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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung beansprucht Priorität
unter 35 U.S.C. §119(e)
der vorläufigen
US-Anmeldung 60/380 322, eingereicht am 14. Mai 2002.
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ANGABEN BEZÜGLICH STAATLICH GEFÖRDERTER
F & E
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VERWEIS AUF MICROFICHE-ANHANG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Reinigung von Viruspartikeln,
insbesondere rekombinanten Adenovirusvektorpartikeln. Dieses Verfahren
wurde entwickelt, um Adenovirus von Zelllysat zu reinigen. Es setzt
eine Kombination aus selektiver Ausfällung, Tiefenfiltration und/oder
Zentrifugation, Ultrafiltration, Nukleasedigestion und Chromatographie
ein, um stabil und wirtschaftlich ein hochgradig gereinigtes Produkt
zu erzeugen. Bei diesem Verfahren werden kontaminierende Wirtszellen-DNA-Mengen durchwegs
auf weniger als die Nachweisgrenze eines auf PCR basierenden Assays,
das für
menschliche DNA spezifisch ist, reduziert (<5 pg/1011 vp).
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Fortschritte
auf den Gebieten der Verwendung von rekombinanten viralen Vektoren
für Gentherapie- und
DNA-Impfungsanwendungen haben einen Bedarf für die großtechnische Herstellung und
Reinigung von Viren in klinischer Reinheit geschaffen. Eine solche
Virusfamilie sind die Adenoviren. Die Adenoviren gehören zur
Familie Adenoviridae, die in die Gattungen Aviadenovirus (Vögel) und
Mastadenovirus (Menschen, Affen, Rinder, Pferde, Schweine, Schafe,
Hunde und Opossum) unterteilt ist. Ein Überblick über die Familie Adenoviridae
findet sich in Fundamental Biology, 3. Aufl., Fields, B.N., Knipe,
D.M., und Howley, P.M., Hrsg., in Kapitel 30, S. 979-1016 (1996),
welcher hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist. Von besonderem
Interesse bei Genimpfungs- und/oder Gentherapieanwendungen ist die
Verwendung eines replikationsunfähigen
Adenovirus der ersten Generation (FG), der durch E1- und/oder E1/E3- Gendeletionen verkrüppelt ist,
basierend auf dem Adenovirus-Serotyp 5. Das Adenovirus hat einen
breiten Zelltropismus, einschließlich professioneller antigenpräsentierender
Zellen, wie z.B. Makrophagen und dendritische Zellen, es kann Zellen
der meisten Tierarten befallen (wenn nicht sogar darin replizieren),
und es kann in großen
Mengen in passenden menschlichen Zelllinien produziert werden, welche
dafür ausgelegt
sind, das E1-Genprodukt in trans zu ergeben. Das Adenovirusgenom
ist im Allgemeinen mit benignen Pathologien bei Menschen verbunden,
und die Genomorganisation des Virus wurde seit dessen Entdeckung
in den frühen
1950iger Jahren eingehend untersucht. Darüber hinaus ist das Genom für die Manipulation
zugänglich,
abhängig
von der verwendeten Strategie zur Konstruktion des entsprechenden
Vektors. Ein replikationsunfähiges
Virus (wie z.B. ein E1/E3 deletierter Ad5gag-Vektor, der ein HIV-gag-Transgen
exprimiert, wie hier veranschaulicht) benötigt eine Zelllinie, die die
Deletionen komplementiert. Jede derartige Zelllinie kann verwendet
werden, um rekombinante Virusvektoren zu erzeugen, wobei bevorzugte,
jedoch nicht limitierende Zelllinien 293-Zellen und PER.C6
TM-Zellen sind. Zu diesem Zweck wurden zahlreiche
rekombinante Adenovirusvektoren der 1. Generation in der Literaturbeschrieben (siehe
z.B. Bett, et al., 1994, Proc. Natl. Acad. Sci. 91:8802-8806;
WO 01/02607 und
WO 02/22080 ). "Gutless"-Adenovirusvektoren sind ein Adenovirusvektor
der 2. Generation, im Allgemeinen ohne Virusprotein kodierende Sequenzen,
häufig
durch ein Helfervirus (oft ein E1 deletiertes Adenovirus), gewachsen
mit dem helferabhängigen
(HD) Adenovektor in einer Verpackungszelllinie (z.B. PER.C6
TM), mit Virusproteinen in trans supplementiert.
Bei fehlenden Virusproteinen können
diese Virusvektoren als Alternative in trans durch eine Zelllinie
und/oder ein "Helfervirus", der/die in der
Lage ist, die strukturellen und funktionellen Adenovirusproteine
zu exprimieren, die für
eine erfolgreiche Replikation, Verpackung und Rettung notwendig
sind, supplementiert werden. Angesichts der zunehmenden Popularität dieser
Virusvektoren und am Ende der Notwendigkeit, großtechnische Mengen entweder
eines Impfstoffs auf Virusbasis oder eines Gentherapievehikels herzustellen,
wurde es zwingend notwendig, wirtschaftliche und vergrößerbare
Verfahren zur Herstellung und Reinigung zu entwickeln.
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Erste
Berichte über
eine chromatographische Adenovirusreinigung im kleinen Maßstab erschienen
in den späten
1950iger Jahren und frühen
1960iger Jahren (siehe z.B. Klemperer und Pereira 1959, Virology
9: 536-545; Philipson, 1960, Virology 10: 459-465; Haruna et al., 1961, Virology 13:
264-267), sie wurde jedoch durch Zentrifugation in einem CsCl-Gradienten
abgelöst.
Im vergangenen Jahrzehnt wurde erneut über eine chromatographische
Adenovirusreinigung berichtet.
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Das
US-Patent Nr. 5 837 520 (siehe
auch Huyghe et al., 1995, Human Gene Therapy 6: 1403-1416) offenbart
ein Verfahren zur Adenovirusreinigung, das die Behandlung des Zelllysats
mit einer Nuklease umfasst, gefolgt von (1) Anionenaustausch und
(2) Metallionenchromatographie.
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Das
US-Patent 6 261 823 offenbart
ein Verfahren zur Adenovirusreinigung, welches das Durchführen einer
Anionenaustauschchromatographie, gefolgt von Größenausschlusschromatographie,
bei einem Viruspräparat
umfasst.
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Das
US-Patent 6 194 191 offenbart
Verfahren zur Adenovirusreinigung durch Verwendung niedriger Perfusionsgeschwindigkeiten
während
der Zellkultur, eines Detergentienlyseschritts und/oder eines einzelnen Chromatographieschritts.
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Shabram
et al., 1997 (Human Gene Therapy 8: 453-465) offenbart ein Verfahren
zur Messung der Ad5-Konzentration mit analytischer Anionenaustauschchromatographie.
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Trotz
dieser und anderer Berichte bleibt ein Bedarf für die Entwicklung eines großtechnischen
Verfahrens zur Reinigung von Virusvektoren, die in Wirtszellenkultursystemen
erzeugt werden, welches sowohl quantitative als auch qualitative
Probleme behandelt, die durch einen kommerzialisierten Impfstoff
oder Gentherapieprodukt entstehen. Die vorliegende Erfindung befasst
sich mit und deckt diesen Bedarf, indem es ein Reinigungsverfahren
offenbart, das zum Teil auf einem selektiven Fällungsschritt beruht, welcher
die Entfernung riesiger Mengen an kontaminierender/unreiner DNA
durch Klärung
ermöglicht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Reinigung von Viruspartikeln.
Für diesen
Zweck betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur Reinigung
von Viruspartikeln aus einem Wirtszellenlysat, umfassend selektives
Ausfällen
von verunreinigenden Nukleinsäure(DNA)-Molekülen weg
von den Viruspartikeln innerhalb des nach der Lyse vorliegenden
Wirtszellenkulturmediums durch Zugabe eines selektiven Fällungsmittels,
so dass mindestens etwa 80% der Wirtszellen-Nukleinsäuremoleküle aus dem
Medium, das die Viruspartikel enthält, ausgefällt werden. So wie hierin offenbart,
ermöglich
dieser erste Schritt die selektive Ausfällung von verunreinigender
DNA, wie z.B. Wirtszellen-DNA, mit einer wenigstens 80%igen Verringerung
der kontaminierenden DNA und, wie hierin veranschaulicht, sogar
einer wenigstens 80%igen Verringerung bis zu einer etwa 90%igen
Verringerung von verunreinigender DNA nach der Klärung. Ein
bevorzugtes Virus für
die Reinigung durch die hierin offenbarten Verfahren ist ein beliebiger
Serotyp von Adenovirus. Der zu reinigende Adenovirus-Serotyp ist
entweder eine Wildtyp-, eine modifizierte oder eine rekombinante
Form des entsprechenden Adenovirus-Serotyps. Die vorliegende Erfindung
wird durch ein Verfahren zur Reinigung von rekombinanten Adnovirus-5-Vektorpartikeln,
Adenovirus-6-Vektorpartikeln und Adenovirus-35-Vektorpartikeln veranschaulicht, ohne
dass sie sich jedoch darauf beschränken möchte. Andere bevorzugte Adenoviruspartikel
zur Reinigung durch die hierin offenbarten Verfahren sind u.a.,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, Adenovirus-26-Partikel und Adenovirus-36-Partikel.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einesteils einen bevorzugten Schritt
bei dem Reinigungsverfahren, nämlich
die Einbeziehung eines selektiven Ausfällungsschrittes nach der Lyse
durch Zugabe von wenigstens einem selektiven Fällungsmittel (einschließlich, jedoch
nicht beschränkt
auf ein kationisches Detergens), der, vorzugsweise gekoppelt mit
Klärung,
zur Entfernung von restlichen Nukleinsäuren und anderen Zellbruchstücken, die
auch Viruskapsiden umfassen kann, führt. Das hierin offenbarte
Verfahren führt
zu einem stabileren und wirtschaftlicheren Verfahren zur Herstellung
großtechnischer
Mengen an hochgradig gereinigten Adenoviruspartikeln. Verbleibende
Wirtszellen-DNA-Mengen
werden durchwegs auf weniger als die Nachweisgrenze eines Q-PCR-basierenden Tests
(<5 pg/1011 vp) reduziert. So wie hierin offenbart,
bedeutet ein Verweis auf einen "selektiven
Ausfällungsschritt
nach der Lyse",
auf einen "selektiven
Ausfällungsschritt", auf "selektive Ausfällung" oder dergleichen
einen Ausfällungsschritt,
bei dem ein selektives Fällungsmittel
(SPA) zu einem bestimmten Konzentrationsbereich bei der Herstellung
zugegeben wird, was dazu führt,
dass ein hoher Prozentsatz an kontaminierenden Nukleinsäuremolekülen (z.B.
DNA) selektiv weg von dem entsprechenden Virus ausgefällt wird.
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Das
Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst die folgenden Verfahrensschritte,
ohne dass diese zwingend erforderlich sind: (1) Freisetzen von Viruspartikeln
aus infizierten Zellen durch einen Lyseschritt, wie z.B. einen Detergentienlyseschritt;
(2) selektives Ausfällen,
um einen hohen Prozentsatz an kontaminierenden Nukleinsäuren zu
entfernen; (3) Tiefenfiltration und/oder Zentrifugation, um Zellbruchstücke und
ausgefallene Nukleinsäure
zu entfernen; (4) Ultrafiltration, um das Volumen zu verringern
und Puffer auszutauschen; (5) Nukleasebehandlung, um verbliebene
Nukleinsäuren
zu digerieren und die Entfernung zu erleichtern; (6) Anionenaustauschchromatographie,
um das Virus von Zellverunreinigungen, nicht zusammengesetzten Viruskomponenten
und leeren Kapsiden zu befreien; (7) Tangentialfluss-Ultrafiltration,
um weitere Verunreinigungen zu entfernen sowie einen Formulierungspuffer
einzubringen; (8) Sterilfiltration des Viruspräparats; (9) gegebenenfalls
einen oder mehrere Schritte zur weiteren Reinigung des Viruspräparats,
wie z. B. einen Durchfluss-Kationenaustauschchromatographieschritt,
einen Umkehrphasen-Adsorptionsschritt und/oder einen Hydroxyapatit-Chromatographieschritt;
und (10) gegebenenfalls einen Schritt vor oder in Verbindung mit
der Anionenaustauschchromatographie, welcher ein Filtrationsschritt
ist, um Teilchen vor dem Aufbringen auf die Anionenaustauschchromatographiesäule zu entfernen.
Tabelle 1 skizziert ein beispielhaftes Schritt-für-Schritt-AdV-Reinigungsverfahren.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Wildtyp-
oder rekombinantem Virus, insbesondere Wildtyp- oder rekombinantem
Adenovirus, wobei ein oder mehrere Schritt des veranschaulichten
Verfahrens (siehe Tabelle 1) weggelassen werden. Eine solche Weglassung
kann durch den Fachmann auf "Mix
and Match"-Basis
erfolgen, um ein vollständiges
Protokoll für
die Adenovirusreinigung zu erzeugen, das qualitativ annehmbar ist
und in einer Konzentration formuliert ist, die für klinische und/oder kommerzielle Anwendungen
offen ist. Jedes solche modifizierte Verfahren enthält vorzugsweise,
jedoch nicht notwendigerweise, wenigstens die folgenden Schritte:
(1) Zelllyse, (2) eine selektive DNA-Fällung nach der Lyse, (3) Klären des
verbliebenen virushaltigen Überstands,
wie z.B. durch Tiefenfiltration, um Zellbruchstücke und weiteren Nukleinsäureniederschlag
zu entfernen, und (4) einen Ultrafiltrationsschritt, um das gereinigte
Virus in Konzentrationen zu bringen, die für klinische und/oder kommerzielle
Gaben geeignet sind und/oder um das Virus durch Austausch in einen
geeigneten Puffer zu bringen.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung betrifft die Einbeziehung der vier oben
beschriebenen Schritte, nämlich
(1) Zelllyse, (2) selektive DNA-Fällung, (3) Klärung, (4)
einen Konzentrationsschritt (mit oder ohne einer Nukleasebehandlung),
mit dem zusätzlichen
Schritt (5), der ein Anionenaustauschchromatographieschritt ist,
in einer beliebigen vernünftigen
Reihenfolge, die zur Gewinnung von Adenovirusmengen in kommerzieller
Güte führt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner die Einbeziehung weiterer
nachgeschalteter Verfahren, die über
die in dem obigen Abschnitt erörterten
Schritte 1-5 hinaus gehen, so dass einer oder mehrere der folgenden
Schritte in einer beliebigen vernünftigen Kombination und/oder
Reihenfolge umfasst sind: ein Ultrafiltrationsschritt, ein Filtrationsschritt,
um Teilchen vor dem Aufbringen auf eine Anionenaustauschchromatographiesäule zu entfernen,
ein alternativer oder orthogonaler Chromatographieschicht (einschließlich, ohne
jedoch darauf beschränkt
zu sein, eines Kationenaustauschchromatographieschritts, Hydroxyapatitchromatographie- und/oder
Umkehrphasen-Adsorptionschromatographie schritte (z.B. unter Verwendung
von Amberlite XAD) und/oder eines Sterilfiltrationsschritts).
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Daher
betrifft die vorliegende Erfindung verschiedene Verfahren zur Reinigung
von Viruspartikeln, wie z.B. Adenovirus, die wirtschaftlicher und
stabiler sind als die bekannten Verfahren. Früher beruhten chromatographische
Anwendungen zur Adenovirusreinigung auf der Kombination aus hohen
Nukleasekonzentrationen und niedrigen Adenovirus-Beladungen, um zufriedenstellende Ergebnisse
zu erzielen. Diese Faktoren führen zu
Verfahren, die beim Übergang
zu größeren Maßstäben unwirtschaftlich
und unpraktisch sind. Die vorliegende Erfindung bewältigt diese
Probleme durch Offenbarung von Verfahren zur Reinigung von Viruspartikeln,
insbesondere Adenoviruspartikeln, umfassend einen vorgeschalteten
selektiven Ausfällungsschritt,
der die überwiegende
Mehrheit der Wirtszellen-DNA entfernt, wenn er mit einem Klärungsschritt
gekoppelt ist. Dieser frühe Schritt
zur Entfernung von Wirtszellenverunreinigungen ermöglicht die
Einbeziehung oder den Ausschluss verschiedener nachgeschalteter
Schritte in verschiedenen Kombinationen und/oder Schrittfolgen,
abhängig
von dem benötigten
Reinheitsgrad des fertigen gereinigten Virusprodukts. Als Beispiele,
jedoch nicht als Einschränkungen,
sind zusätzliche
nachgeschaltete Schritte u.a. die Anionenaustauschchromatographie,
die Ultrafiltration und eine nachgeschaltete Behandlung mit Nuklease
in geringer Konzentration. Speziell ist ein bevorzugter zusätzlicher
Schritt im Anschluss an den Schritt der selektiven Ausfällung ein
Anionenaustauschchromatographieschritt, bei dem wenig oder keine
Nuklease zugegeben wird. Es wird hier gezeigt, dass dieses Verfahren
aufgrund der vorhergehenden Ausfällung
von Verunreinigungen das Aufbringen der etwa 5-20-fachen Menge an
Adenovirus, bezogen auf die früher
berichtete Menge, auf die Säule
ermöglicht.
Ein solcher Schritt wird zur Erzeugung eines Produkts mit hohem
Reinheitsgrad geeignet sein. Ein Verfahren, das die selektive DNA-Ausfällung/Klärung beinhaltet,
verbessert auch die Effizienz eines nachfolgenden Ultrafiltrationsschrittes
deutlich. Und wie hierin angegeben, ist ein Nukleasebehandlungsschritt
nicht erforderlich, er kann jedoch gegebenenfalls durchgeführt werden,
um eine Verfahrensstabilität
zu gewährleisten.
Für viele
Anwendungen kann die Reinheit des ultrafiltrierten Produkts ausreichend
sein und eine chromatographische Reinigung als unnötig erachtet
werden. Für
eine hohe Reinheit erfordernde Anwendungen, wie z.B. Chargen in
klinischer Güte
oder kommerzielle Befüllungen,
oder aus anderen Gründen,
wie z.B. zur weiteren Reinigung, können ein oder mehrere Chromatographieschritte
zugefügt
werden. Wie oben angegeben, ist die Anionenaustauschchromatographie
bei einem solchen Verfahren extrem nützlich, abhängig von der sorgsamen Harzauswahl
und den Verfahrensbedingungen (NaCl-Konzentration), sowie die Einbeziehung
eines Detergens (z.B. PS-80) in die Laufpuffer, um die Aggregation
während
der Beladung und Flution zu inhibieren. Wiederum wird die AEX-Harznutzung
insgesamt um das 5-20-fache gegenüber den besten berichteten
Verfahren verbessert, wobei eine veranschaulichte ausnutzbare Kapazität bei 2,0 × 1013 vp/ml Harz liegt, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Als eine Alternative oder zusätzlich
zur Anionenaustauschchromatographie kann auch die Umkehrphasenadsorption
zur Verringerung der Konzentration von Verunreinigungen geeignet
sein. Speziell können
Detergentien, die während
der Kultur, Lyse oder Ausfällung
eingebracht werden, mittels eines Adsorptionsschrittes auf Chargen-
oder Säulenbasis
entfernt werden.
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Zu
diesem Zweck betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Reinigung von Viruspartikeln, insbesondere Adenoviruspartikeln,
das durch einen frühen
selektiven Ausfällungsschritt
nach der Lyse gekennzeichnet ist, der in weiterer Kombination mit
einem Klärungsschritt
und optionalen Ultrafiltrations-, Nukleasebehandlungs-, Volumenverringerungs-
und/oder Pufferaustauschschritten verwendet werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Reinigung
von Viruspartikeln, insbesondere Adenoviruspartikeln, bei dem ein
selektiver DNA-Ausfällungsschritt
nach der Lyse in Kombination mit einem Klärungsschritt, einem Anionenaustauschchromatographieschicht
und einem Ultrafiltrationsschritt verwendet wird, wobei optionale
Behandlungen u.a. die Nukleasebehandlung, die Volumenverringerung
und/oder den Pufferaustausch umfassen, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
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Die
vorliegend Erfindung betrifft ferner ein veranschaulichtes Verfahren
zur Reinigung von Viruspartikeln, insbesondere rekombinanten Adenovirusvektorpartikeln,
wie es in Tabelle 1 beschrieben ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner verschiedene Modifizierungen,
die sich dem Fachmann beim Studium dieser Patentschrift offenbaren
werden, wobei solche Modifizierungen ein Kernelement aus einem frühen selektiven
DNA-Ausfällungsschritt
nach der Lyse verwenden; ein Schritt, der, wenn mit einem Klärungsschritt
kombiniert, den Rest des Reinigungsverfahrens bildet, indem ein
relativ reines Produkt für
weitere Manipulationen erzeugt wird. Beim Studium dieser Patentschrift
wird daher deutlich werden, dass kein, ein oder mehr als ein zusätzlicher
Reinigungsschritt nach Belieben des Fachmanns zugefügt werden
kann, um ein gereinigtes Virusprodukt zu erzeugen. Solche zusätzlichen
Schritte können
hierin offenbarte Schritte sein (siehe z.B. Tabelle 1) oder solche,
die im Stand der Technik bekannte sein würden.
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Daher
betreffen bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung Verfahren zur Reinigung von Adenoviruschargen
mit klinischer Qualität
in kommerziell geeigneten Mengen, wobei das Verfahren wenigstens
einen selektiven Ausfällungsschritt
als Schritt nach der Lyse durch Zugabe eines SPA, das den Großteil der
Wirtszellen-DNA entfernt, wenn er mit wenigstens den zusätzlichen
Schritten der Klärung
und Ultrafiltration gekoppelt wird, umfasst. Die Einbeziehung dieses
Ausfällungsschritts
nach der Lyse verbessert die Wirksamkeit von etwaigen ein oder mehreren
nachfolgenden Ultrafiltrationsschritten wesentlich. Daher erfüllt das
hierin offenbarte Verfahren den Bedarf nach einem Virusreinigungsschema,
das den Anforderungen einer großtechnischen
kommerziellen Produktion gerecht wird. Die hierin beschriebenen
Verfahren eignen sich besonders auf dem Gebiet der Genimpfstoffe/Gentherapie,
um viele Nachteile von bekannten Virusreinigungsverfahren zu beheben.
Wie innerhalb dieser Patentschrift vermerkt, führen die hierin offenbarten
Verfahren zu konzentrierten Adenoviruspräparaten mit vernachlässigbaren
Mengen an DNA-Verunreinigung. Es ist bevorzugt, dass die Adenoviruspräparate der
vorliegenden Erfindung Adenovirus in einer Konzentration von wenigstens
1 × 1011 vp/ml und vorzugsweise von mehr als 1 × 1012 vp/ml enthalten, bei einer Konzentration
von restlicher Wirtszellen-DNA von wenigstens weniger als 100 Picogramm/1011 vp oder ferner weniger als 30 Picogramm/1011 vp, vorzugsweise von weniger als 10 Picogramm/1011 vp und besonders bevorzugt von weniger als
5 Picogramm/1011 vp.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Adenovirusreinigung
zur Verfügung
zu stellen, das wenigstens die Einbeziehung eines selektiven Ausfällungsschritts
nach der Lyse durch Zugabe eines SPA umfasst, welcher gekoppelt
sein kann mit einem oder mehreren zusätzlichen Klärungsschritten und einem oder
mehreren Ultrafiltrationsschritten. Dieses Verfahren begünstigt die
Entfernung von verbliebenen Nukleinsäuren und anderen Zellbruchstücken, was
zu stabileren Mengen hochgradig gereinigter Adenoviruspartikel in
kommerzieller Güte
führt.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Adenovirusreinigung zur Verfügung
zu stellen, das wenigstens die Einbeziehung der vier oben beschriebenen
Schritte, nämlich
(1) Zelllyse, (2) selektive Ausfällung
von Nukleinsäuremolekülen durch
Zugabe eines SPA, (3) Klärung,
(4) einen Konzentrationsschritt (mit oder ohne eine Nukleasebehandlung),
mit dem zusätzlichen
Schritt (5) eines Anionenaustauschchromatographieschritts umfasst.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur Adenovirusreinigung zu Verfügung
zu stellen, das wenigstens die Einbeziehung von Schritten zusätzlich zu
den Schritten 1-5 des vorherigen Abschnitts umfasst, welche in einer
beliebigen vernünftigen
Kombination und Reihenfolge ein oder mehrere Ultrafiltrationsschritte,
einen Filtrationsschritt zur Entfernung von Teilchen vor dem Aufbringen
auf eine Anionenaustauschchromatographiesäule, einen alternativen oder
orthogonalen Chromatographieschicht (einschließlich, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein,
eines Kationenaustauschchromatographieschritts, Hydroxyapatitchromatographie,
und/oder eines Umkehrphasen-Adsorptionschromatographieschritts und/oder
eines Sterilfiltrationsschritts) umfasst.
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Noch
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist als ein Verfahren
zur Adenovirusreinigung veranschaulicht, welches die folgenden Verfahrensschritte
umfasst, ohne dass diese zwingend erforderlich sind: (1) Freisetzen
von Viruspartikeln aus infizierten Zellen durch einen Lyseschritt,
wie z.B. einem Detergentienlyseschritt; (2) selektives Ausfällen, um
einen hohen Prozentsatz an kontaminierenden Nukleinsäuren zu
entfernen; (3) Tiefenfiltration und/oder Zentrifugation, um Zellbruchstücke und
ausgefallene Nukleinsäure
zu entfernen; (4) Ultrafiltration, um das Volumen zu verringern
und Puffer auszutauschen; (5) Nukleasebehandlung, um verbliebene
Nukleinsäuren
zu digerieren und die Entfernung zu erleichtern; (6) Anionenaustauschchromatographie,
um das Virus von Zellverunreinigungen und nicht zusammengesetzten
Viruskomponenten zu befreien; (7) Tangentialfluss-Ultrafiltration,
um weitere Verunreinigungen zu entfernen sowie einen Formulierungspuffer
einzubringen; (8) Sterilfiltration des Viruspräparats; (9) gegebenenfalls
einen oder mehrere Schritte zur weiteren Reinigung des Viruspräparats,
wie z.B. einen Durchfluss-Kationenaustauschchromatographieschritt, einen
Umkehrphasen-Adsorptionsschritt
und/oder einen Hydroxyapatit-Chromatographieschritt; und (10) gegebenenfalls
einen Schritt vor oder in Verbindung mit der Anionenaustauschchromatographie,
welcher ein Filtrationsschritt ist, um Teilchen vor dem Aufbringen
auf die Anionenaustauschchromatographiesäule zu entfernen. Tabelle 1
skizziert ein beispielhaftes Schritt-für-Schritt-Ad-Reinigungsverfahren,
wobei die Kombination und/oder Reihenfolge eines jeden einzelnen
Verfahrensschritts offen für
eine Anpassung durch den Fachmann sind/ist.
So wie hierin verwendet,
bedeutet "vp" – Viruspartikel –.
So
wie hierin verwendet, bedeutet "AEX" – Anionenaustauschchromatographie –.
So
wie hierin verwendet, bedeutet "CEX" – Kationenaustauschchromatographie –.
So
wie hierin verwendet, bedeutet "TFF" – Tangentialflussfiltration –.
So
wie hierin verwendet, bedeutet "TNBP" – Tri-n-butylphosphat –.
So
wie hierin verwendet, bedeutet "CPC" – Cetylpyridiniumchlorid –.
So
wie hierin verwendet, bedeutet "DB" – Domiphenbromid –.
So
wie hierin verwendet, bedeutet "CTAB" – Cetyltrimethylammoniumbromid –.
So
wie hierin verwendet, bedeutet "BTC" – Benzethoniumchlorid –.
So
wie hierin verwendet, bedeutet "TTA" Tetradecyltrimethylammoniumchlorid –.
So
wie hierin verwendet, bedeutet "PS-80" – Polysorbat 80 –.
So
wie hierin verwendet, bedeutet "SPA" – selektives Fällungsmittel –. Ein selektives
Fällungsmittel
ist hier definiert als ein beliebiges Mittel, eine beliebige Verbindung
oder dergleichen, das/die, wenn es/sie zu einem Präparat zugegeben
wird, das eine Viruspopulation, wie z.B. Adenovirus, und kontaminierende
Nukleinsäuremoleküle enthält, die
selektive Ausfällung
von wenigstens einer wesentlichen Menge der kontaminierenden Nukleinsäuremoleküle weg von
dem entsprechenden Virus bewirkt.
So wie hierin verwendet,
bedeutet die Bezeichnung "Adenovirus" oder "Ad" oder "AdV" einen beliebigen
Adenovirus, einschließlich,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, einen beliebigen Adenovirus-Serotyp, der ein Wildtypvirus,
ein modifiziertes Virus (wie z.B. als ein geschwächtes Virus) und/oder ein rekombinantes
Virus, wie z.B. irgendein Adenovirus-Serotyp, der zum Beispiel ein
rekombinanter Adenovirusvektor der 1. oder 2. Generation ist, welcher
ein oder mehrere heterologe Transgene, insertiert in den entsprechenden
rekombinanten Adenovirusvektor, enthalten kann oder nicht.
So
wie hierin verwendet, bedeutet die Bezeichnung "Wirtszelle" oder "Wirtszelllinie" eine beliebige Säuger-Zelllinie, welche die
Replikation eines entsprechenden Virus, wie z.B. eines Wildtyp-,
modifizierten oder rekombinanten Adenovirus, unterstützt. Man
wird erkennen, dass jede solche Wirtszelllinie bis zu einer im Fach
bekannten Wachstumsphase kultiviert wird, gefolgt von der Infektion
mit einem Impfstamm des entsprechenden Virus, dann gefolgt von einer
weiteren Kultur unter physiologisch annehmbaren Bedingungen, die
zur Erzeugung einer zusätzlichen
Viruspopulation führt,
welche durch die hierin offenbarten Verfahren geerntet werden kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 zeigt
ein Beispiel für
eine präparative
Anionenaustausch(AEX)-Chromatographie.
Das Feed wurde auf etwa 38 mS/cm eingestellt und auf Source15Q gepackt.
Die Säule
wurde mit 5 Volumen 50 mM HEPES, 2 mM MgCl2,
0,39M NaCl, 0,1% PS-80, pH 7,5, gewaschen, und ein linearer Gradient
wurde bis 0,47M NaCl eluiert.
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Die 2A, 2B und 2C zeigen
Ergebnisse von Anionenaustauschassay-Chromatogrammen für den Schritt der präparativen
AEX-Chromatographie. (A) Feed, (B) Durchfluss, (C) Produktpool.
Peak-IDs sind wie folgt: 1 Minute – versch. Verunreinigungen,
PS-80; 7 Minuten – Hexon-Protein;
11 Minuten – AdV-Partikel;
16 Minuten – Nukleinsäure.
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3 zeigt
ein Profil des präparativen
Anionenaustauschs für
Beispiel 2. Das Beladen, das Waschen und die Flution sind gezeigt.
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4 zeigt
Adenovirus-Ausfällungsprofile
für die
kationischen Detergentien BTC, DB, CTAB, CPC und TTA.
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5 zeigt
die DNA-Ausfällungsprofile
für die
kationischen Detergentien BTC, DC, CTAB, CPC und TTA.
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6 zeigt
verschiedene Kapazitäten
für eine
CE-25- und DE-45-Tiefenfiltration unter verschiedenen Mischbedingungen.
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7 zeigt
eine SDS-PAGE-Analyse eines Schritt-für-Schritt-Adenovirus(MRKAd5gag)-Reinigungsverfahrens
aus einer 300-Liter-Zellkultur. Die Beladung wurde auf 6,34E9 vp
normalisiert.
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8 zeigt
eine SDS-PAGE-Gelproteinanalyse bei dem Anionenaustauschprodukt(AEP)-Zwischenprodukt
für drei
als Beispiele gewählte
Adenovirus-Präparate.
Alle Proben wurden bei 1,19e10 Gesamt-vp beladen. Spur (1) MG-Markierungen;
(2) 0112A; (3) 0112C; (4) 0114; (5) 0113A1; (6) 0113A2; (7) 0113A3;
(8) 0113B; (9) 0113C; (10) 0113D.
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9 zeigt
Trennzeiten für
verschiedene rekombinante Adenovirus-Serotypen (Ad5, Ad24 und Ad35) durch
Anionenaustauschchromatographie.
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10 zeigt
die Konzentrationsauswirkung von Domiphenbromid auf verschiedene
Serotypen von rekombinantem Adenovirus und DNA aus jedem entsprechenden
rekombinanten Virus.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Reinigung von Viruspartikeln
aus einem Zelllysat. Dazu betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren
zur Reinigung von Viruspartikeln aus einem Zelllysat von einem Zellkulturmedium,
das die selektive Ausfällung
von Verunreinigungsmolekülen
(DNA-Molekülen)
(wie z.B. genomischer Wirtszellen-DNA) weg von den Viruspartikeln innerhalb
des Zelllysats durch Zugabe eines selektiven Fällungsmittels zu dem Wirtszellenkulturmedium
nach der Lyse umfasst, so dass mindestens etwa 80% der DNA-Verunreinigungsmoleküle aus dem
die Viruspartikel enthaltenden Medium ausgefällt werden. So wie hierin offenbart,
ermöglicht
dieser erste Schritt die selektive Ausfällung von kontaminierender
DNA bei einer mindestens 80%igen Reduzierung der kontaminierenden
DNA und, wie hierin veranschaulicht, sogar einer etwa 90%igen Reduzierung
der DNA nach der Klärung
(z.B. Tiefenfiltration oder Zentrifugation und ein klärender Tiefenfiltrationsschritt).
Zu diesem Zweck betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zur
Virusreinigung, insbesondere Adenovirusreinigung, bei denen wenigstens
70% oder wenigstens 80% oder sogar wenigstens 90% der kontaminierenden
(z.B. Verunreinigungs-) DNA nach einem anfänglichen selektiven Ausfällungsschritt
nach der Lyse oder einem selektiven Ausfällungsschritt nach der Lyse,
gefolgt von einem Klärungsschritt (z.B.
Tiefenfiltration oder Zentrifugation und einem klärenden Tiefenfiltrationsschritt)
von den Viruspartikeln entfernt werden.
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Obwohl
jede beliebige Zahl von Wildtyp- oder modifizierten Viren und/oder
rekombinanten Virusvektoren für
dieses Verfahren verwendbar ist, ist ein bevorzugtes Virus ein Wildtyp-
oder modifizierter Adenovirus oder rekombinanter Adenovirusvektor,
der hierin durch einen rekombinanten Serotyp-5-, -6- und -35-Adenovirusvektor
veranschaulicht ist. Ein bevorzugtes Virus zur Reinigung ist ein
beliebiger Wildtyp-, modifizierter, mutierter und/oder rekombinanter
Adenovirus (siehe wiederum Fundamental Biology, 3. Aufl., Fields,
B.N., Knipe, D.M. und Howley, P.M., Hrsg, in Kapitel 30, S. 979-1016
(1996)). Die vorliegende Erfindung betrifft teilweise ein Reinigungsverfahren,
bei dem ein nach der Lyse stattfindender Schritt wenigstens einen
selektiven Ausfällungsschritt
durch Einbau eines selektiven Fällungsmittels,
das vorzugsweise ein kationisches Detergens ist, welches wirksam
den Großteil
der freien Nukleinsäuremoleküle sowie
andere Zellbruchstücke
entfernt, umfasst. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung führt zur
Gewinnung von kommerziell brauchbaren Mengen von Adenovirusvektor
mit hervorragenden Reinheitseigenschaften, was dieses Verfahren
besonders zur Füllung
und Verteilung von Impfstoffen auf Adenovirusbasis oder Gentherapieprodukten
auf Adenovirusbasis geeignet macht. Die vorliegende Erfindung betrifft
Verfahren, um gereinigtes Virus aus großtechnischen Produktionsanlagen
zu erhalten, welche in einem bevorzugten Aspekt eine Kombination
aus Ausfällung,
Tiefenfiltration und/oder Zentrifugation, Ultrafiltration, Nukleasedigestion
und Chromatographie umfasst, um stabil und wirtschaftlich ein hochgradig
gereinigtes Produkt zu erzeugen. Die verbleibenden Wirtszellen-DNA-Konzentrationen liegen
durchwegs unter 5 pg/1011 vp, wenn die Verfahren
der vorliegenden Erfindung verwendet werden, die in Tabelle 1 veranschaulicht
sind. Es wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass eine Größenangabe
für den
restlichen Wirtszellen-DNA-Gehalt
nicht als eine Einschränkung
dieses Verfahrens gedacht ist. Stattdessen stützen diese Daten das Wesentliche
der vorliegende Erfindung: ein großtechnisches Verfahren zur
Erzeugung von Viruspartikeln, das zu einem hochgradig gereinigten
Produkt führt,
welches im klinischen und kommerziellen Rahmen verwendet werden
kann. Es kann angemerkt werden, dass die Bedeutung, bestimmte DNA-Konzentrationen
in dem Endprodukt zu erzielen, produktspezifisch ist. Produkte zur
parenteralen Verwen dung in Menschen werden die strengsten Anforderungen
erfüllen
müssen,
doch selbst in diesem Fall werden die Ziele von 100 pg/Dosis bis
zu 10 ng/Dosis ("WHO
Requirements for the Use of Animal Cells as in vitro Substrates
for the Production of Biologicals (Requirements for Biological Substances
No. 50), WHO Technical Report Series, No. 878, 1998) oder höher variieren
und werden vermutlich angepasst werden, abhängig von der Produktindikation.
Darüber
hinaus kann für
Produkte auf Adenovirusbasis die Dosierung über mehrere Größenordnungen
variieren. Es ist daher nicht von besonderer Bedeutung, spezifische
Rest-DNA-Konzentrationen von unter diesem Wert (z.B. von unter 5
pg/1011 vp) zu erzielen, und bei den meisten
Anwendungen ist es unwahrscheinlich, dass Variationen von einem
Mehrfachen um diesen Wert herum von Charge zu Charge Folgen haben
werden. Wie oben angegeben, ist es daher bevorzugt, dass die Adenoviruspräparate der
vorliegenden Erfindung Adenovirus in einer Menge von 1 × 1011 vp/ml und vorzugsweise von mehr als 1 × 1012 vp/ml enthalten, während sie eine Rest-Wirtszellen-DNA-Konzentration
von wenigstens 100 Picogramm/1011 vp oder ferner
weniger als 30 Picogramm/1011 vp, vorzugsweise
weniger als 10 Picogramm/1011 vp und ganz
besonders bevorzugt weniger als 5 Picogramm/1011 vp
besitzen.
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Ein
Teil der vorliegenden Erfindung betrifft einen bevorzugten Schritt
bei dem Reinigungsverfahren, nämlich
die Einbeziehung eines selektiven Ausfällungsschritts nach der Lyse,
der, wenn er vorzugsweise mit einer Klärung gekoppelt wird, zur Entfernung
von verbliebenen Nukleinsäuren
und anderen Zellbruchstücken führt und
somit die Verwirklichung eines stabileren und wirtschaftlich brauchbaren
Verfahrens zur Herstellung großer
Mengen hochgradiger gereinigter Adenoviruspartikel in kommerzieller
Qualität
ermöglicht.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann, muss jedoch nicht,
die folgenden Verfahrensschritte umfassen: (1) Freisetzen von Viruspartikeln
aus infizierten Zellen durch einen Lyseschritt, wie z.B. einem Detergentienlyseschritt; (2)
selektives Ausfällen
mit einem SPA, um einen hohen Prozentsatz an kontaminierenden Nukleinsäuren zu entfernen;
(3) Tiefenfiltration, um Zellbruchstücke und ausgefallene Nukleinsäure zu entfernen;
(4) Ultrafiltration, um das Volumen zu verringern und Puffer auszutauschen;
(5) Nukleasebehandlung, um verbliebene Nukleinsäuren zu digerieren und die
Entfernung zu erleichtern; (6) Anionenaustauschchromatographie,
um das Virus von Zellverunreinigungen und nicht zusammengesetzten
Viruskomponenten zu befreien; (7) Tangentialfluss-Ultrafiltration,
um weitere Verunreinigungen zu entfernen sowie einen Formulierungspuffer
einzubringen; (8) Sterilfiltration des Viruspräparats; (9) gegebenenfalls
gefolgt von oder ergänzt
als ein früherer
Schritt mit einem unabhängigen
zusätzlichen
Schritt zur weiteren Reinigung des Viruspräparats, wie z. B. einen Durchfluss-Kationenaustauschchromato graphieschritt,
einen Umkehrphasen-Adsorptionsschritt und/oder einen Hydroxyapatit-Chromatographieschritt;
und (10) gegebenenfalls eine Schritt vor oder in Verbindung mit
der Anionenaustauschchromatographie, welcher ein Filtrationsschritt
ist, um Teilchen vor dem Aufbringen auf die Anionenaustauschchromatographiesäule zu entfernen.
Tabelle 1 skizziert ein beispielhaftes Schritt-für-Schritt-Ad-Reinigungsverfahren.
So wie hierin angegeben, ist eine weitere Option zum hierin offenbarten
Verfahren das Hinzufügen
eines Filtrationsschritts vor oder in Verbindung mit der Anionenaustauschchromatographie.
Es ist möglich,
dass in manchen Fällen
(die von den speziellen Komponenten des Kulturmediums sowie von
den Eigenschaften sowohl der produzierenden Zelllinie als auch des
Produkts abhängen könnten) kleine
Teilchen oder "Aggregate" entweder durch den
primären
Klärschritt
gelangen können
oder sich während
der Nukleasebehandlung oder Ultrafiltration bilden können, insbesondere
wenn die Ultrafiltration einen Konzentrationsschritt umfasst. In
diesem Fall ist ein zusätzlicher
Filtrationsschritt vorgesehen, um diese Teilchen vor dem Aufbringen
auf die Anionenaustauschchromatographiesäule zu entfernen. Das Filter
könnte bei
der Beladung der Säule
vorgeschaltet werden, oder es könnte
in einem unabhängigen
Arbeitsgang verwendet werden. Die Filtration würde im Allgemeinen durch Verwendung
von Einweg-Kapseln oder Patronenfilter stattfinden. Diese Dead-End-Filter
könnten
entweder auf Tiefenfiltration oder Membranfiltration beruhen. Das
Medium in diesen Filtern könnte(n)
Polypropylen, Cellulose, Celluloseester, modifiziertes Polyvinylidenfluorid,
Nylon, Polyethersulfon oder irgendein anderes Material sein, das
mit einer geringen Produktbindung konform geht; darüber hinaus
könnten
alle diese Medien mit oder ohne Modifizierungsmittel, wie z.B. Diatomeenerde
und/oder Harze, um die Filtereigenschaften zu verbessern, vorliegen.
Die nominale Größe eines
solchen Filters würde
zwischen 0,2 und 1 Mikron liegen.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Reinigung
von Wildtyp- oder
rekombinantem Virus, insbesondere Wildtyp- oder rekombinantem Adenovirus,
wobei einer oder mehrere Schritte eines veranschaulichten Verfahrens
(siehe Tabelle 1) weggelassen werden. Eine solche Weglassung kann
durch den Fachmann auf "Mix
and Match"-Basis
erfolgen, um ein vollständiges
Protokoll für
die Adenovirusreinigung zu erzeugen, das qualitativ annehmbar ist
und in einer Konzentration formuliert ist, die für klinische und/oder kommerzielle
Anwendungen offen ist. Jedes solche modifizierte Verfahren enthält vorzugsweise,
jedoch nicht notwendigerweise, wenigstens die folgenden Schritte:
(1) Zelllyse, (2) eine selektive DNA-Fällung nach der Lyse, (3) Klären des
verbliebenen virushaltigen Überstands,
wie z. B. durch Tiefenfiltration, um Zellbruchstücke und weiteren Nukleinsäureniederschlag
zu entfernen, und (4) einen Ultrafiltrationsschritt, um das gereinigte
Virus derart einzuengen, dass die Konzentrationen für klinische
und/oder kommerzielle Gaben geeignet sind und/oder um das Virus
durch Austausch in einen geeigneten Puffer zu bringen.
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Eine
weitere Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung betrifft die Einbeziehung der vier oben
beschriebenen Schritte, nämlich
(1) Zelllyse, (2) selektive DNA-Fällung, (3) Klärung, (4)
einen Konzentrationsschritt (mit oder ohne einer Nukleasebehandlung)
mit dem zusätzlichen
Schritt (5), der ein Anionenaustauschchromatographieschritt ist
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Einbeziehung weiterer
nachgeschalteter Verfahren, die über
die in dem obigen Abschnitt erörterten
Schritte 1-5 hinaus gehen, so dass einer oder mehrere der folgenden
Schritte in einer beliebigen vernünftigen Kombination und/oder
Reihenfolge umfasst sind: ein Ultrafiltrationsschritt, ein alternativer
oder orthogonaler Chromatographieschicht (einschließlich, ohne
jedoch darauf beschränkt
zu sein, eines Kationenaustauschchromatographieschritts, Hydroxyapatitchromatographie-
und/oder Umkehrphasen-Adsorptionschromatographieschritten (z. B.
unter Verwendung von Amberlite XAD) und/oder eines Sterilfiltrationsschritts).
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Die
Schritte 1-4 können
auf ein beliebiges Produkt mit Eigenschaften ausgedehnt werden,
die die selektive Ausfällung
von DNA basierend auf Ladung und/oder Hydrophobizität ermöglichen,
mit der Maßgabe, dass
das Produkt nicht durch das selektive Mittel desaktiviert wird.
Zum Beispiel sollte jedes kationische Produkt (oder Anion mit einer
niedrigeren Ladungsdichte als DNA) in Lösung frei bleiben, wenn DNA
mit kationischen Detergentien oder Polymeren gefällt wird. Beispielhafte Produkte
können
u.a. adenoassoziiertes Virus (AAV), humanes Papilloma-Virus (HPV)
oder VLPs, hergeleitet von deren Strukturprotein(en), und Hepatitis-A-Virus
(HAV) sein, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Von besonderem
Interesse ist AAV, da die Reinigung mittels Kationenaustauschchromatographie
beschrieben wurde und großtechnische
Produktionsanlagen notwendig sein können, wenn es als ein Vektor
für entweder
die Gentherapie oder Impfstoffprodukte zugelassen wird. In diesem
Fall könnten
kationische Detergentien verwendet werden, um sowohl Wirtszellen-DNA
als auch das kontaminierende Helfer-Adenovirus auszufällen. Nach
der Klärung
könnte
das AAV durch Ultrafiltration und Chromatographie weiterbehandelt
werden, wobei der Kationenaustausch der bevorzugte Schritt ist und
die Anionenaustauschchromatographie nur angehängt wird, wenn zusätzliche
Stabilität erwünscht ist.
Dabei sollte angemerkt werden, dass ein Aspekt der vorliegenden
Erfindung die spezifische Verwendung von Domiphenbromid als ein
selektives Fällungsmittel
für Reinigungsverfahren
ist, bei denen die Entfernung einer beliebigen Zahl von Zellkomponenten,
insbesondere Nukleinsäuren,
aus einer beliebigen Zahl von verschiedenen Arten von biologischen
Produkten, einschließlich,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, Viruspartikeln, virusartiger Teilchen (z.B. auf HPV basierende
Impfstoffe) oder beliebiger anderer biologischer Produkte, die von
einer kontaminierenden kulturbasierenden Komponente durch einen
selektiven Ausfällungsschritt
im Wesentlichen abgetrennt werden können, notwendig ist. Obwohl
eine große
Zahl von möglichen SPAs
zur Durchführung
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist Domiphenbromid
aufgrund seiner Verfügbarkeit
als ein Rohmaterial von GMP-Güte
und seiner derzeitigen Verwendung in anderen, zur Verwendung am
Menschen vorgesehenen Produkten von besonderem Interesse. Da Domiphenbromid
als ein Wirkstoff in Mundhygieneprodukten sowie als topische antibiotische
Cremes ausgiebig Verwendung findet, wird speziell dieses Molekül in großen Mengen
produziert und unter cGMP-Bedingungen freigegeben. Dessen Verwendung
als selektives Fällungsmittel
und speziell als Mittel zur Ausfällung
von Nukleinsäuren
aus einem Virus ist im Stand der Technik nicht bekannt. Die erhöhte Selektivität von DB
rührt von
seiner Fähigkeit
her, leicht zwischen Stromkomponenten zu unterscheiden, die kleine
Unterschiede bei den Ladungsdichten oder der Gesamtladung besitzen.
Die erfolgreiche Anwendung dieser Technologie bei Strömen, die
minimale Unterschiede in der Ladungsdichte besitzen (z.B. Adenovirus
und DNA), unterstreicht dessen mögliche
Verwendung bei einer Reihe von derzeitigen und zukünftigen
kommerziellen Anwendungen. Das breite Verarbeitungsfenster, das
eine solche Anwendung begleitet, kann nur breiter werden, wenn größere Ladungsunterschiede zwischen
Produkt und Verunreinigungen untersucht werden. Die Selektivität kann durch
die Zugabe von anorganischen Salzen mit variierenden Ionenstärken weiter
erhöht
werden. Es ist bekannt, dass während
der Ausfällung
bei Verbindungen, die auch eine Ammoniumgruppe enthalten, positive
Ladungen auf den Detergentienmolekülen die negativ geladenen Gruppen
auf den Molekülen,
die einen Elektronegativitätsgrad
besitzen, neutralisieren. Sobald die Ladungen auf den Molekülen neutralisiert
sind, Wechselwirken die hydrophoben Enden der Detergentienmoleküle miteinander
durch hydrophobe Wechselwirkungen, so dass die löslichen Komponenten ausfallen.
Die DB-Moleküle
besitzen eine strukturelle Verwandtheit mit vielen üblicherweise
verwendeten kationischen Detergentien, dadurch dass sie eine geladene
Ammoniumgruppe besitzen, die Kombination aus Ammoniumgruppe(n),
Ester(n) und Benzolring(en) ergibt jedoch eine zusätzliche
Selektivität
und Stabilität
gegen ladungsbasierende Wechselwirkungen, so dass eine neue Technologie
angewandt werden kann (z.B. einschließlich DNA, RNA, Proteinen,
VLPs und Polysaccharidmolekülen,
ohne jedoch darauf beschränkt zu
sein).
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Die
vorliegende Erfindung betrifft somit Verfahren, die zur Reinigung
von Adenovirusvektorteilchen aus großtechnischen Produktionsanlagen
führen
und kommerziell brauchbare Mengen an gewonnenem Virus liefern, die
auch hervorragende Reinheitseigenschaften aufweisen. Die Bezeichnung "großtechnisch", so wie sie hierin
verwendet wird, soll Wirtszellenkultur-Gesamtvolumina von mehr als
etwa 10 Liter bis etwa 50000 Liter umfassen, wobei etwa 300 Liter
bis etwa 20000 Liter die Norm sind.
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Bei
einem veranschaulichten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine
Kombination aus Zelllyse, Ausfällung
mit einem SPA, Tiefenfiltration und/oder Zentrifugation, Ultrafiltration,
Nukleasedigerierung und Chromatographieschritte verwendet, um hochgrad
gereinigtes Produkt stabil und wirtschaftlich herzustellen, was
zu Konzentrationen an verbleibender Wirtszellen-DNA von weniger
als nachweisbare Konzentrationen führt, wenn ein Q-PCR-Assay für Wirtszellen-DNA
verwendet wird. Ein vorausgehender Lyseschritt sorgt für die maximale
Freisetzung von intrazellulärem
Adenovirus von den Wirtszellen und macht es möglich, die potentiellen adventiven
Mittel (insbesondere komplexe Viren, wie z.B. Herpesviren oder Retroviren),
die hypothetisch die Zellkultur in einer niedrigen Konzentration
verunreinigen könnten,
zu deaktivieren.
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Wie
oben angegeben, ermöglicht
ein erster Schritt zur Lyse infizierter Zellen die Ernte von sowohl
zellassoziiertem (intrazellulärem)
als auch nicht zellassoziiertem (extrazellulärem) Virus aus dem Wirtszellenkulturmedium.
Als Folge davon ergibt dies eine Flexibilität bei der Auswahl von Kulturbedingungen,
die für
die Virusgesamtproduktivität
optimal sind. Darüber
hinaus minimiert die Gegenwart von Detergens während des Verfahrens die Assoziierung
des Virus mit der Wirtszellen-DNA. Die Wirtszellen-Detergentienlyse
kann, obwohl sie das bevorzugte Verfahren zur Lyse AdV-haltiger
Wirtszellen ist, durch nichtmechanische Lyseverfahren, die für Reinigungsverfahren
im großtechnischen
Maßstab
geeignet sind (wie z.B. Enzymbehandlung), und/oder durch mechanische
Scherverfahren (wie z.B. Hohlfaser-Ultrafiltration) ersetzt werden,
um maximale Mengen an Adenovirus freizusetzen. Jede zelllysierende
Komponente, die in ein biologisches System, wie z.B. eine Gentherapie
oder ein Impfstoffreinigungsverfahren, eingebracht werden kann,
kann zur Lyse der infizierten Wirtszellen verwendet werden, insbesondere
ist ein Detergens oder ein Enzym, von dem im Fachgebiet bekannt
ist, dass es bei biologischen Anwendungen geeignet ist, vorgesehen,
einschließlich,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, die Detergentien Triton und/oder Polysorbat-80. Darüber hinaus
kann ein Lösungsmittel,
wie z.B. TNBP, zu dem Lysat oder dem geklärten Lysat in niedrigen Konzentrationen
(z.B. 0,3%) zugegeben werden, um diese Detergentien in ihrer Fähigkeit
zu unterstützen,
komplexe Viren zu desaktivieren. Auch die Autolyse der infizierten
Wirtszellen kann für
eine bedeutende Freisetzung von intrazellulärem Virus sorgen. Somit kann
jede beliebige Form von Wirtszellenlyse, die im Stand der Technik
bekannt ist, verwendet werden, um intrazellulären Virus in das Wirtszellenkulturmedium
freizusetzen, damit dieser schließlich durch die hierin offenbarten
Verfahren geerntet werden kann.
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Nach
der Lyse wird DNA durch Zugabe einer konzentrierten SPA-Lösung selektiv
ausgefällt,
während das
Adenovirus in der flüssigen
Phase verbleibt. Dieser Schritt ermöglicht die selektive Ausfällung von
Wirtszellen-DNA und verbessert auch die Stabilität stromabwärts. Wie hierin veranschaulicht,
führt dieser
frühe Ausfällungsschritt
zu einer etwa 90%igen Reduktion der Nukleinsäure nach der Klärung. Nukleasen
(einschließlich,
ohne jedoch beschränkt
zu sein auf, BenzonaseTM (EM Industries),
DNasen und RNasen) werden nicht länger benötigt, können jedoch für eine maximale
DNA-Verringerung dennoch von Vorteil sein. Angesichts der Fähigkeit
dieses Ausfällungsschrittes
zur Entfernung der überwiegenden
Mehrheit der kontaminierenden Nukleinsäuren, ist die Anionenaustauschchromatographie
möglicherweise
für die
Produktreinheit nicht essentiell, abhängig von der letztendlichen
Dosis. Ein AEX-Schritt kann jedoch aus Gründen der Stabilität in dem
Verfahren bleiben.
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Obwohl
man nicht durch eine Theorie gebunden sein möchte, wird angenommen, dass
die Zugabe eines SPA nach der Zelllyse zu den positiv geladenen
Gruppen (und aromatischen Ringen, falls vorhanden) an den Verbindungen
führt,
die sich an die negativ geladenen Phosphatgruppen (und Basenpaare)
an den DNA-Molekülen
binden. Die hydrophoben Enden an den Detergentien Wechselwirken
dann miteinander, was zur Ausfällung
führt.
Hierin offenbarte Versuchsergebnisse zeigen, dass DNA-Moleküle eine
höhere
Affinität für die SPAs
besitzen als der Adenovirus. Daher werden die Moleküle nicht
mit dem Adenovirus Wechselwirken, bis die DNA-Konzentration in der
flüssigen
Phase niedrig ist. Gemischte Mizellen ergeben ebenfalls eine erhöhte Stabilität. Dieser
Mechanismus sorgt für
die erforderliche Selektivität
während
der Ausfällung.
Die SPAs, die zur Durchführung
der hierin beschriebenen Erfindung geeignet sein können, sind
u.a., ohne jedoch in irgendeiner Weise einschränkend zu sein, Amincopolymere,
quaternäre
Ammoniumverbindungen und jegliche entsprechende Mischungen davon.
Mischung aus SPAs ergeben eine ähnliche
Leistung wie reine SPAs, wobei sie mehrere Ausfällungsmechanismen umfassen
(z.B. primäre
Bindungsstellen). Eine Mischung aus SPAs kann zu dem Zelllysat als
der Fällungspuffer
zugegeben werden, oder ein High-cut/Low-cut-Zugabeverfahren kann aufgenommen werden.
Speziell haben sich die vielen Formen von Polyethylenimin (PEI)
als sehr wirkungsvoll zur Neutralisation von überschüssiger anionischer Ladung (DNA-Verunreinigungen)
erwiesen, insbesondere unter sauren und neutralen pH-Bedingungen.
Theoretisch können
modifizierte PEI-Copolymere mit relativ hohen Molekülmassen
genauso effizient sein.
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Die
quaternären
Ammoniumverbindungen der folgenden sieben Klassen waren für die vorliegende
Erfindung die nützlichsten.
Diese sind u.a., ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, die folgenden
Klassen und Beispiele für
im Handel erhältliche
Produkte: Monoalkyltrimethylammoniumsalze (Beispiele für im Handel
erhältliche
Produkt sind u.a. Cetyltrimethylammoniumbromid oder -chlorid als
CTAB, Tetradecyltrimethylammoniumbromid oder -chlorid (TTA), Alkyltrimethylammoniumchlorid,
Alkylaryltrimethylammoniumchlorid, Dodecyltrimethylammoniumbromid
oder -chlorid, Dodecyldimethyl-2-phenoxyethylammoniumbromid, Hexadecylamin-,
-chlorid- oder -bromidsalz, Dodecylamin- oder -chloridsalz und Cetyldimethylethylammoniumbromid- oder
-chlorid), Monoalkyldimethylbenzylammoniumsalze (Beispiele sind
u.a. Alkyldimethylbenzylammoniumchloride und Benzethoniumchlorid
als BTC), Dialkyldimethylammoniumsalze (im Handel erhältliche
Produkt sind u.a. Domiphenbromid als DB, Didecyldimethylammoniumhalogenide
und Octyldodecyldimethylammoniumchlorid oder -bromid), heteroaromatische
Ammoniumsalze (im Handel erhältliche
Produkte sind u.a. Cetylpyridiumhalogenide (CPC oder Bromidsalz
und Hexadecylpyridiniumbromid oder -chlorid), cis-Isomer von 1-[3-Chlorallyl]-3,5,7-triaza-1-azoniumadamantan,
Alkylisochinoliniumbromid und Alkyldimethylnaphthylmethylammoniumchlorid
(BTC 1110), polysubstituierte quaternäre Ammoniumsalze (im Handel
erhältliche
Produkte sind u.a., ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Alkyldimethylbenzylammoniumsaccharinat
und Alkyldimethylethylbenzylammoniumcyclohexylsulfamat), bisquaternäre Ammoniumsalze
(Produktbeispiele sind u.a. 1,10-Bis(2-methyl-4-aminochinoliniumchlorid)decan,
1,6-Bis{1-methyl-3-(2,2,6-trimethylcyclohexyl)propyldimethylammoniumchlorid]hexan
oder Triclobisoniumchlorid, und das Bis-quat, das als CDQ bezeichnet
wird, von Buckman Brochures.), und polymere quaternäre Ammoniumsalze
(einschließlich
Polyionen, wie z. B. Poly[oxyethylen(dimethylimino)ethylen(dimethylimino)ethylendichlorid],
Poly[N-3-dimethylammonio)propyl]-N-[3-ethylneoxyethylendimethylammonio)propyl]harnstoffdichlorid
und alpha-4-[1-Tris(2-hydroxyethylen)ammoniumchlorid).
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Das
SPA-behandelte Zelllysat wird durch Tiefenfiltration geklärt, um ausgefallene
Verunreinigungen und Zellbruchstücke
zu entfernen. Die Zentrifugation mit oder ohne klärender Tiefenfiltration
ist ebenfalls geeignet. Daher kann die Klärung von ausgefallenem Lysat
unter Verwendung von Zentrifugation alleine oder von Zentrifugation
in Verbindung mit einem Klärfiltrationsschritt,
wie z.B. Tiefenfiltration, bewirkt werden. Für größere Flüssigkeitsvolumen (mehr als
etwa 50 l) ist eine kontinuierliche Zentrifugation gegenüber den
Chargenverfahren bevorzugt. Die kontinuierliche Zentrifuge kann
eine röhrenförmige Gestalt
haben, wie z.B. bei der CARR Powerfuge, oder scheibenförmig sein,
wie bei der Westfalia CSA-1, obwohl vermutlich auch andere Hersteller
und Modelle zufrieden stellend funktionieren werden. Im Allgemeinen
werden die Verweilzeiten und die benötigte Zentrifugalkraft von
der Effizienz der einzelnen Anlage sowie von der Größenverteilung
des Niederschlags abhängen,
und das Verfahren zur Auswahl geeigneter Bedingungen zur Entfernung
des Niederschlags, nicht jedoch von Adenovirus, wird jedem Fachmann
offensichtlich sein. Beispiel 15 zeigt die Verwendung einer kontinuierlichen
Zentrifugation, gefolgt von einer klärenden Tiefenfiltration. Die
Verwendung einer kontinuierlichen Zentrifugation ist bei Anwendungen
bevorzugt, bei denen die Zelldichte hoch ist (z.B. bei einer Fed-batch-Kultur
oder einer Perfusionskultur) und/oder wenn die Volumen sehr groß sind (größer als
1000 l). Das geklärte
Zelllysat wird dann passend eingeengt (in Abhängigkeit von der Zellmasse
und der Adenovirusproduktivität
der Kultur, wobei 10-20-Fach
typisch für
einfache Chargenverfahren ist), gegebenenfalls mit Nuklease behandelt
und diafiltriert. Die Kombination aus der Ausfällung und der Klärung entfernt
etwa 90% der Gesamt-DNA, und in Abhängigkeit von den Ultrafiltrations/Nukleasebehandlungsbedingungen
kann die Reinheit dieses Stroms für viele Anwendungen ausreichend
sein. Das Verfahren erfordert keine Nuklease, obwohl kleine Mengen
verwendet werden können,
um die Verfahrensstabilität
zu gewährleisten.
Für viele
Anwendungen kann die Reinheit des ultrafiltrierten Produkts ausreichend
sein und eine chromatographische Reinigung als unnötig betrachtet
werden. Für
Anwendungen mit sehr hohen Reinheitsanforderungen (oder aus anderen Gründen, wie
z.B. Clearance-Validierung) können
ein oder mehrere Chromatographieschritte zugefügt werden, wie es hierin erörtert ist.
Es bleibt dem Fachmann überlassen,
mögliche
Ersatzstoffe für
die hierin offenbarten SPAs zu testen, um eine Verbindung zu identifizieren,
die wirksam Nukleinsäuremoleküle und andere Zellbruchstücke durch
Ausfällung
von Viruspartikeln entfernt, wie es hier für Domiphenbromid (DB) veranschaulicht
ist. Daher betrifft ein Teil dieser vorliegenden Erfindung Verfahren
zur Reinigung von Viruspartikeln aus einem Wirtszellenkulturmedium,
das die selektive Ausfällung
von Wirtszellennukleinsäuremolekülen weg von
den Viruspartikeln innerhalb des Wirtszellenkulturmediums nach der
Lyse durch Zugabe eines selektiven Fällungsmittels zu dem Wirtszellenkulturmedium
nach der Lyse umfasst. Unter solchen Bedingungen wird erwartet werden,
dass eine deutliche Mehrheit der kontaminierenden Nukleinsäuren aus
dem Virus ausgefällt werden
wird, wenigstens 70%, eher wenigstens 80% solcher verunreinigender
DNA und bis zu wenigstens 90% solcher kontaminierender/Verunreinigungs-DNA,
insbesondere wenn ein Klärschritt
folgt, wie z.B. Tiefenfiltration alleine oder Tiefenfiltration in
Kombination mit einem klärenden
Tiefenfiltrationsschritt.
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Es
ist hierin veranschaulicht und bevorzugt, dass der selektive Ausfällungsschritt
als erster Schritt nach der Zelllyse stattfindet. Diese Bevorzugung
ist jedoch keinesfalls eine Einschränkung, da der Schritt der selektiven
Ausfällung
auch an anderen Stellen des Reinigungsverfahrens eingefügt werden
kann, um verbliebene Nukleinsäuremoleküle und Zellbruchstücke besser
aus einem gepufferten Zelllysat oder einer in einem späteren Stadium
vorliegenden Ad-haltigen Pufferlösung
zu entfernen. Zum Beispiel kann eine Detergentienausfällung alternativ
nach der Klärung
oder Ultrafiltration (Konzentration/Diafiltration) unter Zufügung einer nachfolgenden
Klärung
platziert werden. Die zusätzliche
Klärung
kann irgendeine von mehreren Formen besitzen, einschließlich Tiefen-
oder Membranfiltration.
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Ein
Filtrationsschritt kann in Betracht gezogen werden, um Zellbruchstücke und
Nukleinsäureniederschlag
zu entfernen. Dieser Schritt stellt ein zweckmäßiges Mittel zur wirtschaftlichen
Entfernung von Zellbruchstücken
und Niederschlag dar. Bei der Wahl eines Filters oder eines Filtrationsverfahrens
war es notwendig, sicherzustellen, dass eine stabile Leistung stattfindet,
falls Änderungen
oder Variationen stromaufwärts stattfinden.
Das Aufrechterhalten des Gleichgewichts zwischen einer guten Klärleistung
und einer guten Verfahrensschrittausbeute erfordert die Untersuchung
einer großen
Vielzahl von Filterarten mit verschiedenen internen Medien. Geeignete
Filter können
Cellulosefilter, regenerierte Cellulosefasern, Cellulosefasern in
Kombination mit anorganischen Filtrierhilfsmitteln (z.B. Diatomeenerde,
Perlite, pyrogene Kieselsäure),
Cellulosefasern in Kombination mit anorganischen Filtrierhilfsmitteln
und organischen Harzen oder irgendeine Kombination davon, und Polymerfilter
(Beispiele sind u.a., ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Nylon, Polypropylen,
Polyethersulfon) sein, um eine effektive Entfernung und annehmbare
Virusgewinnungen zu erzielen. Im Allgemeinen ist ein mehrstufiges
Verfahren bevorzugt, jedoch nicht erforderlich. Ein beispielhaftes
zwei- oder dreistufiges Verfahren würde aus einem oder mehreren
Grobfiltern, um großen
Niederschlag und Zellbruchstücke
zu entfernen, gefolgt von einer oder mehreren klärenden zweiten Filterstufen
mit nominalen Porengrößen von
mehr als 0,2 Mikron, jedoch weniger als 1 Mikron. Die optimale Kombination
wird eine Funktion der Niederschlagsgrößenverteilung sowie von anderen
Variablen sein. Darüber
hinaus können
auch einstufige Verfahren, die ein relativ dichtes Filter oder Zentrifugation
einsetzen, ein Produkt mit guter Qualität erzeugen. Allgemeiner gesagt,
wird jeder beliebige Klärungsversuch,
einschließ lich
Dead-End-Filtration, Mikrofiltration, Zentrifugation oder ein Bodensatz
aus Filterhilfsmitteln (z.B. Diatomeenerde) in Kombination mit Dead-End- oder
Tiefenfiltration, der ein Filtrat mit geeigneter Klarheit ergibt,
so dass die Membran und/oder das Harz in den nachfolgenden Schritten
nicht fault, für
die Praxis der vorliegenden Erfindung annehmbar sein.
-
Die
Tiefenfiltration oder Tiefenfiltrationen in Kombination mit Zentrifugation
waren die stabilsten Klärverfahren
für die
vorliegende Erfindung. Diese sind u.a., ohne jedoch auf die folgenden
Beispiele beschränkt zu
sein, die folgenden im Handel erhältlichen Produkte: Tiefenfilter
aus der CUNO Incorporated AP-Reihe (Beispiele sind u.a. AP01), Tiefenfilter
aus der CUNO Incorporated CP-Reihe (Beispiele sind u.a. CP10, CP30, CP50,
CP60, CP70, CP90), Tiefenfilter aus der CUNO Incorporated HP-Reihe
(Beispiele sind u.a. HP10, HP30, HP50, HP60, HP70, HP90), Tiefenfilter
aus der CUNO Incorporated CA-Reihe (Beispiele sind u.a. CA10, CA30,
CA50, CA60, CA70, CA90), Tiefenfilter aus der CUNO Incorporated
SP-Reihe (Beispiele sind u.a. SP10, SP30, SP50, SP60, SP70, SP90),
CUNO-Delipid- und -Delipid-Plus-Filter, Tiefenfilter aus der Millipore
Corporation CE-Reihe (Beispiele sind u.a. CE15, CD20, CE25, CE30,
CE35, CE40, CE45, CE50, CE70, CE75), Tiefenfilter aus der Millipore
Corporation DE-Reihe (Beispiele sind u.a. DE25, DE30, DE35, DE40, DE45,
DE50, DE55, DE560, DE65, DE70, DE75), Millipore Corporation HC-Filter
(Beispiele sind u.a. A1HC, B1HC, COHC), CUNO-Polynet-Filter (ein
Beispiel ist Polynet-PB), Millipore-Clarigard- und -Polygard-Filter, CUNO-Life-Assure-Filter, Tiefenfilter
von ManCel Associates (Beispiele sind u.a. PR 12 UP, PR12, PR 5
UP, ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, und Filter von PALL oder SeitzSchenk Incorporated (Beispiele
sind u.a., ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Bio20, SUPRA EKIP,
KS50P).
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Ein
weiterer Aspekt des offenbarten Verfahrens ist eine Reihe von Schritten
zur Konzentration des Adenovirus und eine zusätzliche Nukleasebehandlung
(z.B. BenzonaseTM, EM Industries) und zur
Einführung eines
Austauschpuffers mittels Diafiltration. Die ausgewählte Membrangröße ermöglicht die
Befreiung von nicht zusammengesetzten Virusstrukturproteinen, Detergens
und Nuklease. Die Zugabe von BenzonaseTM ist nicht
nötig,
um zu einem Produkt zu gelangen, das durch Anionenaustausch-HPLC
hochgradig rein ist, sie führt
jedoch zu niedrigeren Rest-DNA-Konzentrationen am Ende dieses Schritts
und vermutlich in dem fertigen gereinigten Produkt.
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Die
spezielle ausgewählte
Ultrafiltrationsmembran wird eine Größe besitzen, die ausreichend
klein ist, um Adenovirus zurück
zu halten, die jedoch ausreichend groß ist, um Verunreinigungen
wirksam zu entfernen. In Abhängigkeit
vom Hersteller und vom Membrantyp können Nominal-Molecular-Weight-Cutoffs
(NMWCO) zwischen 100 und 1000 kDa geeignet sein. Die Membranzusammensetzung
kann, ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, regenerierte Cellulose, Polyethersulfon, Polysulfon oder
Derivate davon umfassen. Diese Membranen können Flächengebilde oder Hohlfasern
sein. Die Ultrafiltration im Tangentialflussmodus ist bevorzugt.
Turbulenzen fördernde
Siebe können
ebenfalls geeignet sein, um die Entfernung von Verunreinigungen
zu optimieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden 300-kDa-
oder 500-kDa-NMWCO-PES-Flächengebildemembrane
mit einem Turbulenzen fördernden
Sieb (z.B. Millipore Pellicon 2 Biomax mit C-Sieb) im Tangentialflussmodus
verwendet. Im Tangentialflussmodus kann der Schritt durch Einstellen
eines festen Querstroms mit oder ohne Gegendruck auf das zurückkehrende
Retentat, durch Einstellen eines festen Transmembrandrucks oder
durch Festsetzen sowohl des Querstroms als auch des Permeatflusses
gesteuert werden.
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Der
anvisierte Konzentrationsfaktor während der Ultrafiltration wird
eine Funktion der Kulturbedingungen, einschließlich des verwendeten Mediums,
der Zellendichte und der Virusproduktivität sein. Für eine Chargenkultur mit einer
Infektionszellendichte von etwa 106 Zellen/ml
ist eine 5- bis 40-fache Konzentration bevorzugt, eine 10- und 25-fache
Konzentration ist besonders bevorzugt.
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Auch
die Einbeziehung einer Nukleasebehandlung in das Verfahren kann
in Betracht gezogen werden, sie ist jedoch keinesfalls erforderlich.
Die Nukleasebehandlung kann die Verwendung einer Breitspektrum-Nuklease
(z.B. BenzonaseTM), einer DNase, einer RNase
oder irgendeiner Kombination davon umfassen. Eine Nuklease oder
ein Cocktail mit sowohl RNase als auch DNase-Aktivität ist bevorzugt.
Ein Nukleasebehandlungsschritt kann an einem beliebigen Punkt in
dem Verfahren vorgesehen sein, solange der Nuklease-Restgehalt im
Endprodukt für
die Anwendung annehmbar ist. Es ist bevorzugt, dass die Nukleasebehandlung
nach der Klärung
erfolgt, und es ist besonders bevorzugt, dass die Nukleasebehandlung
nach der Klärung
und einem Konzentrationsschritt erfolgt, jedoch vor einem Anionenaustauschchromatographieschritt.
Eine geeignete Manifestation des Verfahrens sieht eine Nukleasebehandlung
in der Ultrafiltrationsapparatur nach der Konzentration vor. Die
Permeation kann vorübergehend
für eine
angemessene Inkubationszeit angehalten und dann für die Diafiltration
erneut gestartet werden.
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Die
Diafiltration in einen Puffer unter Verwendung von Ultrafiltration
kann erwünscht
sein. Bei den meisten Anwendungen werden mehrere Chargenvolumen
Puffer verwendet werden, um einen vollständigen Austausch zu gewährleisten.
Wenn das Verfahren an diesem Punkt enden soll, kann ein passender
Formulierungspuffer (siehe z.B. die PCT-Veröffentlichung
WO 01/66137 ) verwendet werden, um
die Produktstabilität zu maximieren.
Wenn der Strom auf eine Chromatographiesäule geladen werden soll, sollte
die Diafiltration in einen für
diese Anwendung geeigneten Puffer erfolgen. Wenn zum Beispiel das
Produkt auf eine Anionenaustauschsäule geladen werden soll, ist
eine Diafiltration in einen Puffer mit einem pH-Wert zwischen 6,5
und 8,0 bevorzugt, jedoch nicht erforderlich. Speziell kann eine
Diafiltration in 50 mM HEPES, 2 mM MgCl
2,
1M NaCl, pH 7,5, mit oder ohne Detergens zur Aggregationsverhinderung
(wie z.B. 0,1% PS-80)
angemessen sein.
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Wie
in dieser Patentschrift angegeben und in Tabelle 1 gezeigt, kann
auch ein Anionenaustauschchromatographieschritt für viele
Anwendungen geeignet sein. Für
die Reinigung von Typ-5-Adenovirus mit Source15Q könnte die
NaCl-Konzentration für
die Beladung und das Waschen vermutlich irgendwo von 0,33 bis 0,41M
bei pH 7,5 liegen, und dieser Bereich würde sich bei anderen pH-Werten
verschieben. Der pH-Wert der Puffer muss ausreichend hoch sein,
damit das Adenovirus binden kann (größer als etwa 6,5). Außerdem sollte
der pH-Wert des Puffersystems ausreichend niedrig sein, um eine
virale Instabilität
zu verhindern. Der genaue maximale pH, der verwendet werden kann,
wird von dem speziellen Stabilitätsprofil
des Adenovirus-Serotyps und von den Pufferkomponenten abhängen und
kann leicht vom Fachmann für
diese spezielle Anwendung ermittelt werden. Als Richtlinie und sicherlich
nicht als Einschränkung
könnte
ein pH-Bereich von Ad5 möglicherweise
von etwa 6-10 reichen, wobei 6,5-9 bevorzugte Werte und 6,5-8,0
noch bevorzugter sind. Die Gegenwart von 0,1% PS-80 in den Puffern
ist entscheidend, um niedrige Rest-DNA-Konzentrationen in dem Produkt
zu erzielen, da es die Virus/DNA-Assoziation
und die Virusaggregation unterbindet. Es wird für den Durchschnittsfachmann
durch Routineversuche möglich
sein, höhere
oder niedrigere Detergentienkonzentrationen oder alternative Detergentien
einzusetzen, die zur Förderung
der Dissoziation von Viruspartikeln weg von anderen Viren sowie
verschiedenen Zellverunreinigungen geeignet wären. Dem Fachmann wird es auch
möglich
sein, durch Versuche ein alternatives Detergens für den Verfahrenspuffer
auszuwählen.
Als Beispiel, das jedoch keinesfalls als Einschränkung gedacht ist, sind nichtionische
Tenside, die verwendet werden können,
um die Aggregation beim Anionenaustausch und während des Verfahrens zu inhibieren,
u.a. Polyoxyethylensorbitan-Fettsäureester, einschließlich, ohne
jedoch darauf beschränkt
zu sein, Polysorbat-80 (Tween 80®) [wie
hierin veranschaulicht, Polysorbat-60 (Tween 60®),
Polysorbat-40 (Tween 40®) und Polysorbat-20 (Tween
20®),
Polyoxyethylenalkylether, einschließlich, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein,
Brij 58®, Brij
35®,
sowie andere, wie z.B. Triton X-100®, Triton
X-114®,
NP40®,
Span 85 und die Pluronic-Reihe von nichtionischen Tensiden (z.B.
Pluronic 121). Von diesen ist die Polysorbat-Reihe bevorzugt. Es
ist hierin offenbart, dass ein Harz, wie z.B. ein Source-15Q-Harz
(Amersham Biosciences) eine extrem hohe Bindungskapazität für Adenovirus
besitzt, die aufgrund der Aggregationsinhibierung wirksam eingesetzt
werden kann. Einzelne Hinweise und der bekannte Stand der Technik
legen nahe, dass geringe Beladungen (< 1 × 1012 vp/ml
Harz) die Industrienorm darstellen. Für Source 15Q sind Säulen mit
Betthöhen
von mehr als 5 cm bevorzugt, wenn der Säulendurchmesser 10 cm übersteigt.
Säulen
mit Betthöhen
zwischen 10 und 25 cm funktionieren besonders gut. Obwohl nicht
notwendig, ist es dennoch bevorzugt, eine Strategie anzuwenden,
die den Hauptproduktpeak von chromatographischen Verunreinigungen
fraktioniert, zum Beispiel indem ein Cutoff-Wert für die UV-Extinktion
eingesetzt wird. Andere Harze, die sich zur Adenovirusreinigung
bei diesem Verfahren eignen, sind u.a., ohne jedoch darauf beschränkt zu sein,
Source 30Q (Amersham Biosciences), Fractogel TMAE (EM Industries)
und Q-Sepharose XL (Amersham Biosciences). Jeder beliebige Anionenaustauscher
sollte verwendbar sein, andere, die wir vorgeführt haben sind u.a. Fractogel
DEAE (EM Industries), Q-Hyper D/F (Biosepra), Toyopearl DEAE-650M
(Tosohaas), Toyopearl DEAE-750C (Tosohaas) und Toyopearl QAE-550C
(Tosohaas). Darüber
hinaus eignen sich Anionenaustausch membranchromatographieprodukte,
wie z.B. diejenigen, die von Pall (z.B. die MustangTM-Reihe) und Sartorius
(z.B. die Sartobind-Reihe) erzeugt werden, für die Adenovirusreinigung.
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Bei
einer beliebigen speziellen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann das Anionenaustauschprodukt in Formulierungspuffer
diafiltriert und steril filtriert werden. Alternativ kann ein zusätzlicher
Chromatographieschritt (z.B. Kationenaustausch) entweder vor oder
nach der Diafiltration eingebaut werden, so dass die Möglichkeit
besteht, die Stabilität
der Entfernung von Verunreinigungen und/oder Virus/Prion zu verbessern.
Die Tangentialfluss-Ultrafiltration eignet sich zur Entfernung von
verbliebenem Protein und verbliebener Nukleinsäure und zum Austausch des Virus
in einen Formulierungspuffer. Dieser Schritt sorgt für PS-80-Kontrolle
und kann eine Entfernung der verbliebenen Verunreinigungen, einschließlich DNA,
verbliebenen Detergentien und Wirtszellenproteinen, ergeben. Die
Gegenwart von PS-80 in dem Feed und dem Diafiltrationspuffer minimiert
die Möglichkeit
einer Produktaggregation. Die Steuerung des Durchflusses ist für die wirksame
Reduzierung von PS-80 in Gegenwart von hohen Adenovirus-Konzentrationen
wichtig. Die Wahl zwischen 300 kD- und 500 kD-Membranen wird durch
die Kompromisse zwischen der Ausbeute und der verbesserten Verunreinigungsentfernung
diktiert. Andere Membrankonfigurationen (wie z.B. eine Hohlfaser)
sind ein annehmbarer Ersatz. Allgemeiner ausgedrückt, ist die Auswahl von Bedingungen
für diese
Ultrafiltration ähnlich
wie weiter oben beschrieben. Das heißt, die spezielle Ultrafiltrationsmembran
wird eine Größe besitzen,
die ausreichend klein ist, um Adenovirus zurückzuhalten, die jedoch ausreichend
groß ist,
um Verunreinigungen wirksam zu entfernen. Abhängig vom Hersteller und vom
Membrantyp, können
Nominal-Molecular-Weight-Cutoffs
(NMWCO) zwischen 100 und 1000 kDa geeignet sein. Die Membranzusammensetzung kann,
ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, regenerierte Cellulose, Polyethersulfon, Polysulfon oder
Derivate davon umfassen. Diese Membranen können Flächengebilde oder Hohlfasern
sein. Die Ultrafiltration im Tangentialflussmodus ist bevorzugt.
Turbulenzen fördernde
Siebe können
ebenfalls geeignet sein, um die Entfernung von Verunreinigungen
zu optimieren. Bei einer Ausführungsform
werden 300-kDa- oder
500-kDa-NMWCO-PES-Flächengebildemembrane
mit einem Turbulenzen fördernden
Sieb (z.B. Millipore Pellicon 2 Biomax mit C-Sieb) im Tangentialflussmodus
verwendet. Im Tangentialflussmodus kann der Schritt durch Einstellen
eines festen Querstroms (mit oder ohne Gegendruck auf das zurückkehrende
Retentat), durch Einstellen eines festen Transmembrandrucks oder
durch Festsetzen sowohl des Querstroms als auch der Permeatflusses
gesteuert werden. Die Steuerung des Querstroms und des Permeatflus ses
ist bevorzugt. Der speziell ausgewählte Diafiltrationspuffer sollte
ein geeigneter Formulierungspuffer (siehe die
WO 0166137 ) oder ein Teilsatz aus den
erwünschten
Komponenten sein. Beispiele sind u.a., ohne jedoch darauf beschränkt zu sein,
(1) 5 mM Tris, 1 mM MgCl
2, 75 mM NaCl, 5%
Saccharose, 0,005% PS-80, pH 8,0, (2) 10 mM Tris, 10 mM Histidin,
1 mM MgCl
2, 75 mM NaCl, 5% Saccharose, 0,005%
PS-80, pH 7,4, (3) 5 mM Tris, 10 mM NaCl, 1 mM MgCl
2,
5% Saccharose, 0,005% PS-80, pH 7,4, und (4) 10 mM Tris, 10 mM Histidin,
1 mM MgCl
2, 75 mM NaCl, 5% Saccharose, 0,02%
PS-80, 0,1 mM EDTA, 0,5% (Vol./Vol.) Ethanol, pH 7,4.
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Ein
Sterilfiltrationsschritt kann aufgenommen werden, der bei der Beseitigung
der Keimbelastung hilfreich ist. Das Produkt kann durch eine modifizierte
0,22-Mikron-Polyvinylidenfluorid(PVDF)-Membran
(z.B. Millipore Millipak) filtriert werden. Neben modifiziertem
PVDF kann das Sterilfilter aus einer Reihe von anderen Materialien
konstruiert sein, die im Stand der Technik bekannt sind und dem
Fachmann zur Verfügung
stehen. Diese können
u.a., ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, Polypropylen, Cellulose, Celluloseester, Nylon, Polyethersulfon
oder irgendein anderes Material sein, das mit einer geringen Produktbindung
konform geht. Das Filter kann eine einzelne Membranschicht besitzen
oder einen Vorfilter aus demselben oder einem anderen Material enthalten.
Das Produkt kann für
die nachfolgende Formulierung und Füllung gefroren bleiben oder
bei etwa 4°C
gehalten werden. Ein zusätzlicher
optionaler Schritt stromabwärts
bei dem Verfahren ist die Aufnahme eines orthogonalen Reinigungsschritts,
um jegliche verbleibenden Verunreinigungen und/oder andere Mittel
zu entfernen. Ein solcher Schritt umfasst, ohne jedoch notwendigerweise
darauf beschränkt
zu sein, einen Kationenaustauschchromatographieschritt. Wenn dieser
gewählt
wird, sollte die Durchführung
des Kationenaustauschschritts im Durchflussmodus erfolgen. Die zweite
Ultrafiltration wird wie zuvor durchgeführt, außer dass die Salzkonzentration
des diafiltrierten Puffers verringert werden kann (zum Beispiel
auf 10 mM). Nach der Ultrafiltration und unmittelbar vor dem Kationenaustausch
wird der pH-Wert der Charge durch Zugabe eines Puffers mit niedrigem
pH-Wert (Histidin) auf 6,5 verringert. Niedrigere pH-Werte können erzielt
werden, dabei besteht jedoch ein Risiko des Adenovirusverlusts in
dem veranschaulichten Formulierungspuffer; höhere pH-Werte verringern die
Wirksamkeit des Schritts, verbessern jedoch die Adenovirusstabilität. Ähnlich kann die
NaCl-Konzentration variiert werden. Bislang wurde eine Reihe von
Harzen auf die Adenovirusgewinnung untersucht, wie u.a. Poros 50HS,
Source 30S, Source 15S, SP Sepharose HP, SP Sepharose XL, SP Sepharose
FF; wobei Source 30S bevorzugt ist. Unmittelbar nach dem Kationenaustausch
wird der pH-Wert auf das Formulierungsziel erhöht, indem ein Tris-Puffer mit hohem
pH zugegeben wird. Zusätzlich
und wie oben angegebenen sind Anionenaustauschmembranchromatographieprodukte,
wie z.B. diejenigen, die von Pall (z.B. die MustangTM-Reihe)
und Sartorius (z.B. die Sartobind-Reihe) produziert werden, zur
Adenovirusreinigung geeignet. Das Produkt kann dann wie zuvor steril
filtriert werden.
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Auch
ein Umkehrphasen-Adsorptionsschritt kann zugefügt werden, vorzugsweise nach
der Klärung oder
dem ersten Ultrafiltrationsschritt. Die Umkehrphasenadsorption kann
Detergentien, einschließlich
Triton X-100, und Domiphenbromid sowie Kulturmediumkomponenten,
wie z.B. Pluronic und Phenolrot, sowie eine Reihe von anderen hydrophoben
Verunreinigungen entfernen. Daher stellt es ein zweckmäßiges Verfahren
zur Steigerung der Verfahrensstabilität oder zur Eliminierung von
stromabwärts
gelegenen Schritten dar. Der Adsorptionsschritt kann entweder im
Chargenmodus oder im Säulenmodus
durchgeführt
werden. Im Chargenmodus würde
das Adsorptionsmittel anschließend
mittels einer Filtration, vorzugsweise im Dead-End-Modus, entfernt
werden. Im Säulenmodus
würde die
Charge mit einer geeigneten Verweilzeit über das Harz gepumpt, um die
Adsorption von Detergentien und anderen Verunreinigungen zu ermöglichen.
Geeignete Harze sollten eine Porengröße besitzen, die das Produkt
ausschließt,
und können
irgendwelche aus der Amberlite XAD-Reihe, z.B. XAD4, XAD16, XAD1600,
XAD1180 (Rohm und Haas), oder ähnliche
Harze anderer Hersteller, z.B. Bio-Beads SM2 (Bio-Rad), sein.
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Ein
Hydroxyapatit-Chromatographieschritt kann ebenfalls zur Entfernung
weiterer Verunreinigungen in Erwägung
gezogen werden. Dieser Schritt kann entweder im Bindungs/Elutions-
oder im Durchflussmodus durchgeführt
werden. Der Schritt kann nach jedem Ultrafiltrationsschritt durch
Beenden der UF mit einer Diafiltration in einen Puffer mit etwa
10 mM Phosphat und 0,5M NaCl bei einem bevorzugten pH-Wert zwischen 6,5
und 8 platziert werden. Ein Phosphatgradient bis 0,4M ist für die Adenoviruselution
ausreichend.
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Beim
Durchlesen dieser Patentschrift wird klar werden, dass die Verfahren
der vorliegenden Erfindung skalierbar sind, wobei die Skala von
Zellkulturen im kleineren Maßstab
(z.B. Durchgänge
mit etwa 5-10 Liter) hinauf bis zu Ansätzen im großtechnischen Maßstab, wie
z.B. Durchgänge
mit 10000 bis 50000 l Produktionsvolumen, reicht. Die Beispielabschnitte
2 und 5 zeigen Daten von Durchgängen
durchwegs im kleineren Maßstab,
während
die sich daran anschließende
Erörterung
in diesem Abschnitt als Beispiel und sicherlich nicht als Einschränkung ein
Adenovirusreinigungsverfahren einer 1000-Liter(l)-Kultur (800 l
Arbeitsvolumen) aus PER.C6TM-Zellen (Crucell),
die zuvor mit dem entsprechenden Adenovirusvektor infiziert worden
waren, behandelt. Dafür
fasst Tabelle 1 die Verfahrensdeskriptoren für einen prophetischen 1000-l-Bioreaktor-Durchgang (800 l
Arbeitsvolumen) zusammen, sie wird jedoch linear skalierbar sein.
Der Maßstab
der ersten Verfahrensschritte (Lyse, Tiefenfiltration und Ultrafiltration)
wird vom Kulturvolumen bestimmt, während der Maßstab der
Anionenaustauschchromatographie und der nachfolgenden Schritte durch
den Viruspartikeleinsatz bestimmt werden. Daher wird die Größe der letzteren
Schritte auf einer Bioreaktorproduktivitätseinschätzung von 4 × 1013 Viruspartikel pro Liter (vp/l) basieren.
Gemäß diesen
Einschätzungen
werden etwa 1,6 × 1016 vp pro Charge erzeugt werden. Ferner zeigt
Beispiel 9 Daten, die in einem 600-l-Ad5-Durchgang erhalten wurden.
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Ein
erster Schritt bei einem Reinigungsverfahren der vorliegenden Erfindung
ist ein Wirtszellenlyseschritte, der für eine maximale Freisetzung
von Adenoviruspartikeln aus den Zellen sorgt sowie die Möglichkeit bietet,
adventive Mittel potentiell zu desaktivieren. Wie oben erwähnt, kann
auch ein Lösungsmittel
(z.B. TNBP) in einer niedrigen Konzentration (z.B. 0,3%) zugegeben
werden, um die Wirksamkeit der Deaktivierung von adventiven Mitteln
zu steigern. Die längere
Haltezeit eines Lysat- oder geklärten
Lysatstroms, der TNBP enthält,
kann möglicherweise
zu einer Abnahme der Produktinfektiosität führen. Aus einem 800-l-Adenovirus-Kulturverfahren
werden etwa 8 Liter 10% Triton X-100 und 40 Liter 0,5M Tris, 40
mM MgCl2, 1% PS-80, unter leichtem Rühren zu
dem Bioreaktor zugegeben. Die Zelllyse wird innerhalb von 2 Stunden
beendet sein, kann für die
Zwecke einer weiteren Virusreinigung jedoch auch eine längere Zeit
aufrechterhalten werden. Das Zelllysat kann dann bei 4°C gehalten
oder sofort gereinigt werden. Dieser anfängliche Lyseschritt ermöglicht,
ungeachtet des Maßstabs
der Adenoviruskultur, das Ernten von sowohl zellassoziiertem (intrazellulärem) als
auch nicht assoziiertem Virus (extrazellulär). Folglich wird er Flexibilität bei der
Auswahl der Kulturbedingungen, die für die Gesamtvirusproduktivität optimal
sind, ermöglichen.
Darüber
hinaus wird die Gegenwart eines Detergens während des Verfahrens die Assoziation
des Virus mit der Wirtszellen-DNA minimieren.
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Wie
oben vermerkt, umfasst ein bevorzugtes Reinigungsschema einen Schritt
zur Ausfällung
von Wirtszellennukleinsäuremolekülen und
anderen Zellbruchstücken
sowie zur Verbesserung der Stabilität stromabwärts. Als Fortsetzung der Beschreibung
eines geplanten Reinigungsverfahrens für einen 800-l-Durchgang werden
etwa 60 l 0,5%iges Domiphenbromid (an dessen Stelle kann auch CTAB
oder CPC eingesetzt werden, wobei einige Anpassungen bei der Endkonzentration
erfolgen müssen)
langsam zu dem Bioreaktor oder Erntetank zugegeben, so dass eine
Endkonzentration von etwa 0,04% erreicht wird. Falls notwenig, kann
die optimale SPA-Konzentration für
einen speziellen Durchgang mittels Probenuntersuchungen im 1-ml-Maßstab ermittelt
werden. Die Zugabe des SPA unterhalb der Oberfläche ist bevorzugt, jedoch nicht
erforderlich. Das ausgefallene Lysat wird sofort geklärt. Eine
solche Ausfällung
wird nach der Klärung
eine etwa 90%ige Verringerung der Nukleinsäure ergeben. Darüber hinaus
können
andere Verunreinigungen (Zellbruchstücke usw.) ebenfalls während dieser
Ausfällung
ausgeflockt werden. Verglichen mit nicht ausgefällten Kontrollen, kann der
Durchsatz der Tiefenfiltration drastisch erhöht werden und die Ausbeuten
bei der Tiefenfiltration verbessert werden. Das geklärte Produkt
aus einem solchen 800-l-Durchgang wird deutlich weniger trüb sein,
und die Leistung bei einer nachfolgenden Ultrafiltration wird ebenfalls
deutlich besser sein. Nukleasen (z.B. BenzonaseTM und
RNasen) werden nicht länger
erforderlich sein, sie können
für eine
maximale DNA-Verringerung aber dennoch von Nutzen sein. Eine Anionenaustauschchromatographie
ist für
die Produktreinheit eventuell nicht ausschlaggebend, abhängig von
der letztendlichen Dosis, sie kann jedoch aus Gründen der Stabilität in dem Verfahren
bleiben, wie es in diesem prophetischen Beispiel sowie in den Beispielabschnitten
2 und 5 gezeigt ist.
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Das
mit SPA behandelte Zelllysat wird gereinigt, um Verunreinigungen
und Zellbruchstücke
zu entfernen. Dieser Schritt kann entweder einen Tiefenfiltrationsschritt
oder einen Zentrifugationsschritt mit oder ohne einen klärenden Tiefenfiltrationsschritt
umfassen. Ungeachtet des aufgenommenen Schritts wird das geklärte Zelllysat
dann auf das 10-20-Fache eingeengt, gegebenenfalls mit Nuklease
behandelt und diafiltriert. Die Kombination aus der Ausfällung und
der Klärung
wird etwa 90% der gesamten DNA entfernen, und, abhängig von
den Bedingungen der Ultrafiltration/Nukleasebehandlung, kann die
Reinheit dieses Stroms für
viele Anwendungen ausreichend sein. Insbesondere wird ein Tiefenfiltrationsschritt
geeignet sein, um Zellbruchstücke und
Wirt-Nukleinsäuren
zu entfernen. Wenn die Tiefenfiltration als Option gewählt wird,
wird das Zelllysat durch zwei Tiefenfilter in Reihe filtriert, um
Zellbruchstücke
zu entfernen. Bei der Filtration werden zwei 16-Inch-Millipore-Millistak-CE20-Filterpatronen
(75 ft2) eingesetzt, gefolgt von zwei 16-Inch-Millistak-CE50-Patronen
(75 ft2). Diese Bereiche enthalten einen
Sicherheitsfaktor von wenigstens 2. Die Filtration wird bei einer
konstanten Fließgeschwindigkeit
von etwa 9 l/h/ft2 durchgeführt. Die
in dem Gehäuse
verbleibende Flüssigkeit
wird mit Druckluft verdrängt.
Die Tiefenfiltration stellt ein zweckmäßiges Mittel zur wirtschaftlichen
Entfernung von Zellbruchstücken
und Niederschlag dar. Der Fachmann wird wenigstens beim Studium
dieser Patentschrift erkennen, dass die tatsächliche Filterwahl geändert werden
kann, um die Ausbeute oder die Entfernung von Verunreinigungen weiter
zu optimieren. Wie zuvor vermerkt, ist die Zentrifugation eine brauchbare Alternative
zur Tiefenfiltration, deren Anwendung sich besonders bei Durchgängen im
größeren Maßstab empfiehlt.
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Bei
dem in Tabelle 1 gezeigten Reinigungsschema sind die Schritte Konzentration,
Nukleasebehandlung und Diafiltration aufgenommen, um das Chargenvolumen
zu verringern, verbliebene Nukleinsäuren zu digerieren und entfernen
und einen Pufferaustausch zu begünstigen.
Speziell wird das geklärte
Lysat mittels Ultrafiltration bei konstantem Volumen mit einer 300-kd-NMWCO-Polyethersulfon(PES)-Membran
unter konstanten Fließbedingungen
von etwa 800 l auf etwa 40 l eingeengt. Nach dem Einengen werden
0,6-MM-Einheiten von BenzonaseTM (15 U/ml)
direkt zu dem Retentat zugegeben und langsam unter Vermischen wieder in
dem Ultrafiltrationssystem verteilt. Nach 1-2 Stunden bei Raumtemperatur
wird die Charge gegen 5 Volumen (200 l) 50 mM HEPES, 2 mM MgCl2, 1M NaCl, pH 7,5, unter konstanten Fließbedingungen
diafiltriert. Es sollte erwähnt
werden, dass die gewählte
Membrangröße die Entfernung
von nicht zusammengesetzten Virusstrukturproteinen, Detergentienmizellen
und BenzonaseTM ermöglicht. Eine größere MWCO
(z.B. 500 kD) kann ebenfalls eine geeignete Leistung erbringen.
Die Zugabe von BenzonaseTM ist nicht notwendig,
um einen Peak zu erhalten, der bei der Anionenaustausch-HPLC hochgradig
rein ist, sie wird jedoch am Ende dieses Schritts und vermutlich
in dem fertigen gereinigten Produkt zu niedrigeren Rest-DNA-Konzentrationen
führen.
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Der
Anionenaustauschchromatographie(AEX)-Schritt von Tabelle 1 wird
zur Reinigung des Virus von Wirtszellenproteinen, Nukleinsäuren und
nicht zusammengesetzten Viruskomponenten geeignet sein. Die Leitfähigkeit
der Charge wird durch die Zugabe von etwa 62 l 50 mM HEPES, 2 mM
MgCl2, 0,1% PS-80, pH 7,5, auf 38 mS eingestellt.
Nach dem Verdünnen
wird die Charge auf eine Säule
aus Source-15Q-Harz (Amersham Biosciences) mit einer Beladung von
etwa 5 × 1012 Teilchen pro ml Harz geladen. Für MRKAd5gag entspricht
dies ca. einer 5-Liter-Säule
(ca. 20 cm H × 16
cm D). Nach dem Beladen wird die Säule mit 5 Volumen 50 mM HEPES,
2 mM MgCl2, 0,39M NaCl, 0,1% PS-80, pH 7,5,
gewaschen werden, um verbliebene Triton- und Proteinverunreinigungen
zu entfernen. Das Produkt wird dann in einem 4-Volumen-Lineargradienten bis
0,47M NaCl gewaschen und basierend auf dem A260-Signal
gesammelt. Die Notwendigkeit, die Temperatur während dieses Verfahrens zu
steuern, wird von der Verfahrensdauer und der Stabilität des AdV
in dieser Stufe diktiert werden. Die Beladung bei einer Leitfähigkeit
von 38 mS entspricht etwa 0,38M NaCl. Die Salzkonzentration ist
geeignet, um Adenoviruspartikel zu binden, nicht jedoch verwandte
Verunreinigungen; übertragen bedeutet
dies eine höhere
Bindungskapazität
für das
Adenovirus. Die Gegenwart von 0,1% PS-80 (oder einer verwandten
Verbindung in einer biologisch wirksamen Konzentration) in den Puffern
wird für
das Erzielen niedriger Rest-DNA-Konzentrationen in dem Produkt entscheidend
sein, da es die Virus/DNA-Assoziation und die Virusaggregation unterbindet.
Das Source-15Q-Harz hat eine extrem hohe Bindungskapazität für Adenovirus, die
effektiv ausgenutzt werden kann, da wir die Aggregation inhibieren.
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Die
Tangentialfluss-Ultrafiltration ist ein in Tabelle 1 gezeigter Schritt,
der sich ebenfalls eignet, um restliches Protein und restliche Nukleinsäure zu entfernen,
sowie um Virus in einen Formulierungspuffer auszutauschen. Kurz
gesagt, wird die Fläche
der Membran (300 kD MWCO PES) für
eine Beladung von 1-2 × 1016 vp pro m2 ausgewählt. Das
AEX-Produkt wird auf ca. 1,1 × 1012 vp/ml (etwa 16 Liter) verdünnt und
dann unter Verwendung von Flussteuerung gegen 5 Volumen Formulierungspuffer
(5 mM Tris, 1 mM MgCl2, 75 mM NaCl, 5% Saccharose,
0,005% PS-80, pH 8,0) diafiltriert. Dieser Schritt wird bei etwa
4°C durchgeführt, und
das Produkt wird bis zur Sterilfiltration bei 4°C gehalten. Dieser Schritt wird
für eine
PS-80-Kontrolle sorgen und kann eine Beseitigung verbliebener Verunreinigungen,
einschließlich
DNA und Wirtszellenproteinen, ergeben. Die Gegenwart von PS-80 in
dem Feed und dem Diafiltrationspuffer wird die Möglichkeit einer Produktaggregation minimieren.
Die Flusssteuerung ist für
die wirksame Reduktion von PS-80 in Gegenwart von hohen Adenoviruskonzentrationen
wichtig. 500-kD-Membrane
können
ersatzweise verwendet werden, dabei besteht jedoch eine gewisse
Möglichkeit
für eine
Viruspermeation. Andere Membrankonfigurationen (z. B. Hohlfasern)
stellen einen annehmbaren Ersatz dar.
-
Die
Sterilfiltration kann, wie in Tabelle 1, zugefügt werden, um die Keimbelastung
zu eliminieren. Das fertige Retentat wird durch eine modifizierte
0,22-Mikron-Polyvinylidenfluorid(PVDF)-Membran (z.B. Millipore Millipak
200) unter Verwendung einer Filterbeladung von etwa 3 × 1013 vp/cm2 filtriert.
Zusätzlich
zu modifiziertem PVDF, kann das Sterilfilter aus einer Reihe von
anderen Materialien konstruiert sein, die im Stand der Technik bekannt
sind und dem Fachmann zur Verfügung
stehen. Diese können
u.a., ohne jedoch darauf beschränkt
zu sein, Polypropylen, Cellulose, Celluloseester, Nylon, Polyethersulfon
oder irgendein anderes Material sein, das mit einer geringen Produktbindung
konform geht. Das Filter kann eine einzelne Membranschicht besitzen
oder einen Vorfilter aus demselben oder einem anderen Material enthalten.
Das Produkt kann für
die nachfolgende Formulierung und Füllung gefroren bleiben oder
bei etwa 4°C
gehalten werden.
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Ein
orthogonaler Reinigungsschritt kann zugefügt werden, um die Entfernung
von Verunreinigungen sowie die Entfernung eines adventiven Mittels
vorzunehmen. Orthogonale Reinigungsschritte sind nicht unbedingt
erforderlich und können
vom Fachmann erwogen und dann, falls diese benötigt werden, aufgenommen werden.
Die Konzentration der höchsten
klinischen Dosis, die Stabilität
der Verunreinigungs-Entfernung und Zellsubstratangelegenheiten,
welche die Tumorigenität,
adventive Viren und Prionen betreffen, können alle dem Fachmann diese
Notwendigkeit vermitteln. Mögliche
Schritte sind u.a. Durchfluss-Kationenaustauschchromatographie,
Umkehrphasen-Adsorption und Hydroxyapatitchromatographie. Der Durchfluss-Kationenaustausch
ist besonders wünschenswert,
da er einen hohen Beseitigungsfaktor für PrP und viele mögliche adventive
Viren, einschließlich
adenoassoziiertes Virus (AAV), ergeben sollte.
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Wie
hierin vermerkt, betrifft die vorliegende Erfindung die Reinigung
von Wildtyp-, modifiziertem oder rekombinantem Virus. Von speziellem
Interesse bei Genimpfungs- und/oder
Gentherapieanwendungen ist die Verwendung eines replikationsunfähigen Adenovirus
der 1. oder 2. Generation, der durch E1 oder weitere Deletionen
verkrüppelt
ist, einschließlich "Gutless"-Adenovirusvektoren.
Das Adenovirusgenom ist im Allgemeinen mit benignen Pathologien
bei Menschen verbunden, und die Genomorganisation des Virus wurde
seit dessen Entdeckung in den frühen
1950iger Jahren eingehend untersucht. Darüber hinaus ist das Genom für die Manipulation
zugänglich,
abhängig
von der verwendeten Strategie zur Konstruktion des entsprechenden
Vektors. Ein replikationsunfähiges
Virus (wie z.B. ein E1/E3 deletierter Ad5gag-Vektor, der ein HIV-gag-Transgen exprimiert,
wie hier veranschaulicht) benötigt
eine Zelllinie, die die Deletionen komplementiert. Jede derartige Zelllinie
kann verwendet werden, um rekombinante Virusvektoren zu erzeugen,
wobei bevorzugte, jedoch nicht limitierende Zelllinien 293-Zellen
und PER.C6
TM-Zellen sind. Zu diesem Zweck
wurden zahlreiche rekombinante Adenovirusvektoren der 1. Generation
in der Literatur beschrieben (siehe z.B. Bett, et al., 1994, Proc.
Natl. Acad. Sci. 91:8802-8806;
WO
01/02607 und
WO 02/22080 ). "Gutless"-Adenovirusvektoren
sind ein Adenovirusvektor der 2. Generation, im Allgemeinen ohne
Virusprotein kodierende Sequenzen, häufig durch ein Helfervirus
(oft ein E1 deletiertes Adenovirus), gewachsen mit dem helferabhängigen (HD)
Adenovektor in einer Verpackungszelllinie (z.B. PER.C6TM), mit Virusproteinen
in trans supplementiert. Bei fehlenden Virusproteinen können diese
Virusvektoren als Alternative in trans durch eine Zelllinie, die
in der Lage ist, die strukturellen und funktionellen Adenovirusproteine
zu exprimieren, die für
eine erfolgreiche Replikation, Verpackung und Rettung notwendig
sind, supplementiert werden. Angesichts der zunehmenden Popularität dieser
Virusvektoren und am Ende der Notwendigkeit, großtechnische Mengen entweder
eines Impfstoffs auf Virusbasis oder eines Gentherapievehikels herzustellen,
wurde es zwingend notwendig, effizientere qualitative und quantitative
Verfahren zur Herstellung von rekombinanten Adenovirusvek toren kommerzielle
Güte zu
entwickeln. Man wird erkennen, dass alternative Serotypen, einschließlich, ohne
jedoch darauf beschränkt
zu sein, Serotypen 2, 4, 12, 6, 17, 24, 26, 31, 33, 34, 36 und 16,
für die
Reinigung durch die hierin offenbarten großtechnischen Verfahren zugänglich sind.
Die Adenovirus-Serotypen 2, 5 und 6, 24, 26, 35 und 36, insbesondere
5, sind zur Verwendung in dieser Erfindung bevorzugt, da zu diesem
Zeitpunkt im Allgemeinen mehr über
diese Serotypen bekannt ist als über
andere Serotypen und deren komplette DNA-Sequenzen bekannt sind.
Der Prototyp-Serotyp-5-Adenovirus
ist vollständig
sequenziert worden (Chroboczek et al., 1992, J. Virology 186:280, das
hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist). Sie gehören auch
zur Untergruppe der C-Adenoviren, die nicht mit bösartigen
menschlichen oder Nager-Tumoren
assoziiert sind. Wie oben angegeben, ist jedoch vorgesehen, dass
jede Art von Adenovirus-Serotyp bei dieser Erfindung verwendet werden
kann, einschließlich chimeren
(wie z.B. einem "switched" rekombinanten Ad-Virus,
bei dem z.B. der E4-Bereich eines Serotyps (z.B. Ad5) einen ähnlichen
Bereich eines anderen Serotyps (z.B. Ad24) ersetzt, so dass das
Wachstum des chimeren Ad24Virus in einer Zelllinie (z.B. PERC6),
die einen Ad5-E1-Bereich exprimieren kann, möglich sein kann. Darüber hinaus
können
auch nichtmenschliche Serotypen (z.B. Adenovirus-Stämme, die
Schimpansen befallen) durch die hierin offenbarten Verfahren gereinigt
werden. Ein als Beispiel genannter, dabei jedoch in keiner Weise
als Einschränkung
gedachter, rekombinanter Ad5-Vektor ist MRKAd5gag sowie MRKAd5pol,
die beide in der
WO 02/22080 offenbart
sind. Ein weiterer verwandter Ad-Vektor ist Ad5gag, der in der
WO 01/02607 offenbart ist.
Diese beiden PCT-Veröffentlichungen
sind hiermit durch Bezugnahme aufgenommen.
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Die
Wirtszelle zur Verwendung bei dem hier vorgelegten Verfahren umfasst
eine beliebige Zelllinie eines Säugers,
welche die entsprechende Replikation fördert, insbesondere eine beliebige,
im Stand der Technik bekannte Wirtszelllinie, welche die Infektion
und Replikation eines Adenovirusvektors der 1. oder 2. Generation fördert. Eine
bevorzugte Wirtszelle ist eine Wirtszelllinie, welche die Infektion
und Replikation eines E1- und/oder
E1/E3-deletierten rekombinanten Adenovirus fördert. So wie hierin offenbart,
benötigt
ein replikationsunfähiger
Virus (wie z.B. Ad5gag, wie hierin veranschaulicht) eine Helferzelle,
welche die Ad5 E1-Deletion ergänzt.
Jede beliebige derartige Zelllinie kann zur Erzeugung des rekombinanten
Virus verwendet werden, wobei bevorzugte Zelllinien u.a. 293-Zellen,
PER.C6TM-Zellen, 911-Zellen für eine menschliche
embryonale retinale Zelllinie (Fallaux et al. 1996, Human Gene Therapy
7:215-222); E1-transformierte Amniozyten (Schiedner et al. 2000,
Human Gene Therapy 11:2105-2116); eine E1-transformierte A549-Zelllinie für ein menschliches
Lungenkarzinom (Imler et al. 1996, Gene Therapy 3:75-84) und GH329:HeLa
(Gao et al. 2000, Human Gene Therapy 11:213-219) sind, ohne jedoch
darauf beschränkt
zu sein. Eine solche Zelllinie ist transformiert, um die Replikation
und Verpackung eines entsprechenden rekombinanten Adenovirus, wie
z.B. eines E1- oder E1/E3-deletierten rekombinanten Adenovirus,
zu fördern.
Weitere Zelllinien, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet
werden können,
sind erneut Zelllinien, die so angepasst wurden, dass sie als Wirtszellen
für ein
besonderes thermostabiles Virus dienen können. Es ist bevorzugt, dass
die Zelllinie eine kontinuierliche Zelllinie ist, und noch bevorzugter,
dass der Ursprung der kultivierten Zelle von einem nicht neoplastischen
Gewebe stammt. Es ist auch bevorzugt, dass der Ursprung ein Säuger, höchstwahrscheinlich
ein Primat, ist und insbesondere menschlichen Ursprungs ist. Abermals,
eine bevorzugte Zelllinie ist eine Zelllinie, die zur Propagierung
eines Ad-E1- oder -E1/E3-deletierten rekombinanten Virus geeignet
ist; ein rekombinantes Virus, dessen E1-deletierter Adenovirusvektor
mit Zelllinien ergänzt
sind, die mit dem Ad E1 kodierenden Gen transfektiert sind und die
für diesen
transformierten Phänotyp
ausgewählt
wurden, wie z.B. 293-Zellen (Epithelzellen aus der menschlichen
Niere) und PER.C6TM (menschliche embryonale
Retinoblasten). Andere Zelltypen sind u.a., ohne jedoch darauf beschränkt zu sein,
HeLa-Zellen, A549-Zellen, KB-Zellen, CKT1-Zellen, NIH/sT3-Zellen, Vero-Zellen,
Ovarialzellen des chinesischen Hamsters (CHO-Zellen) oder irgendwelche
eukaryotischen Zellen, welche den Adenovirus-Lebenszyklus fördern.
-
Jedes
beliebige stromaufwärts
liegende Virusproduktionsverfahren, das im Stand der Technik bekannt ist
und das für
eine Zellkultur von Säuger-Wirtszellen
im großtechnischen
Maßstab
angepasst werden kann, kann verwendet werden, um das Ausgangsmaterial
(d.h. eine virusinfizierte Wirtszellenkultur, die nach der Infektionsperiode
einem Kulturwachstum unterworfen wurde, um die Menge an intrazellulärem und
extrazellulärem
Virus zu maximieren) für
das Reinigungsverfahren der vorliegenden Erfindung zu erzeugen,
wobei dem Fachmann bekannte Modifizierungen in Betracht gezogen
werden, um, soweit erforderlich, zum Beispiel Änderungen der Zelldichte oder
die Gegenwart von Mikroträgern
zu berücksichtigten.
Dieses Verfahren ist im Stand der Technik bekannt (siehe z.B.
US-Patent Nr. 6 194 191 für einen Überblick über im Stand
der Technik bekannte Zellkulturverfahren, sowie "Culture of Animal Cells: A Manual of
Basic Techniques",
2000, Hrsg. R.I. Freshney, Wiley-Liss, wobei beide Dokumente hiermit
durch Bezugnahme aufgenommen sind) und kann von Virus zu Virus und
von Ort zu Ort angepasst werden, um die Virusproduktion zu optimieren.
Zum Beispiel können
PER.C6
TM-Zellen in einem 300-l-Bioreaktor
mit einem Arbeitsvolumen von 240 l kultiviert und mit einem rekombinanten
Adenovirus, das ein HIV-Transgen-gag kodiert (wie z.B. MRKAd5gag
oder Ad5gag), bei einer Lebendzelienkonzentration von 0,59 × 10
6 Zellen/ml bei einer Infektionsmultiplizität (MOI)
von 280 vp/Zelle infiziert werden. Etwa fünfzig Stunden nach der Infektion
(hpi) wird der Bioreaktor bei einer Gesamtzellenkonzentration von
etwa 0,55 × 10
6 Zellen/ml mit einer 55%igen Lebensfähigkeit
geerntet. Zum Zeitpunkt der Inbetriebsetzung dieser Einheit befinden
sich laut AEX-Assay etwa 25% der Viren im Überstand. Ähnlich werden PER.C6
TM-Zellen in 20-l-Wave-Bioreaktoren mit einem
Arbeitsvolumen von 10 l kultiviert und mit einem rekombinanten Adenovirusvektor,
der ein HIV-Transgen-nef bei einer Infektionsmultiplizität (MOI)
von etwa 290 Viruspartikel pro Zelle (vp/Zell) und einer Lebendzellenkonzentration
von etwa 0,72 × 10
6 Zellen/ml infiziert werden. Etwa fünfzig Stunden
nach der Infektion (hpi) werden zwei Wave-Bioreaktoren mit einer
Gesamtzellenkonzentration von etwa 0,66 × 10
6 Zellen/ml
mit einer Lebensfähigkeit
von 81% geerntet. Zum Zeitpunkt des Starts des Einengens befanden
sich laut Anionenaustausch(AEX)-Assays 20,4% der Viren im Überstand.
-
Die
folgenden nichtlimitierenden Beispiele sind zur besseren Veranschaulichung
der Erfindung angegeben.
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BEISPIEL 1
-
AEX-Chromatoqraphie ohne einen selektiven
Ausfällungsschritt
-
Eine
Anionenaustausch(AEX)-Chromatographie mit bestimmten Harzauswahl-
und Säulenbetriebsbedingungen
(NaG-Konzentration und pH) ermöglicht
hohe Virusbeladungskapazitäten.
Es wird hier auch gezeigt, dass die Einbeziehung eines Detergens
(z.B. PS-80) in den Laufpuffern Aggregationen während der Beladung und Flution
inhibiert. Allgemein wird hierin offenbart, dass die praktizierte
Verwendung eines AEX-Harzes
eine 5-20-fache Verbesserung gegenüber den bislang berichteten
Verfahren bringt, wobei die anwendbare Kapazität, die hier gezeigt wird, bei
2,0 × 1013 vp/ml Harz liegt (ohne notwendigerweise
darauf beschränkt
zu sein). Entscheidend für
die Durchführung
eines wirtschaftlich effizienten und stabilen Verfahrens sind die
Wahl eines Harzes mit einer hohen dynamischen Kapazität für Adenovirus
und Methoden, um sicherzustellen, dass die Kapazität ohne Produktaggregation
ausgeschöpft
werden kann. Drei bedeutende Fortschritte eignen sich hierfür: (1) Source
15Q (Amersham Biosciences) wurde aufgrund seiner hohen Kapazität ausgewählt – andere Harze,
wie z.B. Source 30Q (Amersham Biosciences) und Fractogel TMAE (EM
Industries), liefern ebenfalls annehmbare Ergebnisse, wenn auch
mit niedrigeren Kapazitäten,
die wahrscheinlich durch kleinere Verhältnisse von effektivem Oberflächenbereich
zu Volumen verursacht werden; (2) PS-80 wurde zu den Laufpuffern in
einer Konzentration von 0,1% zugegeben, um eine Aggregation zu verhindern,
und (3) das Produkt wird bei einer Leitfähigkeit beladen, die ausreichend
hoch ist, um sicherzustellen, dass freies Adenovirus-Hexon und chromatographisch ähnliche
Verunreinigungen sich nicht an das Harz binden. Zum Beispiel entspricht
eine Beladung bei einer Leitfähigkeit
von 38 mS etwa 0,38M NaCl. Die Salzkonzentration eignet sich für die Bindung von
Adenoviruspartikeln, nicht jedoch von verwandten Verunreinigungen;
daraus resultiert eine höhere
Bindungskapazität
für Adenovirus.
Die optimale Leitfähigkeit
wird vom Adenovirus-Serotyp abhängen
(z.B. sollte Adenovirus Typ 6 bei etwa 0,33M NaCl beladen werden,
da bei dieser Konzentration freies Hexon ungebunden bleiben kann,
die Viruspartikel sich jedoch leicht binden können). Diese Bedingungen führen zu
einem Schritt, der deutlich effizienter als andere berichtete Bedingungen
arbeitet. 1 zeigt, wie dieses Verfahren
funktioniert. Für
Veranschaulichungszwecke ist ein präparatives Chromatogramm unter
Verwendung des beschriebenen Verfahrens an einem Strom, bei dem
keine selektive Ausfällung
stattgefunden hat, gezeigt. Stattdessen wurde das geklärte Lysat
mit hohen Konzentrationen an Nuklease behandelt. Ferner sind das
Feed (2A), der Durchfluss (2B)
und das Eluat (2C) des präparativen Durchgangs bei einem
10-Volumen-Gradienten von 0,3-0,6M
NaCl in den 2A-C gezeigt. Es ist offensichtlich,
dass durch Anwendung dieser Methode der Peak, der überwiegend
aus Adenovirus-Hexon bestand, zum Durchfluss verschoben werden kann,
wodurch jegliche Bindungskonkurrenz eliminiert und die Abtrennung
von Adenovirus von diesen Verunreinigungen sowie die Säulenkapazität deutlich
verbessert werden können.
Das Anionenaustauschprodukt kann dann in Formulierungspuffer diafiltriert
und steril filtriert werden. Alternativ kann ein zusätzlicher
Chromatographieschritt (z.B. Kationenaustausch) entweder vor oder
nach der Diafiltration hinzugefügt
werden, so dass die Möglichkeit
besteht, die Stabilität
der Entfernung von Verunreinigungen und/oder Virus/Prion zu verbessern.
-
BEISPIEL 2
-
Reinigung von MRKAd5gag-Adenovirusvektor
aus Wirtszellenlysat
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Etwa
12,5 Liter MRKAd5gag-Triton-lysiertes Material (Charge 0114) wurden
aus einem 300-l-Bioreaktordurchgang erhalten und in 9,5- und 3-l-Aliquote
aufgeteilt. Die Aliquote wurden getrennt in 20-Liter-Nalgen-Bechergläsern ausgefällt. Die
Mischparameter für
jedes Aliquot wurden durch Verkleinerung von sinnvollen 1000-l-Ausfällungsbedingungen
durch Beibehaltung einer konstanten volumetrischen Turnoverzeit
spezifiziert. Beide Aliquote wurden durch Zugabe von DB bis zu einer
Endkonzentration von 0,0435% Gew./Vol. unter Verwendung einer konzentrierten
Lösung
(2% DB in 40 mM NaCl) ausgefällt.
Die Zugabegeschwindigkeit dieser Mischung betrug 0,3 ml/Minute für jeden
Liter Lysat. Die DB-Lösung
wurde unterhalb der Oberfläche zugegeben.
Die Verwendung einer Zugabe unterhalb der Oberfläche wird durch die von den
Erfindern erzeugten Daten gestützt.
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Nach
dem Ende der Ausfällung
wurde eine Tiefenfiltration der Reihe nach mit jedem Aliquot durchgeführt, wobei
dieselbe Filtriereinrichtung verwendet wurde. Die Klärung wurde
mittels eines Millipore-Opticap-CE-25-Filters in Reihe mit einem
Millipore Opticap DE-45 durchgeführt.
Beide Filter stellen Filtrieroberflächen von 1 ft2 zur Verfügung. Alle
12,5 Liter an ausgefälltem
Material wurden erfolgreich mit einem maximalen Druckaufbau in jedem
Filter von 1 psi verarbeitet. Nach der Klärung wurde die Trübung von
etwa 540 auf 3,6 NTU verringert. Wie in Tabelle 2 gezeigt, betrug
die Ausbeute bei diesem Schritt nur etwa 60%, dies schien jedoch
durch ein Adsorptionsphänomen
hervorgerufen zu werden und wurde daher durch den bei diesem Beispiel
verwendeten geringen Durchsatz verstärkt.
-
Nur
9,5 Liter dieses Materials wurden bis zum Endprodukt verarbeitet.
Die Konzentration und Diafiltration wurden mit einem 0,1-m2-500-kDa-NMWCO-PES-Ultrafilter (Millipore
Pellicon 2) durchgeführt.
Diese Membran wurde in eine TFF-Apparatur eingebaut, die ein Membranfiltergehäuse und
eine Kolbenpumpe enthielt. Ein Konzentrationsfaktor von 20 wurde
auf das geklärte
Material angewandt, um das Gesamtvolumen der Charge zu verringern.
Nach dem Einengen wurde BenzonaseTM in einer
Menge von 15 U/ml Material zugegeben und die Charge langsam in dem
System zwei Stunden lang mit geschlossener Permeatleitung rezirkuliert.
Nach der Inkubation wurde die Charge gegen 5 Volumen 50 mM HEPES,
2 mM MgCl2, 1M NaCl, pH 7,5, diafiltriert.
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Die
Anionenaustauschchromatographie wurde bei einer Beladung von 2,4 × 1012 vp/ml Harz durchgeführt. Der Druckabfall über die
Säule hinweg
stieg während
der Beladung nicht an, was zeigt, dass der Strom im Wesentlichen
frei von Bruchstücken
und faulenden Mitteln war. Darüber
hinaus wurde während
der Produktbeladung, dem Waschen oder der nachfolgenden Produktelution
nahezu keine UV-Extinktion (bei 260 oder 280 nm) beobachtet (3).
Diese Beobachtungen zeigen, dass die Masse der Verunreinigungen
durch die Anionenaustauschchromatographie stromaufwärts entfernt
worden war, und sie stimmen überein
mit den nachstehenden Verunreinigungsdaten.
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Die
zweite Ultrafiltration wurde unter Verwendung von fünf 50-cm
2-500-kD-PES-Membranen durchgeführt. Fünf Diafiltrationsvolumen wurden
durchgeführt,
um den Virus in den Formulierungspuffer auszutauschen. Wie in Tabelle
2 gezeigt, war die Ausbeute bei diesem Schritt gering, dies war
jedoch vermutlich eine Folge der Viruspermeation und/oder der geringen
Membranbeladung. Das Produkt wurde anschließend mit einem 10-cm
2-Millipore-Sterivex-GV-0,22-Mikron-Filter
steril filtriert. Während
der Sterilfiltration wurde kein Druckaufbau beobachtet, was auf
ein Fehlen von aggregiertem Virus hindeutet. Man beachte, dass die
tatsächlichen
Verfahrensausbeuten konservativ sind, da sie nicht die beträchtlichen
Probenentnahmen für
analytische Zwecke berücksichtigen. Tabelle
2: Ausbeutetabelle für
MRKAd5gag
- 1. Niederschlag vor dem Assay durch 0,45-Mikron-Spritzenfilter
filtriert
- 2. Nur geklärtes
Lysat A wurde in diesem Beispiel weiterverarbeitet
- 3. Nur 166 ml AEP wurden der zweiten Ultrafiltration unterworfen
-
Die
Daten zur Protein- und DNA-Entfernung sind in Tabelle 3 veranschaulicht.
Man beachte, dass die Rest-DNA-Konzentrationen nach dem Anionenaustausch
unter der Nachweisgrenze des Assays liegen, was zeigt, dass das
veranschaulichte Verfahren eine bedeutende Verfahrensstabilität besitzt.
Die spezifischen Proteinkonzentrationen ändern sich nicht vom UF1-Produkt
zum Endprodukt und liegen nahe bei den theoretischen Werten für Adenovirus.
Diese Beobachtung steht in gutem Einklang mit dem Fehlen eines auftretenden UV-Signals
in dem Durchfluss und der Waschlösung
bei der präparativen
AEX. Es wird angenommen, dass die erweiterte "Reinigung" des Stroms durch Ausfällung und
Klärung
der Hauptgrund für
diese Verbesserung ist. Tabelle 3 zeigt auch, dass die Infektiosität während des
Verfahrens beibehalten wird. Tabelle 3: Infektiositäts- und Verunreinigungsentfernungsdaten
aus der MRKAd5gag-Reinigung
Zwischenprodukt | Rest-DNA,
pg/1011 vp | Protein
(BOA) μg/1011 vp | AEX/QPA,
vp/IU |
Lysat | 5,52e6 | 1292 | – |
DB
ppt | 4,30e5 | 811 | – |
Geklärtes Lysat | – | 1802 | – |
UF1
FR | 229 | 14 | 19 |
AEP | 2,0(<5) | 13 | 19 |
UF2
FR | – | 16 | – |
SFP | 2,2
(<5) | 15 | 16 |
-
BEISPIEL 3
-
Kationische Tenside für die Ausfällung von
Nukleinsäuremolekülen
-
Alternative
Tenside wurden untersucht, um die relative Spezifität verschiedener
Arten von kationischen Detergentien zu erforschen. Dieses Beispiel
sorgt für
ein besseres Verständnis
der erhöhten
Selektivität
von DB. Tabelle 4 enthält
die Liste von in diesem Beispiel verwendeten Tensiden zusammen mit
ihren Formelgewichten und ihren entsprechenden Molekularstrukturen. Tabelle
4: Strukturelle Unterschiede der kationischen Detergentien
-
Aliquote
aus 1 ml Zelllysat wurden mit einer Reihe von Tensidkonzentrationen
behandelt und sofort gevortext. Nach der Filtration mit 0,45-Mikron-Spritzenfilter
wurden Proben mittels des Picogreen-Assays (Molecular Probes) auf
DNA-Konzentration analysiert und die Adenoviruskonzentration mittels
eines Anionenaustausch-HPLC-Assays
ermittelt. 4 zeigt die Adenovirus-Fällungsprofile.
Eine kürzere
Kettenlänge
(z.B. CTAB vs. TTA) zeigt ein ausgeprägteres Fällungsprofil. Obwohl 0,03%
die maximal erlaubte Tensidkonzentration vor der Adenovirusausfällung sowohl
für CTAB
als auch für
TTA sind, unterscheiden sich die DNA-Profile (siehe 5).
Beim Vergleich der DB- und der BTC-Fällungsprofile wurde festgestellt,
dass sie nahezu identisch sind. Dennoch ist, wenn man zurückgeht bis über den
Punkt hinaus, bei dem die Adenovirusausfällung beginnt, bei allen Konzentrationen
die Selektivität
für DNA
bei DB höher
als bei BTC (siehe 5). Das heißt, ein Kontakt zwischen dem
positiv geladenen Stickstoff des BTC und der Phosphorgruppe der
DNA kann durch die größere Nähe des Benzolrings
in BTC sterisch gehindert sein. Ein Ergebnis der abgeschirmten Ladung oder
das Fehlen eines ausgeprägten
hydrophoben Endes kann ebenfalls dafür verantwortlich gemacht werden.
Es kann jedoch die Schlussfolgerung gezogen werden, dass ringförmige Strukturen
stabiler und für
DNA selektiver sind. Die vorgeschlagene hydrophobe Wechselwirkung
könnte
die treibende Kraft für
dieses Phänomen
sein. Ein einziger, jedoch wichtiger Unterschied zwischen den CPC
und den CTAB-Molekülen
ist die Gegenwart eines Pyridiniumrings. Die positive Ladung wird
innerhalb dieses Rings verteilt. Wie in 5 gezeigt, beginnt
die erste Ausfällung
von Adenovirus durch CPC und CTAB bei 0,03%. Darüber hinaus ist das Fällungsprofil
viel weniger aggressiv, wenn die positive Ladung verteilt ist. Wie
jedoch in 5 gezeigt, fällt CTAB über den Großteil der Tensidkonzentrationen
mehr DNA aus.
-
BEISPIEL 4
-
Auswirkungen der Mischgeschwindigkeit
auf die Tiefenfiltration von ausgefällten Adenoviruspräparaten
-
Die
Ausfällung
von DNA durch Domiphenbromid (DB) in dem PErC.6
TM-Lysat
ist abhängig
von den Mischbedingungen. Die Leistung der Tiefenfiltration für verschiedene
Mischbedingungen, die durch verschiedene Rührflügelgeschwindigkeiten erzeugt
werden, wird in diesem Beispiel untersucht. MRKAd5gag0114 wurde
bei verschiedenen Rührflügelgeschwindigkeiten
von 30, 65 und 250 U/Minute ausgefällt. Die Klärung bestand aus einer zweistufigen
Tiefenfiltration. Die Niederschläge
wurden zunächst
mittels eines CE-25
Millipore Millistak +50 (0,02 ft2) bei 9 l/Stunde/ft
2 filtriert.
Das Material wurde gesammelt und mittels eines DE-45 Millipore Millistak
+50 (0,02 ft
2) bei derselben Fließgeschwindigkeit
filtriert. Die Druckabfälle
als eine Funktion des Durchsatzes für die verschiedenen Mischbedingungen
werden in
6 mit der Kontrolle vor der
Ausfällung verglichen.
Das Mischen bei 30 U/Minute zeigte einen bedeutenden Anstieg des
Durchsatzes für
das CE-25-Filter
bei 20 psig, verglichen mit der Kontrolle, es zeigte jedoch größere Verluste
bei der Gesamtausbeute, verglichen mit den 65- und 250-U/Minute-Mischbedingungen.
Die anderen Mischbedingungen zeigten geringere Durchsätze als
die Kontrolle für
das CE-25-Filter,
wiesen jedoch höhere
Gesamtausbeuten zwischen der Ausfällung und der Tiefenfiltration
als die Kontrolle auf. Die Abhängigkeit
der Klärung
von den Mischbedingungen unterstreicht die Bedeutung einer erneuten
Optimierung, nachdem die Mischbedingungen ermittelt worden sind.
Beim Durchsatz des DE-45 wurde ein geringer Druckaufbau (< 1 psi) bei allen
untersuchten Suspensionen beobachtet. Da das DE-45 nie nahe an seine
Kapazität
heran kam, ist das CE-25-Filter der limitierende Faktor bei dem
Klärungsschema.
Obwohl die CE-25-Filter die Trübung
in unterschiedlichem Maße
verringerten, wie es in Tabelle 5 zu sehen ist, verringerten die
folgenden DE-45-Filter die Trübung
des ausgefällten Lysats
auf weniger als 6 NTU, während
sie die Trübung
des nicht ausgefällten
Lysats auf nur 10 verringerten. Tabelle 5: Trübungsverringerung für verschiedene
Fällungsbedingungen
Parameter | Nicht ausgefällt | Mischgeschwindigkeit |
30
U/Minute | 65
U/Minute | 250
U/Minute |
Feed
(NTU) | 41 | 237 | 200 | 600 |
CE25-Pool
(NTU) | 14 | 22 | 24 | 4,4 |
Verringerung | 66% | 91% | 88% | 99% |
DE45-Pool
(NTU) | 10 | 5,2 | 4,8 | 2,2 |
Verringerung | 29% | 76% | 80% | 50% |
-
BEISPIEL 5
-
Herstellung von rekombinantem Adenovirus
aus einem 300-Liter-Bioreaktor
-
Eine
Zellkultur im 240-l-Maßstab
wurde in dem 300-l-Bioreaktor durchgeführt.
-
Diese
Charge bestätigte
die Skalierbarkeit des Reinigungsverfahrens mit einzelnen Betriebseinheiten, die
mit dem Äquivalent
von 60 bis 214 Liter Zellsuspension durchgeführt wurden. Die Verfahrensgesamtausbeute
betrugt 54%, gemessen durch Anionenaustausch-HPLC. Das Infektiositätsverhältnis (vp/IU)
und der spezifische DNA-Gehalt des Endprodukts betrugen (31 vp/IU)
bzw. (<16,5 pg/1011 vp) und waren vergleichbar mit früheren Daten.
-
Lyse – Die Lyse
wurde durch die Zugabe von konzentrierten Puffern absolviert, um
Endkonzentrationen von 0,1% Triton X-100 und 0,05% Polysorbat-80
zu erzielen. Das Lysat wurde vor dem Detergentienausfällschritt über Nacht
bei Raumtemperatur gehalten.
-
Ausfällung – Die DNA-Ausfällung erfolgte
in einem 214-l-Maßstab
in dem Bioreaktor. Eine 0,5%ige Domiphenbromidlösung mit 40 mM NaCl wurde über der
Oberfläche
innerhalb von etwa zwei Stunden bis zu einer Endkonzentration von
0,04% Domiphenbromid zugegeben. Der Rührer wurde dabei mit 80 U/Minute
betrieben. Die Rührgeschwindigkeit
wurde durch Betrieb bei einer volumetrischen Turnover-Zeit ausgewählt, welche sich
im kleineren Maßstab
als wirksam erwiesen hatte und die sich auf einen größeren Maßstab übertragen lässt. Nach
dem Ausfällen
wurden etwa 153 kg ausgefälltes
Lysat der Tiefenfiltration übergeben.
-
Tiefenfiltration – Das ausgefällte Lysat
wurde durch ein zweistufiges Tiefenfiltrationsschema geklärt. Für diesen
Schritt wurden Zwölf-Inch-Millistak-Patronen
mit einem 6,8-Quadratfuß-CE20-Filter,
gefolgt von einem 6,8-Quadratfuß-CE-50-Filter,
verwendet.
-
Die
Filtration wurde bei einer konstanten Fließgeschwindigkeit von 2 l/Minute
durchgeführt,
und 144,2 kg geklärtes
Lysat wurden gewonnen. Die Gesamtausbeute betrug 84%.
-
Ultrafiltration – Eta 60
l geklärtes
Lysat wurden mit 0,3 m2 Membranfläche (Millipore
Pellicon II 500 kDa PES) 20-fach konzentriert. Die Rezirkulationsgeschwindigkeit
wurde bei 1 l/Minute gehalten und der Permeatfluss bei 0,3 l/Minute
eingeregelt. Die Nukleasedigestion wurde durch die Zugabe von 15
U/ml BenzonaseTM, gefolgt von einer zweistündigen Inkubation
bei Raumtemperatur, durchgeführt.
Anschließend
wurde der Puffer durch 5 Diafiltrationsvolumen von 50 mM HEPES,
2 mM MgCl2, 1M NaCl, pH 7,5, ausgetauscht,
um Verunreinigungen zu entfernen. Das Produkt wurde über Nacht
bei 4°C
gehalten.
-
Anionenaustauschchromatographie – Das UF1-Produkt
wurde bis zu einer Leitfähigkeit
von 38 mS/cm unter Verwendung von 50 mM HEPES, 2 mM MgCl2, 0,1% PS-80, pH 7,5, verdünnt. Eine
FineLine-Säule
mit einem Durchmesser von 10 cm (Amersham Biosciences) wurde mit
insgesamt 863,5 ml Source-15Q-Harz (Amersham Biosciences) gepackt.
Das Produkt wurde mit einer linearen Geschwindigkeit von 1,5 cm/Minute aufgetragen,
mit 5 Säulenvolumen
50 mM HEPES, 2 mM MgCl2, 0,39M NaCl, 0,1%
PS-80, pH 7,5, gewaschen und anschließend während eines Vier-Säulen-Gradienten bis 0,47M
NaCl eluiert.
-
Ultrafiltration – Der Produktpeak
wurde verdünnt
und auf eine Adenoviruskonzentration von etwa 1,05 × 1012 vp/ml und eine Salzkonzentration von 1M
NaCl eingestellt. Die Charge wurde in Formulierungspuffer (5 mM
Tris, 75 mM NaCl, 1 mM MgCl2, 5% Saccharose,
0,005% PS-80, pH 8,0) durch eine 0,1-m2-500-kDa-PES-Membran
(Millipore Pellicon II Biomax) diafiltriert. Der Permeatfluss wurde
bei 80 ml/Minute gehalten.
-
Sterilfiltration – Das Ultrafiltrations-Retentat
wurde mit einem Millipore-Millipak-20-Filter (100 cm2)
bei einer konstanten Feedfließgeschwindigkeit
von 150 ml/Minute steril filtriert.
-
Tabelle
6 zeigt den Schritt und die Gesamtausbeuten an MRKAd5gag. Diese
Charge erzeugte 1,91E15 Viruspartikel bei einer Gesamtausbeute von
54%. Man beachte, dass in mehreren Fällen aufgrund von Probenentnahmen
die Einsatzmenge bei einem Schritt deutlich kleiner ist als der
Ertrag aus dem vorherigen Schritt. Tabelle 6: MRKAd5gag-Ausbeutetabelle
Probe | Volumen,
ml | AEX,
vp/ml | Ad,
vp | Schrittausbeute | Gesamtausbeute |
Lysat | 214200 | 6,40 × 1010 | 1,37 × 1016 | | |
Niederschlags | 232850 | 5,08 × 1010 | 1,18 × 1016 | 86% | 86% |
Tiefenfiltrationsfeed | 152906 | 5,08 × 1010 | 7,77 × 1015 | | |
Geklärtes Lysat | 144224 | 4,70 × 1010 | 3,39 × 1015 | 85% | 73% |
UF1-Feed | 59885 | 5,08 × 1010 | 3,04 × 1015 | 108% | 79% |
UF1-Retentat | 2925 | 9,82 × 1011 | 2,87 × 1015 | | |
UF1-Waschlösung | 501 | 5,58 × 1010 | 2,79 × 1015 | | |
UF1
Gesamt | 3429 | 8,46 × 1011 | 2,90 × 1015 | 96% | 75% |
AE-Feed | 8357 | 3,37 × 1011 | 2,81 × 1015 | 97% | 73% |
AE-Produkt | 1198 | 1,77 × 1012 | 2,12 × 1015 | 75% | 55% |
Verdünntes AEP2 | 2000 | 1,05 × 1012 | 2,10 × 1015 | | |
UF2-Feed2 | 1900 | 1,05 × 1012 | 1,99 × 1015 | | |
UF2-Retentat | 1876 | 1,05 × 1012 | 1,97 × 1015 | 99% | 55% |
SF-Feed | 1864 | 1,05 × 1012 | 1,96 × 1015 | | |
Steril
filtriertes Produkt | 1935 | 9,95E+11 | 1,92E+15 | 98% | 54% |
- 1. Vor dem Assay durch ein 0,45-Mikron-PVDF-Spritzenfilter
filtriert
- 2. Berechneter Wert
-
7 zeigt
die Analyse durch SDS-PAGE der veranschaulichten Charge sowie einiger
weiterer Versuche, die hier nicht beschrieben sind. Speziell zeigen
die Spuren 2-4 Verfahrens-Zwischenprodukte aus diesem Beispiel und
zeigen die hohe Reinheit des Produkts, da alle signifikanten Banden
als Adenovirus-Strukturproteine identifiziert sind.
-
Tabelle
7 fasst die DNA-Entfernung für
die Charge zusammen. Durch Ausfällung
und Tiefenfiltration wurde eine DNA-Verringerung von über 2 Log
erreicht. Erneut werden Konzentration an oder nahe an der Nachweisgrenze
des Assays erzielt. Tabelle 7 zeigt auch das Detergentien-Reinigungsprofil
während
des veranschaulichten Schritts. Die Detergentien wurden beide bei
dem Anionenaustausch und der zweiten Ultrafiltration wirksam entfernt.
Die Menge an Detergens in dem Produktstrom wurde nach der UF2 auf
unter die Nachweisgrenze des Assays (etwa 0,001%) verringert. Tabelle 7: Entfernung von Verunreinigungen
während
der Charge MRKAd5gag0123A
Zwischenprodukt | DNA
(QPCR) (pg/1011 vp) | Triton
(%) | DB
(%) |
Lysat | 1,9 × 107 | 0,109 | <0,001% |
Geklärtes Lysat | 8,3 × 104 | 0,078 | 0,011 |
UF1-Produkt | 3410 | 0,297 | 0,122 |
AEP | 30 | 0,007 | 0,008 |
UF2-Retentat | <5 | <0,001% | <0,001% |
Steril
filtriertes Produkt | 5 | <0,001% | <0,001% |
-
Beispiel 6
-
CTAB-Ausfällung vs. Verwendung von viel
Nuklease
-
MRKAD5gag
wurde verwendet, um ein Verfahren, das die CTAB-Ausfällung und
keine Nukleasebehandlung (Zweig C) beinhaltet, mit einem Verfahren
zu vergleichen, das hohe Konzentrationen an Nuklease (150 U/ml Benzonase
TM, 150 U/ml RNase), jedoch keine Ausfällung einsetzte
(Zweig A). Tabelle 8 enthält
die Daten für
die Entfernung verbliebener DNA für beide Reinigungszweige. Man
beachte, dass die CTAB-Ausfällung
die Gesamt-DNA früher
in dem Verfahren verringert, während
im letzteren Fall der Großteil
der Reinigung durch die Nukleasebehandlung (UF1 CR bis UF1 DR) erreicht
wird. Die DNA-Konzentrationen in dem Anionenaustauschprodukt (AEP)
liegen innerhalb der Assayschwankungen. Diese Daten zeigen, dass
ein auf Detergens basierender Ausfällungsschritt eine Behandlung
mit Nuklease in hoher Konzentration vollständig ohne Auswirkungen auf
die Produktqualität
ersetzen kann. Tabelle 8: Rest-DNA Ergebnisse der Benzonase
TM-Digestion
vs. DNA-Ausfällung
mittels CTAB
Verfahrens-Zwischenprodukt | MRKAd5gag0112A | MRKAd5gag01120 |
Rest-DNA
(pg/1E11 vp) | Rest-DNA
(pg/1E11 vp) |
Lysat | 9,87 × 107 | 9,87 × 107 |
Geklärtes Lysat | 7,25 × 106 | 1,10 × 106 |
Retentat
der UF1-Konzentration | 1,01 × 107 | – |
UF1-Retentat | 2,58 × 103 | 5,38 × 105 |
AEP
(Anionenaustausch-Produkt) | 595 | 260 |
-
BEISPIEL 7
-
CPC- und Domiphenbromid-Ausfällung
-
Bei
diesem Beispiel werden Verfahren, die eine CPC- oder DB-Ausfällung verwenden
(ohne Verwendung von Nuklease), mit einem Kontrollverfahren, bei
dem viel Nuklease verwendet wird, verglichen. Speziell werden die
folgenden Reinigungsszenarien verglichen:
0113A: Keine Ausfällung, Benzonase
und RNase in einer Menge von jeweils 150 U/Minute, AEX-Beladung
bei etwa 5 × 1012 vp/ml.
0113C: Ausgefällt mit
CPC, keine Verwendung von Nuklease, AEX-Beladung bei etwa 5 × 1012 vp/ml.
0113D: Ausgefällt mit
DB, keine Verwendung von Nuklease, AEX-Beladung bei etwa 5 × 1012 vp/ml.
-
Die
Schrittausbeuten waren für
die drei Zweige vergleichbar, außer die ungewöhnlich niedrigen UF1-Ausbeuten
in Zweig A (siehe Tabelle 9). Tabelle 9. Ausbeutetabelle für MRKAd5gag0113
SCHRITT | 0113A1 | 0113C | 0113D |
PPT | | 102% | 100% |
CL | 83% | 84% | 93% |
UF1
FR | 60% | 109% | 110% |
AEP | 76% | 88% | 80% |
NET | 38% | 82% | 82% |
-
Die
Rest-DNA-Daten für
die Charge sind in Tabelle 10 aufgeführt. Diese Daten lassen auf
eine hohe Gesamteffizienz für
auf Ausfällung
beruhende Verfahren selbst in Abwesenheit einer Nukleaseverwendung schließen. Das
Anionenaustauschprodukt wurde in diesem Beispiel nicht durch UF2
verarbeitet, so dass Endproduktwerte nicht zur Verfügung stehen. Tabelle 10. DNA-Entfernung für MRKAd5gag0113
Zwischenprodukt | Rest-PER.c6-DNA
pg/1e11 vp |
0113A | 0113C | 0113D |
LYS | 8,20 × 106 | 8,20 × 106 | 8,20 × 106 |
UF1-Retentat | 116 | 4,88e5 | 4,98e5 |
AEP | 8,7 | 59 | 26 |
-
Die
Proteinentfernung ist in der nachstehenden Tabelle 11 gezeigt. Die
Wirksamkeit der Proteinentfernung im UF1-Schritt scheint vor der
Ausfällung
deutlich verbessert zu werden, die Reinheitsunterschiede beim AEP-Schritt
können
jedoch anhand des Gesamtproteins nicht erkannt werden, da die überwiegende
Mehrheit des vorhandenen Proteins das Produkt ist. Als Folge davon
wird die relative Proteinverunreinigung für die AEPs durch die SDS-PAGE-Analyse
in Beispiel 8 ermittelt. Tabelle 11. Gesamtproteinentfernung für MRKAd5gag0113-Chargen
(BCA-Assay)
Zwischenprodukt | 0113A μg/1011 vp | 01130 μg/1011 vp | 0113D μg/1011 vp |
LYS | 1370 | 1255 | 1450 |
CL | 1201 | 1183 | 1210 |
UF1
DR | 228 | 66 | 113 |
AEP | 15 | 13 | 13 |
-
Während gezeigt
wurde, dass CTAB keine Auswirkung auf die Adenovirus-Infektiosität (Charge
0112) hat, rechtfertigten Strukturunterschiede und mögliche Unterschiede
im Mechanismus der CPC- und DB-Ausfällung weitere Daten zur Infektiosität. Für diese
drei Reinigungen war das Verhältnis
von Viruspartikeln zu infektiösen
Einheiten wie folgt: A-26 vp/IU, C-32 vp/IU; D-29 vp/IU. Diese Verhältnisse
sind statistisch äquivalent und
zeigen, dass die hierin skizzierten Verfahren die Produkt-Infektiosität nicht
beeinflussen.
-
BEISPIEL 8
-
SDA-PAGE-Analyse für die Chargen MRKAd5gag0112,
MRKAd5gag0113 und MRKAd5gag0114
-
Eine
SDS-PAGE-Gelproteinanalyse wurde an Zwischenproben aus der stattfindenden
Reinigung der Chargen MRKAd5gag0112, MRKAd5gag0113 (Beispiel 7)
und MRKAd5gag0114 (Beispiel 2) durchgeführt, wie es in 8 gezeigt
ist. Mehrere wichtige Beobachtungen können gemacht werden. Erstens
scheint die Einbeziehung einer CTAB-Ausfällung
(0112C, Spur 3) zu höherer
Proteinreinheit beim Anionenaustauschprodukt (AEP) zu führen als
beim Kontrollzweig (0112A, Spur 2). Zweitens weisen die Spuren 5-10 eine ähnliche
Reinheit für
die AEP auf, trotz der folgenden Verfahrensvarianten: (a) AEX-Beladung
bei 5, 10 und 15 × 1012 vp pro ml Harz bei Behandlung mit 150
U/ml BenzonaseTM und ohne Ausfällung (0113A1-A3-Spuren
5-7); (b) Verwendung von ausschließlich 5 U/ml Benzonase ohne
Ausfällung
(0113B-Spur 8); (c) CPC- oder DB-Ausfällung ohne
Verwendung von Nuklease (0113C & D-Spuren
9 und 10). Drittens weist das AEP von Charge 0114 (Spur 4), das
sowohl eine DB-Ausfällung
als auch die Verwendung von Benzonase in niedriger Konzentration
beinhaltete, eine bessere Proteinreinheit auf (z.B. weniger 39-
und 50-kDa-Verunreinigungen).
-
BEISPIEL 9
-
Reinigung von Adenovirus Typ 5 im 600-Liter-Maßstab
-
Das
Verfahren wurde vergrößert, wobei
von 600 l Zelllysat ausgegangen wurde. Die verwendeten Verfahrensdetails
sind ähnlich
den in Beispiel 5 beschriebenen, umfassten jedoch die folgenden
Unterschiede: (1) die Tiefenfiltration wurde mit einem Millipore-CE20-Filter,
gefolgt von einem CUNO-CP50-Filter (enthält eine positive Ladung) mit
einem Flächenverhältnis von
2:1 durchgeführt,
(2) 300 kDa-Ultrafilter wurden verwendet, (3) 0,1% PS-80 ist in
dem Diafiltrationspuffer enthalten, und (4) ein rekombinantes Adenovirus,
das der Reinigung unterworfen wurde, war MRKAd5pol, das im Detail
in der PCT-Veröffentlichung
WO 02/22080 beschrieben
ist.
-
Die
Ausbeuten für
dieses Verfahren sind in Tabelle 12 gezeigt. Die Infektiosität des Endprodukts
wurde durch ein TCID
50-Assay bestätigt, wobei
ein Infektiositätsverhältnis von
4 vp/IU vorlag. Die mittlere Teilchengröße gemäß Dynamic-Light-Scattering
betrug 123 nm, was mit den theoretischen Erwartungen im Einklang steht.
Die spezifischen Rest-DNA-Konzentrationen,
die Gesamtproteinkonzentrationen und die Verfahrensrückstände sind
in Tabelle 13 gezeigt. Diese Daten bestätigen weiter die Skalierbarkeit
dieses Verfahrens. Tabelle 12. MRKAd5pol-Ausbeutetabelle
für die
Reinigung im 600-l-Maßstab
Probe | Vol,
I | AEX,
vp/ml | Ad,
vp | Schrittausbeute, | Gesamtausbeute |
Lysat | 615 | 2,62 × 1010 | 1,61 × 1016 | – | – |
Niederschlags | 668 | 2,32 × 1010 | 1,55 × 1016 | 96% | 96% |
Geklärtes Lysat | 672 | 1,83 × 1010 | 1,23 × 1016 | 80% | 77% |
UF1-Produkt | 30,6 | 3,53 × 1011 | 1,08 × 1016 | 93% | 71% |
AE-Produkt | 2,64 | 3,55 × 1012 | 9,37 × 1015 | 89% | 64% |
UF2-Produkt | 11,3 | 7,22 × 1011 | 8,16 × 1015 | 92% | 59% |
Steril
filtriertes Produkt | 10,3 | 7,10 × 1011 | 7,31 × 1015 | 98% | 58% |
- 1. Vor dem Assay filtriert durch ein 0,45-Mikron-PVDF-Spritzenfilter.
- 2. Die Schrittausbeuten berücksichtigen,
dass große
Proben der Verfahrenszwischenprodukte entnommen werden (umfasst
Niederschlag: 2,2 l, geklärtes
Lysat: 37,3 l; UF1-Produkt:
0,8 l; AE-Produkt: 0,15 l; UF2-Produkt: 1,0 l).
Tabelle 13. Entfernung von Verunreinigungen
während
der Reinigung im 600-l-Maßstab Probe | DNA
(QPCR) pg/1011 vp | Protein
(BCA) μg/1011 vp | Triton
% | DB
% |
Lysat | 3,5E+07 | 2313 | 0,134 | – |
Geklärtes Lysat | 8,4E+04 | 2404 | 0,082 | 0,021 |
UF1-Produkt | 736 | 114 | 0,113 | 0,031 |
AE-Produkt | 20 | 9 | 0,003 | 0,003 |
UF2-Produkt | 17 | 8 | < 0,0012 | < 0,0008 |
Steril
filtriertes Produkt | 14 | 8 | < 0,0012 | < 0,0008 |
-
BEISPIEL 10
-
Adenovirus Typ 6
-
Bei
diesem Beispiel wird Adenovirus Typ 6 (aus der Untergruppe C) gereinigt.
Verfahrensänderungen in
diesem Beispiel betreffen hauptsächlich
den Schritt der präparativen
Anionenaustauschchromatographie. Dort wurde das UF1-Produkt auf
etwa 30,7 mS/cm verdünnt
und auf das Source-15Q-Harz geladen. Die Säule wurde mit einem Puffer
gewaschen, der 0,32M NaCl enthielt. Die Produktelution fand über einen
Vier-Säulenvolumen-Gradienten
bis zu einer NaCl-Endkonzentration von 0,41M statt. Ansonsten wurde
das Verfahren im Wesentlichen wie in Beispiel 9 beschrieben durchgeführt.
-
Die
Ausbeuten aus dieser Reinigung zeigen, dass die Verfahrensleistung
mit Ad5 vergleichbar ist (Tabelle 14). Speziell wurden die Rest-DNA-Konzentrationen
durch Q-PCR nach
der Ausfällung
und Klärung
um mehr als 2 Log verringert. Die Konzentrationen werden auf 3 pg/10
11 vp in dem Produktverringert. Spezifische Gesamtproteinwerte
(Tabelle 15) zeigen auch, dass die überwiegende Mehrheit des Gesamtproteins
am Ende der UF1 entfernt wird und dass die restlichen Verunreinigungen
nach der AEX normalisiert werden. Wie auch beim Adenovirus Typ 5
zu sehen ist, zeigen diese Daten, dass Adenovirustypen in derselben
Untergruppe gereinigt werden können. Tabelle 14. Ad6-Ausbeutetabelle für die Reinigung
im 20-l-Maßstab
Probe | Vol.,
ml | AEX
vp/ml2 | Ad,
vp | Schrittausbeutet | Gesamtausbeute |
Lysat | 3664 | 1,06 × 1011 | 3,88 × 1014 | – | – |
Niederschlag1 | 3952 | 1,01 × 1011 | 3,99 × 1014 | 103% | 103% |
Geklärtes Lysat | 3898 | 8,71 × 1010 | 3,40 × 1014 | 85% | 88% |
UF1-Produkt | 185,7 | 1,58 × 1012 | 2,93 × 1014 | 87% | 77% |
AE-Produkt | 101,6 | 1,76 × 1012 | 1,79 × 1014 | 63% | 48% |
UF2-Produkt | 135,9 | 1,13 × 1012 | 1,54 × 1014 | 92% | 44% |
Steril
filtriertes Produkt | 141,4 | 1,01 × 1012 | 1,43 × 1014 | 100% | 44% |
- 1. Vor dem Assay durch ein 0,45-Mikron-PVDF-Spritzenfilter
filtriert.
- 2. Aus der Ad5-Eichkurve berechnete Ergebnisse.
- 3. Schrittausbeuten berücksichtigen
die Probennahme von Zwischenprodukten (nicht gezeigt).
Tabelle 15. Entfernung von Verunreinigungen
während
der Ad6-Reinigung im 20-l-Maßstab Probe | DNA
(QPCR) pg/1011 vp | Protein
(BOA), μg/1011 vp | Triton
% | DB
% |
Lysat | 5,8E+06 | 641 | 0,135 | – |
Geklärtes Lysat | 4,2E+04 | 439 | 0,084 | 0,016 |
UF1-Produkt | 310 | 37 | 0,017 | 0,041 |
AE-Produkt | 20 | 10 | < 0,0012 | < 0,0008 |
UF2-Produkt | 5 | 10 | < 0,0012 | < 0,0008 |
Steril
filtriertes Produkt | 3 | 7 | < 0,0012 | < 0,0008 |
-
BEISPIEL 11
-
Adenovirus Typ 35 (Ad35pol)
-
In
diesem Beispiel wird Adenovirus Typ 35 (aus Untergruppe B) gereinigt.
Die Verfahrensänderungen, verglichen
mit Beispiel 5, betrafen vorwiegend den Schritt der präparativen
Anionenaustauschchromatographie. Dort wurde das UF1-Produkt auf
etwa 28 mS/cm verdünnt
und auf das Source-15Q-Harz geladen. Die Säule wurde mit 0,29M NaCl gewaschen
und in einem Vier-Säulen-Volumengradienten
bis 0,38M NaCl eluiert. Ansonsten wurde das Verfahren im Wesentlichen
wie in den Beispielen 5 und 9 beschrieben durchgeführt.
-
Ausbeuten
aus dieser Reinigung zeigen, dass das Leistungsvermögen des
Verfahrens mit dem für Ad5
vergleichbar ist (Tabelle 16). Spezifische Rest-DNA-Konzentrationen durch
Q-PCR wurden um mehr als 3 Log nach der Ausfällung und Klärung auf
11 ng/10
11 vp reduziert. Die Werte werden
nach der ersten Ultrafiltration (UF1) auf 1,0 ng/10
11 vp
verringert. Die spezifischen Gesamtproteinwerte (Tabelle 17) zeigen
ebenfalls, dass die große
Mehrheit des Gesamtproteins am Ende der UF1 entfernt wird; diese
Daten zeigen, dass dieses Produkt bereits ohne irgendeine chromatographische
Reinigung eine relativ hohe Reinheit erreicht und dass viele Adenovirus-Untergruppen durch
das bestehende Verfahren, nämlich
durch Unterwerfen eines geklärten SPA-gefällten Lysats
einem einzigen Ultrafiltrationsschritt, gereinigt werden können. Tabelle 16. Ad35-Ausbeutetabelle für eine Reinigung
im 20-l-Maßstab
Probe | Vol,
ml | AEX
Vp/ml2 | Ad,
vp | Schrittausbeute2 | Gesamtausbeute |
Lysat | 20723 | 4,31 × 1010 | 8,93 × 1014 | – | – |
Niederschlag1 | 22371 | 3,64 × 1010 | 8,14 × 1014 | 91% | 91% |
Geklärtes Lysat | 22259 | 2,86 × 1010 | 6,37 × 1014 | 78% | 71% |
UF1-Produkt | 949 | 4,54 × 1011 | 4,31 × 1014 | 75% | 53% |
AE-Produkt | 137 | 2,85 × 19012 | 3,91 × 1014 | 93% | 49% |
UF2-Produkt | 448 | 6,64 × 1011 | 2,97 × 1014 | 78% | 39% |
Steril
filtriertes Produkt | 438 | 6,43 × 1011 | 2,81 × 1014 | 99% | 38% |
- 1. Vor dem Assay durch ein 0,45-Mikron-PVDF-Spritzenfilter
filtriert.
- 2. Aus der Ad5-Eichkurve berechnete Ergebnisse.
- 3. Schrittausbeuten berücksichtigen
die Probennahme von Zwischenprodukten (nicht gezeigt).
Tabelle 17. Proteinentfernung während der
Ad35-Reinigung im 20-l-Maßstab Probe | Protein
(BOA), μg/1011 vp |
Lysat | 1803 |
Geklärtes Lysat | 1549 |
UF1-Produkt | 24 |
AE-Produkt | 17 |
UF2-Produkt | 14 |
Steril
filtriertes Produkt | 15 |
-
BEISPIEL 12
-
Trennung der Adenovirus-Typen 5, 24 und
36 durch Anionenaustausch
-
Kleine
Mengen von durch Chromatographie oder CsCl-Ultrazentrifugation gereinigtem
Adenovirus wurden auf eine Source-15Q-Säule (siehe 9)
im analytischen Maßstab
injiziert (siehe 9). Bei diesem Beispiel wurde
ein NaCl-Gradient von 0,2 bis 0,6M verwendet. Das Verfahren ist
eindeutig in der Lage, Virus aus der Untergruppe C (Ad5), Untergruppe
D (Ad24) oder Untergruppe B (Ad35) zu binden/eluieren. Darüber hinaus
kann durch Injektion neuer Typen mit einem bekannten Typ (in diesem
Falle Ad5) die relative Elutionszeit berechnet werden; aus der relativen
Elutionszeit und dem Wissen über
präparative
Puffer für
Ad5 können präparative
Puffer für
jeden anderen Serotyp leicht ermittelt werden. Diese Änderung
ist die einzige erwähnenswerte
Modifizierung, die notwendig ist, um diese Erfindung an andere Adenovirus-Serotypen
anzupassen.
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BEISPIEL 13
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Domiphenbromid-Ausfällung der Adenovirus-Typen
5, 35 und 6
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Eine
Reihe von DB-Konzentrationen (0 bis 0,065%) wurde zu 1-ml-Röhrchen mit
verschiedenen Adenovirus-Zelllysaten zugegeben, die etwa 0,1% Triton,
0,05% PS-80, 2 mM MgCl2 und 25 mM Tris,
pH 8, enthielten. Die Zellen wurden in Suspensionskultur mit einer
Infektion bei etwa 106 Zellen/ml hergestellt.
Diese Proben wurden sofort gevortext und mit 0,45-Mikron-Spritzenfiltern
filtriert. Zur Bestimmung von Adenovirus- und DNA-Konzentrationen durch
AEX-HPLC und Picogreen-Assays wurden Aliquote entfernt.
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Wie
in 10 gezeigt, fällt
bei Domiphenbromid-Konzentrationen von unter 0,05% kein Adenovirus messbar
aus. Daher wird die Zugabe von Domiphenbromid in Konzentrationen
zwischen 0,03 und 0,05% zur selektiven Ausfällung von DNA führen. Für die hier
verwendeten speziellen Stromeigenschaften ist eine Zugabe in einer
Konzentration von 0,04% für
alle Serotypen geeignet. Die erwähnte
Ausfällung
von restlichen Verunreinigungen durch CPC, CTAB und alternative
SPAs zeigt ebenfalls ähnliche
Leistungseigenschaften für mehrere
Adenovirus-Untergruppen.
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BEISPIEL 14
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Ad5-Reinigungsverfahren mit Kationenaustausch
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Die
Reinigung von Adenovirus mittels eines Verfahrens, das Kationenaustausch
umfasst, kann durch Anionenaustauschchromatographie erfolgen, wie
es in den vorherigen Beispielen beschrieben ist. Dieses Beispiel
beschreibt die Verarbeitung des Anionenaustauschprodukts durch eine
zweite Ultrafiltration, eine pH-Einstellung, Durchfluss-Kationenaustausch
und eine zweite pH/Puffer-Einstellung, um zu einem Produkt in einem fertigen
Formulierungspuffer zu gelangen.
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Das
Anionenaustauschprodukt wurde verdünnt und auf eine Adenoviruskonzentration
von etwa 1,77 × 1012 vp/ml und eine Salzkonzentration von 1M
NaCl eingestellt. Die Charge wurde durch drei 0,05-m2-300-kDa-PES-Membranen
(Millipore Pellicon XL) in Puffer diafiltriert (5 mM Tris, 10 mM
NaCl, 1 mM MgCl2, 5% Saccharose, 0,005%
PS-80, pH 7,4). Der Permeatfluss wurde bei 80 ml/Minute-m2 gehalten.
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Der
pH-Wert des ultrafiltrierten Retentats wurde vor dem Kationenaustauschchromatographieschritt mit
Puffer (5 mM Tris, 0,2M Histidin, 10 mM NaCl, 1 mM MgCl
2,
5% Saccharose, 0,005% PS-80, 50 mM HCl, pH 6,5) auf etwa 6,5 eingestellt.
Eine Vantage-L-Säule (Millipore
Corporation) mit einem Durchmesser von 1,6 cm wurde mit 18,8 ml
Source-30S-Harz (Amersham Biosciences) beschickt. Das Produkt wurde
mit einer linearen Geschwindigkeit von 1 cm/Minute beladen und mit
6 Säulenvolumen
Puffer (5 mM Tris, 10 mM Histidin, 10 mM NaCl, 1 mM MgCl
2, 5% Saccharose, 0,02% PS-80, pH 6,5) gewaschen.
Der Betrieb erfolgte im Durchflussmodus, und das Sammeln des Produkts
wurde gestoppt, sobald das A
260-Signal den
Grundlinienwert erreichte. Das Produkt wurde durch Zugabe von 0,17M
Tris, 10 mM Histidin, 2,27M NaCl, 1 mM MgCl
2,
5% Saccharose, 0,02% PS-80, pH 9,3-Puffer, auf Formulierungsbedingungen
eingestellt. Tabelle 18 zeigt die Ausbeute für dieses Verfahren. Tabelle 18: MRKAd5gag-Ausbeutetabelle
für die
Ultrafiltration und den Kationenaustausch
Probe | Vol,
ml | AEX
vp/ml | Ad,
vp | Schrittausbeute* | Gesamtausbeute |
AEP | 80,6 | 3,96E12 | 3,19E14 | – | – |
UF2-Feed | 179,5 | 1,77E12 | 3,17E14 | 99% | 99% |
UF2-Retentat | 206,9 | 1,26E12 | 2,61E14 | 83% | 83% |
Vor
CEX-Einstellung | 199,1 | 1,18E12 | 2,35E14 | 97% | 80% |
CEP | 224,2 | 8,55E11 | 1,92E14 | 88% | 71% |
Nach
CEX-Einstellung | 223,0 | 8,49E11 | 1,89E14 | 102% | 72% |
- * Die Verfahrensschritte berücksichtigen
die Entnahme von Proben zwischen den Schritten (nicht gezeigt).
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BEISPIEL 15
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Klärung
von ausgefälltem
Lysat durch kontinuierliche Zentrifugation – MRK Ad5pol
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Dieses
Beispiel zeigt, dass eine kontinuierliche Zentrifuge mit einem klärenden Tiefenfilter
verwendet werden kann, um das ausgefällte Zelllysat zu klären. Ausgefallenes
Zelllysat aus einer Ad5-Charge wurde mittels einer kontinuierlichen
CARR-Pilot-Powerfuge-Zentrifuge
bei einer Verweilzeit von 2 Minuten und sowohl 20000 G als auch
10000 G zentrifugiert. Der Behälter
hatte ein Volumen von etwa 1 l. Das Zentrifugat wurde kontinuierlich
einem CUNO-CP50-Tiefenfilter mit 0,14 LPM/ft2 mit
einer Beschickung von 60 l/ft2 zugeführt. Periodisch
wurden Zentrifugat- und Filtrat-Proben entnommen, um den Klärungsprozess
zu überwachen.
Die Adenovirusausbeuten bei der Zentrifugation betrugen über 90%
bei einer Gesamtklärungsausbeute
von 80%. Die Trübung
des geklärten
Lysats betrug weniger als 2 NTU. Das gesammelte geklärte Lysat
wurde dann wie in anderen Beispielen beschrieben weiterverarbeitet,
wobei ähnliche
Ergebnisse in Bezug auf Rest-DNA-Entfernung, Proteinreinheit und
Produkt-Infektiosität
erhalten wurden.