher mit
gepulster amperometrischer Detektion.
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Das
schließlich erhaltene EPO-Produkt hat eine biologische
Aktivität von mindestens 150.000 IE/mg im Bio-Assay und
erfüllt alle Anforderungen der Europäischen Pharmacopoeia
(Ph. Eur.; 01/2002: 1316) bzw. der Guidance an
Biosimilar Medicinal Products Containing Recombinant Erythropoietins
(EMEA/CHMP/94256/2005). Darüber hinaus entsprechen die
Bandenstruktur in der IEF und das Glycosylierungsmuster einem marktüblichen
Erypo®-Präparat.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0148605
A [0003, 0041]
- - EP 205564 A [0003]
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- - EP 1127063 A [0008, 0008]
- - WO 03/045996 A [0009]
- - EP 428267 [0010]
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- - EP 1428878 [0035]
- - EP 0205564 A [0041]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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01/2002: 1316 [0012]
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- - Ph. Eur.; 01/2002: 1316 [0016]
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