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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein Affinitätschromatographie
und insbesondere Pseudobioaffinitätschromatographie.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Mit der schnellen Entwicklung von
und dem steigenden Bedarf an monoklonalen und polyklonalen Antikörpern für sowohl
diagnostische als auch therapeutische Zwecke sind Forschungsbemühungen kürzlich auf
das Erdenken neuer Techniken zur wirksamen Isolierung von Antikörpern aus
Antikörper-enthaltenden
Lösungen
gerichtet worden. Einige wohl bekannte bestehende Techniken umfassen
die Verwendung klassischer Flüssigkeitschromatographie-Adsorptionsmittel,
wie Ionenaustauscher, hydrophobe Träger, Hydroxyapatit- und Gelfiltrationsmedien.
Leider sind diese Techniken zeitraubend und aufwendig durchzuführen und
können
nicht allgemein auf die Isolierung heterogener Populationen von
Antikörpern
angewendet werden. Als Ergebnis davon müssen derartige Techniken in
Abhängigkeit vom
spezifischen Antikörper,
dessen Isolierung erwünscht
ist, auf den Einzelfall angepasst werden.
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Affinitätschromatographie, welche auf
spezifischen Wechselwirkungen zwischen einem immobilisierten Liganden
und einem bestimmten Molekül, dessen
Reinigung bzw. Aufreinigung erwünscht
ist, beruht, ist eine weitere wohlbekannte bestehende Technik, die
zur Reinigung von Antikörpern
aus Lösung
verwendet wird. Protein A, das sich von dem Bakterium Staphylococcus
aureus ableitet, besitzt eine starke und spezifische Affinität für das Fc-Fragment
der IgG-Antikörper und
ist für
etwa ein Jahrzehnt als Affinitätsligand
zur Reinigung von IgG-Antikörpern verwendet
worden. Protein A kann auf einer großen Vielzahl von festen Trägermaterialien,
wie Chromatographie-Kügelchen
und -membranen, immobilisiert werden und kann zum Erhalt hochreiner Antikörper in
hoher Ausbeute verwendet werden.
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Leider leidet Protein A an einer
Anzahl von Begrenzungen als Affinitätsligand. Eine derartige Begrenzung
sind die unerschwinglichen Kosten für Protein A. Wegen dieser hohen
Kosten ist die Verwendung von Protein A in großem Maßstab als Affinitätsligand
oft nicht wirtschaftlich durchführbar.
Eine weitere derartige Begrenzung ist die Empfindlichkeit von Protein
A gegenüber
denjenigen Proteasen, die üblicherweise
in den gleichen biologischen Fluiden (z. B. Seren, Aszites-Fluiden, Milch, Hybridoma-Zellkultur-Überständen und
dergleichen) vorliegen, in denen die Antikörper, deren Reinigung durch
Affinitätschromatographie
erwünscht
ist, ebenfalls vorliegen. Diese Empfindlichkeit von Protein A gegenüber derartigen
Proteasen führt
oft zu einem oder beiden der folgenden Wirkungen: (1) Die Erkennung
von Protein A gegenüber
Fc-Fragmenten von IgG wird zunehmend verringert; und (2) Fragmente
von Protein A, die durch Proteasewirkung erzeugt werden, verunreinigen
anderweitig reine Antikörper-Präparationen.
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Eine noch weitere Begrenzung von
Protein A ist, dass es möglich
ist, dass Protein A intakt aus dem festen Trägermaterial, mit dem es verbunden
ist, freigesetzt wird, wodurch Antikörper-Präparationen, die damit in Kontakt
gebracht werden, verunreinigt werden. Die Verunreinigung von therapeutischen
Antikörper-Präparationen
mit Spuren von Protein A oder Protein A-Fragmenten ist sehr schwerwiegend,
da Protein A und/oder Protein-A-Fragmente nicht nur in der Lage
sind, eine Antigen-Antwort in Menschen hervorzurufen, sondern auch
weil Protein A als potentes Mitogen bekannt ist.
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Protein A ist nicht das einzige Protein,
das als Affinitätsligand
zur Reinigung einer Klasse von Antikörpern verwendet worden ist.
Protein G ist in ähnlicher
Wei se als Affinitätsligand
verwendet worden. Vgl. Bjorck et al., J. Immunol., 133: 969 (1984). Protein
G wechselwirkt ebenfalls mit dem Fc-Fragment von Immunoglobulinen
und ist besonders wirksam bei der Isolierung von Mäuse-IgG-Antikörpern der
Klasse 1 (im Gegensatz zu Protein A, das nicht sehr wirksam bei
der Isolierung dieser Antikörper
ist). Jedoch leidet Protein G an den gleichen Arten von Begrenzungen,
wie sie oben im Zusammenhang mit Protein A diskutiert wurden.
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Kürzlich
ist ein drittes Protein als wirksamer Affinitätsligand zur Reinigung von
Antikörpern
identifiziert worden. Bei dem Protein handelt es sich um Protein
L aus Peptostreptococcus magnus. Im Gegensatz zu Protein A und Protein
G wechselwirkt Protein L spezifisch mit den leichten Ketten von
IgG-Antikörpern,
ohne sich in deren Antigen-Bindungsstellen einzumischen. Diese Spezifität erlaubt
Protein L, nicht nur mit Antikörpern
der IgG-Klasse Komplexe zu bilden, sondern auch mit Antikörpern der
IgA- und IgM-Klassen. Trotz seiner breiten Affinität leidet
Protein L an den gleichen Begrenzungen, wie sie oben im Zusammenhang
mit den Proteinen A und G beschrieben wurden.
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Zusätzlich zu dem, dass die Proteine
A, G und L an den oben erwähnten
Begrenzungen leiden, sind sie alle gegenüber einer Anzahl von chemischen und
physikalischen Mitteln (z. B. extremer pH-Wert, Detergenzien, chaotrope
Mittel, hohe Temperatur) empfindlich, die häufig zur Reinigung von Affinitätschromatographiesäulen zwischen
Läufen
verwendet werden. Folglich ziehen es manche Leute vor, die Anzahl
der Reinigungszyklen, die bei den oben erwähnten Säulen angewandt werden, zu minimieren,
um folglich eine Zersetzung darauf zu minimieren. Ein Nachteil dieser
Taktik ist jedoch, dass ein nicht-reguläres Reinigen der Säulen eine
optimale Antikörper-Reinigung
verhindert.
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Anti-Antikörper stellen noch einen anderen Typ
von zur Gamma-Globulin-Reinigung
verwendetem Affinitätsliganden
dar. Jedoch sind Anti-Antikörper
aufgrund ihrer hohen Kosten und sehr begrenzten Stabilität in der
Verwendung eingeschränkt.
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Zusätzlich zu den oben beschriebenen
Affinitätsliganden
auf Proteinbasis gibt es zahlreiche Pseudobioaffinitäts (d. h.
weniger spezifische)-liganden niedrigeren Molekulargewichts, die
zur Antikörper-Reinigung
verwendet worden sind. Histidin, Pyridin und verwandte Verbindungen
stellen einen Typ von Pseudobioaffinitätsligand dar, der üblicherweise zur
Antikörper-Reinigung
verwendet wird. Vgl. z. B. Hu et al., "Histidine-ligand chromatography of proteins:
Multiple modes of binding mechanism", Journal of Chromatography, 646: 31–35(1993);
El-Kak et al., "Interaction
of immunoglobulin G with immobilized histidine: mechanistic and
kinetic aspects",
Journal of Chromatography, 604: 29–37(1992); Wu et al., "Separation of immunoglobulin
G by high-performance pseudobioaffinity chromatography with immobilized histidine", Journal of Chromatography,
584: 35–41 (1992);
El-Kak et al., "Study
of the separation of mouse monoclonal antibodies by pseudobioaffinity chromatography
using matrix-linked histidine and histamine", Journal of Chromatography, 570: 29–41(1991),
von denen alle durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden. Vgl.
allgemein US-Patent Nr. 5,185,313, 5,141,966, 4,701,500 und 4,381,239.
Jedoch sind eine nicht-spezifische Bindung von Proteinen und niedrige
Kapazität
die Hauptbegrenzungen von Adsorptionsmitteln, bei denen die oben
genannten Verbindungen eingesetzt werden.
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Thiophile Verbindungen stellen eine
weitere Klasse von Pseudobioaffinitäts-Liganden dar. Ein Adsorptionsmittel,
bei dem ein Typ thiophiler Verbindung verwendet wird, wird von Porath
et al. In FEBS Lett., 185: 306(1985) offenbart. Dieser Typ von Adsorptionsmittel
wird durch Umsetzung entweder eines Hydroxyl- oder Thiol-enthaltenden
Trägers
zuerst mit Divinylsulfon und dann mit Mercaptoethanol erzeugt. Bei
dem vorgenannten Adsorptionsmittel wird eine Vorgehensweise mit
Salz-Promotor verwendet, um Immunoglobuline zu adsorbieren. Eine Elution
von adsorbierten Immunoglobulinen wird durch Senken der Salzkonzentration
und/oder durch Modifizieren des pH-Wertes bewirkt.
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Bei einem weiteren Typ von Pseudobioaffinitäts-Adsorptionsmittel,
das zur Adsorption von Antikörpern
in der Lage ist, wird Mercaptopyridin als Ligand ver wendet. Vgl.
Oscarsson et al., "Protein Chromatography
with Pyridine- and Alkyl-Thioether-Based
Agarose Adsorbents",
Journal of Chromatography, 499: 235–247 (1990). Dieser Typ von Adsorptionsmittel
wird beispielsweise erzeugt, indem Mercaptopyridin mit einem in
geeigneter Weise aktvierten festen Träger umgesetzt wird. Das auf
diese Weise gebildete Adsorptionsmittel ist in der Lage, Antikörper unter
hohen Salzbedingungen zu adsorbieren.
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Weitere Pseudobioaffinitäts-Adsorptionsmittel,
bei denen thiophile Verbindungen verwendet werden, sind in den folgenden
Patenten und Veröffentlichungen
beschrieben. US-Patent Nr. 4,897,467; veröffentlichte PCT-Anmeldung Nr.
PCT/LTS89/02329; veröffentlichte
europäische
Patentanmeldung Nr. 168,363; Oscarsson et al., "Thiophilic adsorbents for RIA and ELISA
procedures", Journal
of Immunological Methods, 143: 143–149(1991); und Porath et al., "A New King of 'Thiophilic' Elecron-Donor-Acceptor Adsorbent", Makromol. Chem.,
Macromol. Symp., 17: 359–371(1988).
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Die oben beschriebenen thiophilen
Adsorptionsmittel stellen allgemein ausreichende Mittel zur Reinigung
von Antikörpern
bereit; jedoch kann in denjenigen Fällen, in denen die anfängliche
biologische Flüssigkeit
eine proteinreiche Lösung
ist, wie ein Serum oder Aszites, die nicht-spezifische Bindung einer
Anzahl von Proteinen von anderen als den gewünschten Antikörpern durch
derartige Adsorptionsmittel ein Problem sein. Dieses Problem einer
nicht-spezifischen Bindung ist die primäre Begrenzung für diese
thiophilen Adsorptionsmittel.
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Eine weitere Gruppe von Liganden
niedrigen Molekulargewichts, die zur selektiven Bindung von Antikörpern in
der Lage sind, schließt
Pentafluorpyridin und N-Dimethylaminopyridin,
umgesetzt mit Ethylenglykol, Glycin oder Mercaptoethanol, ein. Vgl. Ngo,
J. Chromatogr., 510: 281(1990). Adsorptionsmittel, bei denen diese
Materialien verwendet werden, können
zur Isolierung von Immunoglobulinen in Puffern entweder hoher Salz-
oder niedriger Salzkonzentration oder zur Isolierung anderer Typen
von Proteinen unter niedrigen Salzbedingungen ver wendet werden.
Eine Elution von adsorbierten Proteinen kann durch Absenken des
pH-Wertes erreicht werden.
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Noch andere Pseudobioaffinitäts-Liganden niedrigen
Molekulargewichts sind identifiziert worden, die in der Lage sind,
selektiv Antikörper
aus Eigelb und anderen biologischen Flüssigkeiten zu binden. Bei diesen
Liganden handelt es sich um spezielle Farbstoffe. Eine Elution der
gebundenen Antikörper
aus den Liganden wird durch spezielle Verdrängungsmittel erreicht.
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Alle oben erwähnten Adsorptionsmittel, bei denen
Pseudobioaffinitäts-Liganden
niedrigen Molekulargewichts verwendet werden, sind bezüglich ihrer
niedrigen Kosten und ihrer chemischen und physikalischen Stabilität sehr attraktiv.
Jedoch sind der Grad einer nicht-spezifischen Bindung und/oder ihre Toxizität (sollten
sie beispielsweise eine therapeutische Antikörper-Präparation, die für eine Verabreichung
an Menschen gedacht ist, verunreinigen) zu hoch und ihre Kapazität für Antikörper ist
zu niedrig, um die Attraktivität
von Adsorptionsmitteln, bei denen Protein A, G oder L als spezifische
Antikörper-Liganden
verwendet werden, auszugleichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden
Erfindung in der Bereitstellung eines neuen Pseudobioaffinitätschromatographie-Adsorptionsmittels,
das wenigstens einige der im Zusammenhang mit bestehenden Affinitäts- und
Pseudobioaffinitätschromatographie-Adsorptionsmitteln
diskutierten Begrenzungen überwindet.
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Zur Unterstützung der obigen und anderen, zu
beschreibenden oder nachstehend offensichtlich werdenden Aufgaben
wird ein Pseudobioaffinitätschromatographie-Adsorptionsmittel
hierin im folgenden bereitgestellt, das an eine Verwendung bei der selektiven
Adsorption von Immunoglobulinen angepasst ist, bereit gestellt,
wobei das Adsorptionsmittel in einer ersten Ausführungsform umfasst: (a) ein festes
Trägermaterial;
und (b) einen Liganden, der an der Oberfläche des festen Trägermaterials
immobilisiert ist, wobei der Ligand eine Verbindung der Formel (I)
von Anspruch 1 ist.
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Alternativ umfasst ein Pseudobioaffinitätschromatographie-Adsorptionsmittel,
das an eine Verwendung bei der selektiven Adsorption von Immunoglobulinen
angepasst ist, gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung: (a) ein festes Trägermaterial;
und (b) einen Liganden, der an der Oberfläche des festen Trägermaterials
immobilisiert ist, wobei der Ligand eine Verbindung der Formel (II)
von Anspruch 4 ist.
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Die vorliegende Erfindung ist auch
auf Verfahren zur Herstellung der oben erwähnten Adsorptionsmittel und
auf Verfahren zur Verwendung der oben erwähnten Adsorptionsmittel zur
Durchführung von
Affinitätstrennungen
gerichtet.
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Zusätzliche Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden teilweise in der folgenden
Beschreibung dargelegt und teilweise aus der Beschreibung offensichtlich
sein oder können durch
Praktizieren der Erfindung erlernt werden. Diese Ausführungsformen
werden in genügend
Einzelheiten beschrieben, um dem Fachmann die Durchführung der
Erfindung zu ermöglichen,
und es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet werden
können,
und dass Änderungen
durchgeführt
werden können,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Die folgende genaue Beschreibung
ist daher nicht im beschränkenden
Sinne zu nehmen, und der Umfang der vorliegenden Erfindung wird
am besten durch die anhängenden
Ansprüche definiert.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung ist auf
neue Pseudobioaffinitätschromatographie-Adsorptionsmittel gerichtet,
die bei der selektiven Adsorption eines breiten Be reichs von Immunoglobulinen
nützlich sind.
Die Adsorptionsmittel der vorliegenden Erfindung können auch
zur selektiven Adsorption von Nicht-Immunoglobulin-Proteinen verwendet werden.
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Gemäß den Lehren der vorliegenden
Erfindung umfassen die Pseudobioaffinitätschromatographie-Adsorptionsmittel
(a) ein festes Trägermaterial; und
(b) einen Liganden, der an der Oberfläche des festen Trägermaterials
immobilisiert ist, wobei es sich bei dem Liganden um einen fünfgliedrigen
heterozyklischen Mercapto-Ring des hierin im folgenden beschriebenen
Typs handelt. In einer ersten Ausführungsform hat der Ligand die
durch die Formel (I) von Anspruch 1 dargestellte Struktur.
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Für
die Zwecke der vorliegenden Beschreibung und Ansprüche können die
Definitionen von R1 und R2 in
CR1R2 der Verbindung
I entweder gleich oder verschieden sein für zwei oder mehrere von X1, X2 und X3. R1 und R2 können
beispielsweise Ethyl beziehungsweise OH für sowohl X1 als
auch X2 sein.
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Beispiele für die Verbindung I umfassen
Mercaptothiazolin (z. B. 2-Mercaptothiazolin)
und 2-Mercapto-5-thiazolidon.
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In einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hat der Ligand die durch die Formel (II)
von Anspruch 4 dargestellte Struktur.
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Für
die Zwecke der vorliegenden Beschreibung und Ansprüche können die
Definitionen von R in CR der Verbindung II entweder gleich oder
verschieden für
zwei oder mehrere von Y2, Y3 und
Y4 sein. Beispielsweise könnte R Methyl
im Fall von Y2 und OH im Fall von Y3 sein. Alternativ könnte R beispielsweise Ethyl
für sowohl
Y2 als auch Y3 sein.
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Beispiele für die Verbindung II umfassen Mercaptoimidazol
(z. B. 2-Mercaptoimidazol), Mercaptoimidazolin, Mercaptothiazol
(z. B. 2-Mercaptothiazol), Mer captotriazol (z. B. 3-Mercapto-1,2,4-triazol
und 5-Mercapto-1,2,3-triazol), Mercaptotetrazol (z. B. 5-Mercapto-1,2,3,4-tetrazol),
Mercaptothiadiazol (z. B. 2-Mercapto-1,3,4-thiadiazol)
und Mercaptomethylimidazol (z. B. N-Methyl-2-mercaptoimidazol- ein Arzneimittel von
dem bekannt ist, das es für Menschen
sicher ist).
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Das feste Trägermaterial der vorliegenden Adsorptionsmittel
kann zusammengesetzt sein aus Polysacchariden, wie Zellulose, Stärke, Dextran, Agar
oder Agarose, oder hydrophilen synthetischen Polymeren, wie substituierten
oder unsubstituierten Polyacrylamiden, Polymethacrylamiden, Polyacrylaten,
Polymethacrylaten, Polyvinyl-hydrophilen Polymeren, Polystyrol,
Polysulfon oder dergleichen. Andere geeignete Materialien zur Verwendung
als festes Trägermaterial
schließen
poröse
Mineralmaterialien ein, wie Siliziumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid,
Zirconiumdioxid und andere keramische Strukturen. Alternativ können Verbund-Materialien als festes Trägermaterial
verwendet werden. Derartige Verbund-Materialien können durch Copolymerisation von
zwei oder mehreren der oben erwähnten
Spezies oder durch ein ineinandergreifendes Netzwerk von zwei oder
mehreren der oben erwähnten
Spezies gebildet werden. Beispiele für geeignete Verbund-Materialien
schließen
Polysaccharid-synthetische Polymere und/oder Polysaccharid-Mineralstrukturen und/oder
synthetische Polymer-Mineralstrukturen ein,
wie sie in US-Patent Nrn. 5,268,097, 5,234,991 und 5,075, 371 offenbart
sind.
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Das feste Trägermaterial der vorliegenden Erfindung
kann die Form von Kügelchen
oder unregelmäßigen Teilchen
im Größenbereich
von etwa 0,1 mm bis 1000 mm Durchmesser, Fasern (Hohl- oder anderweitig)
beliebiger Größe, Membranen,
flachen Oberflächen
im Dickenbereich von etwa 0,1 mm bis 1 mm dick und schwamm-ähnlichen
Materialien mit Löchern
von wenigen μm
bis mehreren mm Durchmesser aufweisen.
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Vorzugsweise sind die oben beschriebenen Liganden
chemisch an das feste Trägermaterial über eine
kovalente Bindung immobilisiert, die zwischen der Mercaptogruppe
des Liganden und einer auf dem festen Träger vorliegenden reaktiven
Gruppe ausgebildet ist. Reaktive Gruppen, die zur Reaktion mit der Mercaptogruppe
des vorliegenden Liganden in der Lage sind, schließen Epoxygruppen,
Tosylate, Tresylate, Halogenide und Vinylgruppen ein. Da viele der
oben erwähnten
festen Trägermaterialien
keine der oben zitierten reaktiven Gruppen umfassen, können bifunktionelle
Aktivierungsmittel, die sowohl zur Reaktion mit den festen Trägermaterialien
als auch zur Bereitstellung der notwendigen reaktiven Gruppen befähigt sind,
verwendet werden. Beispiele für geeignete
Aktivierungsmittel schließen
Epichlorhydrin, Epibromhydrin, Dibrom- und Dichlorpropanol, Dibrombutan,
Ethylenglycoldiglycidylether, Butandioldiglycidylether, Divinylsulfon
und dergleichen ein.
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Durch Variieren der Konzentration
des Aktivierungsmittels kann die Menge des immobilisierten Liganden
der vorliegenden Erfindung irgendwo zwischen einem Anteil von einem μmol und mehreren hundert μmol pro ml
fester Matrix variieren. Typischerweise führt eine kleine Menge von Ligand
pro Einheitsvolumen zu einer niedrigen Trennungskapazität für Immunoglobuline,
wohingegen eine große Menge
von Ligand pro Einheitsvolumen zu einer erhöhten Sorptionskapazität für Immunoglobuline
führt (und
eine nicht-spezifische Bindung von anderen Proteinen als Immunoglobulinen
auslösen
kann).
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Die oben aufgelisteten Aktivierungsmittel weisen
unterschiedliche Kettenlängen
auf. Dem gemäß kann man
durch Auswählen
eines bestimmten Aktivierungsmittels den Abstand zwischen dem festen
Trägermaterial
und dem immobilisierten Liganden steuern. Aufgrund sterischer Beschränkungen kann
dieser Abstand zwischen dem Liganden und der festen Matrix die Adsorptionseigenschaften
des Endprodukts sowohl bezüglich
Spezifität
als auch Sorptionskapazität
beeinflussen. Im Allgemeinen kann in den Fällen, in denen die Kettenlänge groß ist im Verhältnis zu
denjenigen Fällen,
in denen sie es nicht ist, mehr Ligand auf dem festen Trägermaterial immobilisiert
werden.
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Eine Herstellung der Adsorptionsmittel
der vorliegenden Erfindung kann in einer Weise bewirkt werden, die ähnlich ist
zu der, durch welche herkömmliche
Adsorptionsmittel typischerweise hergestellt worden sind. Insbesondere
kann dies durch Umsetzung eines festen Trägermaterials des oben beschriebenen
Typs mit einem Aktivierungsmittel des oben beschriebenen Typs unter
festgesetzten Bedingungen von Konzentration, Temperatur, pH-Wert, Mediumzusammensetzung
und Zeit erfolgen. Sobald der Träger
einmal aktiviert ist, wird er anschließend ausgedehnt in festgelegter
Weise mit Lösungsmitteln gewaschen,
um überschüssiges Aktivierungsmittel und/oder
dessen Aktivierungsnebenprodukte zu entfernen. Der gewaschene, aktivierte
Träger
wird dann mit Liganden des oben beschriebenen Typs unter festgesetzten
Bedingungen von Konzentration, pH-Wert, Reaktionstemperatur, Reaktionsmedium, Zeit
und Rühren
in Kontakt gebracht, um ein Adsorptionsmittel zu erzeugen, welches
selektiv Immunoglobuline aus biologischen Flüssigkeiten, mit denen es in
Kontakt gebracht wird, adsorbiert.
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Bis auf die unten erwähnte Ausnahme
können
die Adsorptionsmittel der vorliegenden Erfindung in der gleichen
Weise, in der herkömmliche
Adsorptionsmittel verwendet worden sind, verwendet werden. Dies
umfasst das Einführen
des Adsorptionsmittels in eine Chromatographiesäule und anschließendes Waschen
der Säule
mit einer geeigneten wässrigen Lösung von
Salzen bei einem gegebenen pH-Wert. Eine biologische Lösung, die
die Immunoglobuline enthält,
die man isolieren möchte,
wird dann mit Salzen (z. B. Na2SO4) kombiniert, und die Säule wird direkt damit beladen.
Die in der Lösung
vorliegenden Immunoglobuline werden durch das Adsorptionsmittel
eingefangen, während
die in der Lösung
vorliegenden Nicht-Immunoglobulin-Proteine und der Rest der Lösung im
Durchfluss gewonnen werden. Nach geeignetem Waschen zur Eliminierung
der nichtspezifisch adsorbierten Makromoleküle werden die Immunoglobuline
anschlie ßend
durch eine pH-Änderung
und/oder durch Änderung
der Salzkonzentration desorbiert. Die isolierten Immunoglobuline
werden dann neutralisiert.
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Die eine Ausnahme, auf die oben angespielt wurde,
besteht darin, dass bestimmte Adsorptionsmittel der vorliegenden
Erfindung keine Zugabe von Salz zur biologischen Lösung für die darin
enthaltenden Antikörper
erfordern, um diese an den Liganden zu adsorbieren. Diese Eliminierung
der Notwendigkeit für
ein Salz ist klar vorteilhaft in denjenigen Fällen, in denen die Zugabe von
Salz unerwünscht
ist. Diejenigen Adsorptionsmittel der vorliegenden Erfindung, bei
denen Salz nicht zugegeben werden braucht (und in der Tat nicht
zugegeben werden kann, damit das Adsorptionsmittel in geeigneter
Weise funktioniert) sind diejenigen, bei denen Liganden der Verbindungen
I und II eingesetzt werden, in denen Stickstoffatome zwei oder mehrere
Heteroatome des fünfgliedrigen
heterozyklischen Rings darstellen. Beispiele für derartige Liganden umfassen
2-Mercaptoimidazol, 3-Mercapto-1,2,4-triazol, 5-Mercapto-1,2,3-triazol,
5-Mercapto-1,2,3,4-tetrazol und N-Methyl-2-mercaptoimidazol.
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Die Adsorptionsmittel der vorliegenden
Erfindung können
zur Isolierung einer Vielzahl von unterschiedlichen Typen von Antikörpern, wie
nativen Antikörpern,
chemisch modifizierten Antikörpern,
biotechnischen Antikörpern,
Antikörperfragmenten
und Antikörperkonjugaten,
die Enzyme enthalten, sowie verschiedenen Toxinen, Haptenen und
dergleichen verwendet werden. Zusätzlich können die Adsorptionsmittel
der vorliegenden Erfindung zur Isolierung von Antikörpern aus
einer Vielzahl von unterschiedlichen biologischen Flüssigkeiten,
wie Hybridoma-Zellkultur-Überständen, Plasma
und Plasmafraktionen, Milch und Milchfraktionen, Aszitesfluiden, Fermentationsnährlösungen und
dergleichen verwendet werden.
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Die Adsorptionsmittel der vorliegenden
Erfindung stellen eine signifikante Weiterentwicklung in der Technik
gegenüber
Adsorptionsmitteln dar, bei denen Antikörperspezifische Proteine, wie
Protein A, Protein G, Protein L und dergleichen verwendet werden.
Dies gilt zum Teil, weil die vorliegenden Adsorptionsmittel stabil
gegen biologische Zersetzung, insbesondere Zersetzung durch hydrolytische
Enzyme, sind. Zusätzlich
sind viele der Liganden der vorliegenden Adsorptionsmittel im Handel
erhältliche
Chemikalien, deren laufende Kosten signifikant niedriger als die
von Liganden auf Proteinbasis sind. Darüber hinaus können die
vorliegenden Adsorptionsmittel mit stark saueren und alkalischen
Lösungen
behandelt werden, die ansonsten mit Adsorptionsmitteln, bei denen
Proteinliganden eingesetzt werden, nicht geeignet wären. Zudem
können
die vorliegenden Adsorptionsmittel mit anderen Reinigungsmitteln,
wie Detergenzien, chaotropen Salzen und dergleichen behandelt werden,
ohne dass man das Risiko von Adsorptionsmittelzersetzung oder -inaktivierung
eingeht. Darüber
hinaus kann auf die Adsorptionsmittel der vorliegenden Erfindung
eine Wärmebehandlung angewandt
werden, ohne deren Einfangwirksamkeit oder -spezifität zu modifizieren.
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Verglichen mit bestehenden Pseudobioaffinitäts-Adsorptionsmitteln
sind die vorliegenden Adsorptionsmittel spezifischer und/oder zeigen
eine höhere
Sorptionskapazität
für Antikörper.
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Die folgenden Beispiele sind lediglich
veranschaulichend und sollen in keiner Weise den Umfang der vorliegenden
Erfindung beschränken:
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Beispiel 1: Immobilisierung
von 2-Mercaptoimidazol auf einem Epoxyaktivierten HyperDTM-Träger
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20 Gramm Epoxy-aktivierter HyperD7M-Siliziumdioxid/Polystyrol-Verbund-Träger mit
funktionalisierten Hydrogel-gefüllten
Poren (kommerziell erhältlich
von BioSepra, Inc., Marlborough, MA und beschrieben in US-Patent
Nr. 5,268,097) wurden in 100 ml von 35% 50 mM Carbonatpuffer, pH-Wert
8,6, und 65% Ethanol, der 5 mM 2-Mercaptoimidazol enthielt, suspendiert
und 16 Stunden geschüttelt.
Die Aufschlämmung
wurde über
ein Sinterglasfilter filtriert, mit Ethanol gewaschen und ausgetrocknet.
Das modifizierte HyperDTM- Adsorptionsmittel
wurde nochmals suspendiert in 1 M Ethanolamin, pH-Wert 10,5, 2,5
Stunden bei 45°C
geschüttelt,
filtriert und dann mit Wasser gewaschen. Die Kügelchen wurden dann nochmals
suspendiert in 2 M Natriumacetat und 2 ml Essigsäureanhydrid wurden über eine
Zeitdauer von einer Stunde unter Schütteln zugegeben. Das Gemisch
wurde anschließend
eine zusätzliche
Stunde geschüttelt, über ein
Sinterglasfilter filtriert und mit Wasser bis zur Neutralität gewaschen.
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Dann wurde auf dem oben genannten
Adsorptionsmittel unter Verwendung von 10 mM HEPES bei pH-Wert 7,5
ein chromatographischer Assay durchgeführt. 1,5 ml Humanserum wurden
drei Mal mit HEPES-Puffer verdünnt
und durch eine Säule
mit 1,2 ml Gelvolumen geleitet. Eine Elution wurde durch Ändern des
pH-Wertes auf 3,5
mit Zitronensäurepuffer
durchgeführt.
Eine elektrophoretische Analyse der gesammelten Elutionsfraktionen
zeigte, dass Immunoglobuline den Hauptteil der adsorbierten Proteine
darstellten, und die Reinheit der Immunoglobuline wurde mit mehr
als 75% beurteilt. Die dynamische Kapazität des modifizierten Gels durch
Frontanalyse betrug 9,2 mg/ml bei c/10 (d. h. 10% Durchbruch) und 14,4
mg/ml bei c/2 (d. h. 50% Durchbruch) für Human-Immunoglobuline bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 120 cm/h.
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Beispiel 2: Immobilisierung
von 2-Aminoimidazol auf einem Epoxyaktivierten HyperDTM-Träger
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Ein Adsorptionsmittel, das ähnlich zu
dem in Beispiel 1 synthetisierten war, wurde hergestellt, wobei
der einzige Unterschied darin bestand, dass 2-Mercaptoimidazol durch 2-Aminoimidazol
ersetzt wurde. Eine Bewertung der dynamischen Kapazität des Adsorptionsmittels
wurde unter Einsatz einer Frontanalyse durchgeführt und zeigte, dass das 2-Aminoimidazol-Adsorptionsmittel
eine dynamische Kapazität
von 1,5 mg/ml bei c/10 und 2,5 mg/ml bei c/2 für Human-Immunoglobuline bei
einer Strömungsgeschwindigkeit
von 120 cm/h hatte.
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Aus einem Vergleich der Ergebnisse
von Beispiel 1 und 2 ist zu ersehen, dass, wenn eine Schwefelgruppe
(Mercaptoimidazol) durch eine Stickstoffgruppe (Aminoimidazol) ersetzt
wird, die Sorptionskapazität
und Einfangwirksamkeit dramatisch abnehmen.
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Beispiel 3: Immobilisierung
von 2-Mercaptothiazol auf einem Epoxyaktivierten HyperDTM-Träger
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Ein Adsorptionsmittel, das ähnlich zu
dem in Beispiel 1 synthetisierten war, wurde hergestellt, wobei
der einzige Unterschied darin bestand, dass 2-Mercaptoimidazol durch 2-Mercaptothiazol
ersetzt wurde. Ein chromatographischer Assay wurde unter Verwendung
von 10 mM HEPES und 500 mM Natriumsulfat bei pH-Wert 7,5 durchgeführt. 1,5
ml Human-Serum wurde durch eine Säule mit 4,6 ml Gelvolumen geleitet,
und eine Elution wurde durch Ändern
des pH-Wertes auf 3,5 mit Zitronensäurepuffer durchgeführt.
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Eine elektrophoretische Analyse der
gesammelten Elutionsfraktionen zeigte, dass Immunoglobuline den
Hauptteil der adsorbierten Proteine darstellten, und die Reinheit
der Immunoglobuline wurde mit mehr als 85% beurteilt. Die Kapazität des modifizierten
Gels durch Frontanalyse wurde mit 6,2 mg/ml bei c/10 und 7,9 mg/ml
bei c/2 bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 120 cm/h bestimmt.
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Beispiel 4: Immobilisierung
von 2-Mercaptothiazolin auf einem Epoxyaktivierten HyperDTM-Träger
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Ein Adsorptionsmittel, das ähnlich zu
dem in Beispiel 1 synthetisierten war, wurde hergestellt, wobei
der einzige Unterschied darin bestand, dass 2-Mercaptoimidazol durch 2-Mercaptothiazolin
ersetzt wurde. Ein chromatographischer Assay wurde unter Einsatz
von 10 mM HEPES und 500 mM Natriumsulfat bei pH-Wert 7,5 durchgeführt. 1,5
ml Human-Serum wurde durch eine Säule mit 4,6 ml Gelvolumen geleitet,
und eine Elution wurde durch Ändern
des pH-Wertes auf 3,5 mit Zitronensäurepuffer durchgeführt.
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Eine elektrophoretische Analyse der
gesammelten Elutionsfraktionen zeigte, dass Immunoglobuline den
Hauptteil der adsorbierten Proteine darstellten, und die Reinheit
der Immunoglobuline wurde mit mehr als 85% beurteilt. Die Kapazität des modifizierten
Gels wurde durch Frontanalyse mit 6,2 mg/ml bei c/10 und 7,7 mg/ml
bei c/2 bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 120 cm/h bestimmt.
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Beispiel 5: Immobilisierung
von 3-Mercapto-1,2,4-triazol auf einem Epoxyaktivierten HyperDTM-Träger
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Ein Adsorptionsmittel, das ähnlich zu
dem in Beispiel 1 synthetisierten war, wurde hergestellt, wobei
der einzige Unterschied darin bestand, dass 2-Mercaptoimidazol durch 3-Mercapto-1,2,4-triazol ersetzt
wurde. Unter Verwendung der gleichen Sorte von Assay, der in Beispiel
1 oben beschrieben ist, wurde die Kapazität des modifizierten Gels für reine Human-Antikörper durch
eine Frontanalyse mit 1,5 mg/ml bei c/10 und 8,1 mg/ml bei c/2 bei
einer Strömungsgeschwindigkeit
von 146 cm/h und einem Adsorptionspuffer, der 10 mM HEPES bei pH-Wert
7 enthielt, bestimmt.
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Beispiel 6: Immobilisierung
von 2-Mercapto-1,3,4-thiadiazol auf einem Epoxy-aktivierten HyperDTM-Träger
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Ein Adsorptionsmittel, das ähnlich zu
dem in Beispiel 1 synthetisierten war, wurde hergestellt, wobei
der einzige Unterschied darin bestand, dass 2-Mercaptoimidazol durch 2-Mercapto-1,3,4-thiadiazol
ersetzt wurde. Unter Verwendung der gleichen Sorte von Assay, der
oben in Beispiel 1 beschrieben ist, wurde die Kapazität des modifizierten
Gels für
reine Human-Antikörper
durch Frontanalyse mit 9,1 mg/ml bei c/10 und 11,2 mg/ml bei c/2
bei einer Strömungs geschwindigkeit
von 140 cm/h in einem Adsorptionspuffer, der 10 mM HEPES und 750
mM Natriumsulfat bei pH-Wert 7 enthielt, bestimmt.
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Beispiel 7: Immobilisierung
von 2-Mercapto-5-thiazolidon auf einem Epoxyaktivierten HyperDTM-Träger
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Ein Adsorptionsmittel, das ähnlich zu
dem in Beispiel 1 synthetisierten war, wurde hergestellt, wobei
der einzige Unterschied darin bestand, dass 2-Mercaptoimidazol durch 2-Mercapto-5-thiazolidon ersetzt
wurde. Unter Verwendung der gleichen Sorte von Assay, der oben in
Beispiel 1 beschrieben ist, wurde die Kapazität des modifizierten Gels für reine Human-Antikörper durch
Frontanalyse mit 9 mg/ml bei c/10 und 12,2 mg/ml bei c/2 bei einer
Strömungsgeschwindigkeit
von 134 cm/h in einem Adsorptionspuffer, der 10 mM HEPES und 750
mM Natriumsulfat bei pH-Wert 7 enthielt, bestimmt.
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Beispiel 8: Immobilisierung
von 2-Mercaptothiazolin auf einem Vinylaktivierten HyperDTM-Träger
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15 Gramm Amino-HyperDTM (hergestellt durch
Aminierung durch Umsetzung des Epoxy-aktivierten HyperDTM von
Beispiel 1 mit Ethylendiamin) wurden in 80 ml eines Gemisches, das
35% 100 mM Carbonatpuffer, pH-Wert 9,5, und 65% Ethanol enthielt,
suspendiert. Zu dieser Aufschlämmung
wurden 7 ml Divinylsulfon zugegeben, und die Aufschlämmung wurde
20 Stunden bei 45°C
geschüttelt.
Die Aufschlämmung
wurde filtriert, mit Ethanol gewaschen und getrocknet. Die Kügelchen
wurden nochmals suspendiert in 75 ml eines Gemisches aus 35% 50
ml Carbonatpuffer, pH-Wert 8,6, und 65% Ethanol, der 5 mM 2-Mercaptothiazolin
enthielt, und anschließend
24 Stunden bei 45°C
geschüttelt.
Die Aufschlämmung
wurde dann über
ein Sinterglasfilter filtriert, mit Ethanol gewaschen und getrocknet.
Der modifizierte HyperDTM-Träger wurde
dann nochmals suspendiert in 100 ml einer 1 M Ethanolamin enthaltenden
Lösung,
pH-Wert 10,5, 2,5
Stunden bei 45°C geschüttelt, filtriert
und mit Wasser gewaschen.
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Unter Verwendung von 10 mM HEPES
und 500 mM Natriumsulfat bei pH-Wert 7,5 wurde ein chromatographischer
Assay durchgeführt.
1,5 ml Human-Serum wurden durch eine Säule mit 4,6 ml Gelvolumen geleitet,
und eine Elution wurde durch Ändern
des pH-Wertes auf 2,5 mit Zitronensäurepuffer durchgeführt. Eine
elektrophoretische Analyse der gesammelten Elutionsfraktionen zeigte,
dass Immunoglobuline den Hauptteil der adsorbierten Proteine darstellten,
und die Reinheit der Immunoglobuline wurde mit mehr als 85% beurteilt.
Die Kapazität
des modifizierten Gels wurde durch Frontanalyse mit 11,8 mg/ml bei
c/10 und 14,4 mg/ml bei c/2 bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 120
cm/h bestimmt.
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Beispiel 9: Immobilisierung
von 2-Mercaptothiazol auf einem Bromaktivierten HyperDTM-Träger
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5 Gramm Brom-aktiviertes HyperDTM wurden in 25 ml eines Gemisches aus 35%
50 mM Carbonatpuffer, pH-Wert 8,6, und 65% Ethanol, der 600 mg 2-Mercaptothiazol enthielt,
suspendiert. Die Aufschlämmung
wurde 20 Stunden kopfüber
bei Raumtemperatur gedreht und dann über ein Sinterglasfilter filtriert,
gewaschen und ausgetrocknet. Die Aufschlämmung wurde anschließend nochmals
suspendiert in einer wässrigen
Lösung
aus 1 M Ethanolamin bei pH-Wert 10,5 und 2 Stunden bei Raumtemperatur kopfüber gedreht.
Die Aufschlämmung
wurde dann filtriert, mit Wasser bis zur Neutralität gewaschen
und dann nochmals in 2 M Natriumacetat suspendiert. 1 ml Essigsäureanhydrid
wurde dann über
den Verlauf einer Stunde zugegeben. Anschließend wurde die Aufschlämmung eine
zusätzliche
Stunde gedreht und dann über
ein Sinterglasfilter filtriert, zur Neutralität gewaschen und ausgetrocknet.
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Das modifizierte Gel wurde dann mit
reinem Human-IgG bewertet. Eine Frontanalyse des modifizierten Gels
zeigte eine dynamische Kapazität
von 2,2 mg/ml bei c/10 und 7,8 mg/ml bei c/2 bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 160 cm/h unter Einsatz von 10 mM HEPES und 500 mM Na2SO4 bei pH-Wert
7.0.
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Beispiel 10: Immobilisierung
von 2-Mercaptothiazol auf einem Epoxy-Sepharose CL-6B-Träger
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2,5 ml Epoxy-Sepharose CL-6B-Träger (Epoxy-aktivierte
Agarose-Kügelchen
mit einem Epoxy-Gehalt von 10 bis 12 μM/ml Gel; kommerziell erhältlich von
Pharmacia Biotech, Piscataway, NJ) wurden in 15 ml eines Gemisches
aus 35% 50 mM Carbonatpuffer, pH-Wert 8,6, und 65% Ethanol, der
600 mg 2-Mercaptothiazol
enthielt, suspendiert. Die Aufschlämmung wurde 20 Stunden kopfüber gedreht und
dann über
ein Glasfilter filtriert, gewaschen und ausgetrocknet. Die Agarose-Kügelchen
wurden dann nochmals suspendiert in einer wässrigen Lösung aus 1 M Ethanolamin bei
einem pH-Wert von 10,5 und kopfüber
2 Stunden bei Raumtemperatur gedreht. Die Aufschlämmung wurde
anschließend
filtriert und mit Wasser bis zur Neutralität gewaschen und dann nochmals
suspendiert in 2 M Natriumacetat. 1 ml Essigsäureanhydrid wurde dann über den
Verlauf einer Stunde zugegeben. Die Aufschlämmung wurde anschließend eine
zusätzliche
Stunde gedreht, über
ein Sinterglasfilter filtriert, zur Neutralität gewaschen und ausgetrocknet.
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Das modifizierte Gel wurde mit reinem
Human-IgG bewertet. Eine Frontanalyse des modifizierten Gels zeigte
eine dynamische Kapazität
von 5,4 mg/ml bei c/10 und 24,2 mg/ml bei c/2 bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 75 cm/h unter Einsatz von 10 mM HEPES und 500 mM Na2SO4 bei pH-Wert 7,0.
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Beispiel 11: Immobilisierung
von 2-Mercapto-1,3,4-thiadiazol auf Eupergit®-Träger
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20 g Eupergit®-Träger (ein
Copolymer aus Methacrylamid, N,N-Methylenbis(methacrylamid) und
einer Komponente, die eine aktive Oxirangruppe enthält; kommerziell
erhältlich
von Rohm Pharma, Darmstadt, Deutschland) werden in 50 ml von 50% 50
mM Carbonatpuffer, pH-Wert 8,6, und 50% Ethanol suspendiert. Zu
dieser Suspension werden 50 ml Ethanol, der 5 mM 2- Mercapto-1,3,4-thiadiazol
enthält,
zugegeben, und die Aufschlämmung
wird 16 Stunden geschüttelt.
Die Aufschlämmung
wird dann filtriert, mit 50 mM Carbonatpuffer bei pH-Wert 8,6/Ethanol
(1 : 1) gewaschen und unter Vakuum ausgetrocknet. Der modifizierte
Träger
wird sodann mit Ethanolamin, wie in Beispiel 1 beschrieben, gesättigt und
auf seine Fähigkeit
zur Abtrennung von Antikörpern
aus Human-Plasma getestet. Seine Sorptionskapazität wird ebenfalls
durch Frontanalyse unter Verwendung von reinem Human-IgG überprüft, und
es wird erwartet, dass es innerhalb ±10% des für das Adsorptionsmittel in
Beispiel 6 offenbarten Wertes liegt.
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Beispiel 12: Immobilisierung
von 2-Mercapto-1,3,4-thiadiazol auf Epoxy-Fractogel-Träger
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20 g Epoxy-Fractogel-Träger (Epoxy-aktivierter
Polymethacrylat-Träger;
kommerziell erhältlich
von E. Merck, Wakefield, RI) werden in 20 ml von 50% 50 mM Carbonatpuffer,
pH-Wert 8,6, und 50% Ethanol suspendiert. Zu dieser Suspension werden 50
ml Ethanol, der 5 mM 2-Mercapto-1,3,4-thiadiazol enthält, zugegeben,
und die Aufschlämmung
wird 16 Stunden geschüttelt.
Die Aufschlämmung
wird dann filtriert, mit 50 mM Carbonatpuffer bei pH-Wert 8,6/Ethanol
(1 : 1) gewaschen und unter Vakuum ausgetrocknet. Der modifizierte
Träger
wird sodann mit Ethanolamin, wie in Beispiel 1 beschrieben, gesättigt und
auf seine Fähigkeit
zur Abtrennung von Antikörpern
aus Human-Plasma getestet. Seine Sorptionskapazität wird ebenfalls
durch Frontanalyse unter Verwendung von reinem Human-IgG überprüft, und
es wird erwartet, dass es innerhalb + 10% des für das Adsorptionsmittel in
Beispiel 6 offenbarten Wertes liegt.
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Beispiel 13: Immobilisierung
von 3-Mercapto-1,2,4-triazol auf Spherodex®-Träger
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20 g kommerziell erhältlicher
Spherodex®-Träger (Dextran-Siliziumdioxid-Verbund-Träger, erhältlich von
BioSepra, Inc., Marlborough, MA) werden in 70 ml entionisiertem
Wasser suspendiert. Unter Rühren
werden 10 ml Ethylenglycoldiglycidylether und 30 ml 1 M Natriumhydroxid,
enthaltend 200 mg Natriumboronat, zugegeben. Das Gemisch wird 16 Stunden
bei Raumtemperatur geschüttelt
und dann schnell mit entionisiertem Wasser bis zur Neutralität gewaschen.
Das Epoxy-aktivierte Spherodex® wird dann mit 3-Mercapto-1,2,4-triazol,
wie in Beispiel 1 beschrieben (ohne den letzten Acetylierungsschritt), umgesetzt
und auf seine Fähigkeit
zur Abtrennung von Antikörpern
aus Human-Plasma getestet. Seine Sorptionskapazität wird ebenfalls
durch Frontanalyse unter Verwendung von reinem Human-IgG überprüft, und
es wird erwartet, dass es innerhalb + 10% des für das Adsorptionsmittel in
Beispiel 5 offenbarten Wertes liegt.
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Beispiel 14: Reinigung
von Immunoglobulinen aus Rinder-Kolostrum auf 2-Mercaptoimidazol
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Rinder-Kolostrum wurde 1 : 1 mit
Adsorptionspuffer (10 mM HEPES, pH-Wert 7,3) verdünnt und
filtriert. Auf einer 5,9 ml Säule
wurde bei einer Strömungsgeschwindigkeit
von 120 cm/h eine Adsorption durchgeführt. Eine Elution wurde mit
200 mM Natriumdihydrogenphosphat, pH-Wert 4,25 durchgeführt. Eine
elektrophoretische Analyse zeigte, dass die eluierten Immunoglobuline
mehr als 80 % Reinheit aufwiesen.