JP2015535422A - 組換えヒトガラクトセレブロシドβ−ガラクトシダーゼ(rhGALC)の精製 - Google Patents

組換えヒトガラクトセレブロシドβ−ガラクトシダーゼ(rhGALC)の精製 Download PDF

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Abstract

本発明は、細胞培養物から組換えヒトガラクトセレブロシドβ−ガラクトシダーゼ(rhGALC)を精製するプロセスであって、前記細胞培養物のrhGALC含有画分を3種の異なる樹脂を用いたクロマトグラフィーに供することを特徴とするプロセスに関する。

Description

本発明は、組換えヒトガラクトセレブロシドβ−ガラクトシダーゼの精製方法および該方法により得られる精製物に関する。
ガラクトセレブロシドβ−ガラクトシダーゼ(GALC)は、ガラクトセレブロシドを加水分解してガラクトースを遊離させる反応を触媒する酵素である。この酵素が欠損すると、組織中にガラクトセレブロシドが蓄積する。これまでに報告されているGALCの精製方法は、肝臓(Ben−Yoseph,Archives of Biochemistry and Biophysics,1979)、リンパ球(Sakaiら,J.Biochem.,1994)、尿(Chenら,Biochimica et Biophysica acta,1993)などの天然検体からヒトGALCを部分精製するものであった。GALCは極めて疎水性が高く、含量もわずかであるため、これらの方法はいずれも複雑である。また、回収率も非常に低く、得られる精製物は全長型GALC(80kDa)とその分解物(主に50kDaおよび30kDa)との混合物である。さらに、GALCの精製に関するこれらの過去の報告は、GALCの性状分析を目的とするものであり、ヒトでの酵素補充療法(ERT)のための大量生産を目的とするものではなかった。
したがって、rhGALCの改善された精製方法によって高純度かつ均質(80kDa rhGALC)なrhGALCがヒトでの使用に適した生理溶液中に得られれば有利である。
動物/ヒト研究用としての品質要件および純度要件を満たした状態の最終精製物が得られる、組換えヒトガラクトセレブロシドβ−ガラクトシダーゼ(rhGALC)の精製プロセスを開発した。このプロセスは3つの主要なクロマトグラフィー工程を含み、必要に応じて限外濾過/透析濾過(UFDF)による1つの製剤化工程をさらに含んでもよい。本研究では、容量20Lの流加バッチ式バイオリアクターから得られた新鮮で清澄化された収穫物を、動物/ヒト研究用のrhGALCの生産に最適化されたプロセスで精製した。
本発明の精製方法は、作用方式がそれぞれ異なる捕捉工程、中間工程および仕上げ工程の3段階のクロマトグラフィー工程からなる構成に基づいている。いずれの工程も結合方式で実施し、溶出の前に洗浄工程を含むことが好ましい。一実施形態において、捕捉工程はCapto(登録商標) Blueを、中間工程はCapto(登録商標) Adhereを、仕上げ工程はToyopearl Etherを用いる。本発明の方法のいくつかの実施形態には、2つの専用工程、すなわちウイルス不活性化工程およびウイルス除去工程が含まれる。精製物プールは、滅菌濾過して最終精製物とする前に、UFDFで製剤化してもよい。
本発明の最終的な目標は、リソソーム蓄積症の一つであるグロボイド細胞白質ジストロフィー(クラッベ病)の治療を目的とした酵素補充療法に用いるrhGALCを生産することである。クラッベ病は、酵素であるGALCの遺伝子欠損が原因である。GALCの欠損により、スフィンゴ脂質の代謝産物であるガラクトシルスフィンゴシン(プシコシン)の蓄積が進み、脱髄をきたして早期死亡に至る。
したがって、本発明の目的はrhGALCの精製方法を提供することであり、特に、動物やヒトでの使用性に関する上記の問題を解決する、rhGALCの精製方法を提供することである。
したがって、本発明の一態様は、細胞培養物から組換えヒトガラクトセレブロシドβ−ガラクトシダーゼ(rhGALC)を精製するプロセスであって、前記細胞培養物のrhGALC含有画分を複数種の樹脂を用いたクロマトグラフィーに供することを特徴とし、
a)第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂を用いて前記rhGALCの精製を行い、その後必要に応じて、ウイルスの不活性化および/またはイオン分離による精製を行う捕捉工程;
b)第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂を用いて前記rhGALCの精製を行い、その後必要に応じて、ウイルスの不活性化および/またはイオン分離による精製を行う中間工程;ならびに
c)マルチモーダルクロマトグラフィー樹脂、陰イオン交換樹脂および疎水性相互作用クロマトグラフィー(HIC)樹脂からなる群から選択されるクロマトグラフィー樹脂を用いて前記rhGALCの精製を行う仕上げ工程
を含むプロセスに関する。
また本発明は、特定の実施形態において、細胞培養物から組換えヒトガラクトセレブロシドβ−ガラクトシダーゼ(rhGALC)を精製するプロセスであって、前記細胞培養物のrhGALC含有画分を複数種の樹脂を用いたクロマトグラフィーに供することを特徴とし、
a)前記細胞培養物のrhGALC含有画分を得ること;
b)静電性リガンドを含む第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂に前記細胞培養物のrhGALC含有画分をロードすること;
c)プロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールを少なくとも30%(v/v)含む第1の溶出バッファーで第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂からrhGALCを溶出して、第1の溶出物を得ること;
d)陰イオン性の疎水性リガンドを含む第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂に第1の溶出物をロードすること;
e)プロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールを少なくとも30%(v/v)含むpH5.5未満の第2の溶出バッファーで第2のクロマトグラフィー樹脂からrhGALCを溶出して、第2の溶出物を得ること;
f)疎水性リガンドを有する第3のクロマトグラフィー樹脂に第2の溶出物をロードすること;ならびに
g)水性バッファーで第3のクロマトグラフィー樹脂からrhGALCを溶出して、第3の溶出物を得ること
を含むプロセスを提供する。
本発明の別の態様はrhGALCを含む組成物に関する。本発明の組成物は、本発明の精製プロセスで得られるものであってよい。
本発明のさらなる別の態様は、治療薬として使用するための本発明の組成物を提供することである。
本発明のさらなる別の態様は、グロボイド細胞白質ジストロフィー(クラッベ病)の治療に使用するための本発明の組成物を提供することである。
本発明は、さらに別の態様において、グロボイド細胞白質ジストロフィー(クラッベ病)を治療する方法および/またはグロボイド細胞白質ジストロフィー(クラッベ病)に伴う症状を軽減もしくは緩和する方法に関し、該方法は、本発明の精製rhGALCを含む組成物を、それを必要とする対象に投与する工程を含む。
rhGALCの精製プロセスの概要を示した図である。容量20Lのバイオリアクターからの収穫物をパイロットスケールのクロマトグラフィーに3回に分けて供し、精製した。得られたEther精製物をまとめてプールし、残りの精製プロセスを1サイクルずつ行って最終精製物TG1106を得た。 3つのクロマトグラフィー工程、UFDF工程および濾過工程における工程毎の各サイクルの収率(%活性)を示した図である。清澄化収穫物から最終精製物に至るまでの総収率を右端に示した。活性の測定に際しては、希釈液を少なくとも2つずつ調製して実験を行い、これを2回繰り返して得られた結果を計算に用いた。ただし、Ether工程の精製物については、測定は1回のみ行った。 清澄化収穫物から最終精製物までの総残存活性をまとめて示したものである。活性は図2と同様の方法で測定した。 最終精製物TG1106および社内標準物質であるStG02とStG03のウェスタンブロット解析の結果を示した図である。GALCの検出にはStG02に対して作製されたウサギポリクローナル抗体を用いた。 Ether精製物、UFDF精製物、最終精製物TG1106および社内標準物質StG03をそれぞれ過剰量ロードした場合のウェスタンブロット解析の結果を示したものである。GALCの検出にはStG02に対して作製されたウサギポリクローナル抗体を用いた。 TG1106および社内標準物質StG03のpH3〜10のpH勾配を持つゲルにおける等電点電気泳動の結果である。 最終精製物TG1106およびダウンストリームプロセス中に採取したサンプルについてSDS−PAGEを行い、Colloidal Blueで染色した結果である。 種々の濃度の最終精製物TG1106およびStG03についてSDS−PAGEを行い、Colloidal Blueで染色した結果である。 種々の濃度の最終精製物TG1106およびStG03についてSDS−PAGEを行い、Colloidal Blueで染色した結果である。 G250で電荷シフトさせたサンプルについて4〜16% Bis−Trisゲルを用いて中性のpHで非変性PAGEを行い、Colloidal Blueで染色した結果である。最終精製物TG1106および社内標準物質StG03の分析結果を示す。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
<プロセス>
本発明の一態様により、細胞培養物から組換えヒトガラクトセレブロシドβ−ガラクトシダーゼ(rhGALC)を精製するプロセスであって、前記細胞培養物のrhGALC含有画分を複数種の樹脂を用いたクロマトグラフィーに供することを特徴とし、
d)第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂を用いて前記rhGALCの精製を行い、その後必要に応じて、ウイルスの不活性化および/またはイオン分離による精製を行う捕捉工程;
e)第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂を用いて前記rhGALCの精製を行い、その後必要に応じて、ウイルスの不活性化および/またはイオン分離による精製を行う中間工程;ならびに
f)マルチモーダルクロマトグラフィー樹脂、陰イオン交換樹脂および疎水性相互作用クロマトグラフィー(HIC)樹脂からなる群から選択されるクロマトグラフィー樹脂を用いて前記rhGALCの精製を行う仕上げ工程
を含むプロセスが提供される。
本発明のいくつかの実施形態において、前記中間工程は、第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂を用いて前記rhGALCの精製を行うことに加え、次いで
i)第1、第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂とは異なるマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂、および
ii)疎水性相互作用クロマトグラフィー(HIC)樹脂
からなる群より選択されるクロマトグラフィー樹脂を用いて前記rhGALCの精製を行うことを含む。
本発明のさらなる実施形態において、第1と第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂は異なる樹脂である。
第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂は特に静電性リガンドを含んでいてもよい。
本発明の他の実施形態において、第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂は陰イオン性の疎水性リガンドを含む。
さらなる実施形態において、前記仕上げ工程のクロマトグラフィー樹脂は疎水性リガンドを有する樹脂である。
第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂は、特に、後掲の化学式(VI)の化合物をリガンドとして含んでいてもよい。
第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂は、特に、後掲の化学式(VIII)の化合物をリガンドとして含んでいてもよい。
さらなる実施形態において、第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂は、後掲の化学式(VI)の化合物をリガンドとして含み、第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂は、後掲の化学式(VIII)の化合物をリガンドとして含む。これらの実施形態において、前記rhGALCは、次いで別のクロマトグラフィー樹脂(エーテル樹脂)を用いて精製されることが好ましい。適切なエーテル樹脂の例については後述する。
本発明のいくつかの実施形態において、前記rhGALCは、プロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールを少なくとも30%(v/v)含む第1の溶出バッファーによって第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂から溶出される。
本発明の他の実施形態において、前記rhGALCは、プロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールを少なくとも30%(v/v)含むpH5.5未満の第2の溶出バッファーによって第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂から溶出される。
本発明における組換えヒトガラクトセレブロシドβ−ガラクトシダーゼ(rhGALC)の精製プロセスは、特に、
a)前記細胞培養物のrhGALC含有画分を得ること;
b)静電性リガンドを含む第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂に前記細胞培養物のrhGALC含有画分をロードすること;
c)プロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールを少なくとも30%(v/v)含む第1の溶出バッファーで第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂からrhGALCを溶出して、第1の溶出物を得ること;
d)陰イオン性の疎水性リガンドを含む第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂に第1の溶出物をロードすること;
e)プロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールを少なくとも30%(v/v)含むpH5.5未満の第2の溶出バッファーで第2のクロマトグラフィー樹脂からrhGALCを溶出して、第2の溶出物を得ること;
f)疎水性リガンドを有する第3のクロマトグラフィー樹脂に第2の溶出物をロードすること;ならびに
g)水性バッファーで第3のクロマトグラフィー樹脂からrhGALCを溶出して、第3の溶出物を得ること
を含んでもよい。
ヒトガラクトセレブロシドβ−ガラクトシダーゼ(rhGALC)には複数の別名がある。よく用いられる名称は、ガラクトセレブロシダーゼ、ガラクトシルセラミダーゼ、ガルセラーゼおよびガラクトシルセラミドβ−ガラクトシダーゼ(EC3.2.1.46)である。タンパク質としての登録番号はNP_000144.2およびP45803である。本発明におけるrhGALCがタグを含んでいてもよいことは理解されるだろう。
本発明におけるいくつかの態様および実施形態において、「ヒトガラクトセレブロシドβ−ガラクトシダーゼ(rhGALC)」には、全長のアミノ酸配列の部分配列または類似配列からなり、全長のrhGALCと同等の機能を有するものも含まれる。
rhGALCには、rhGALCまたはrhGALCと同等の機能を有するrhGALCの一部もしくは類似体の精製方法を構築する上で知っておくべき重要な特性がある。
−分子量約80kDa;
−5箇所(または6箇所)の糖鎖付加部位を有する;
−異性体が存在する;
−pI 5.9(理論値)、6.3(実測値);
−pH感受性である;pH6.0〜6.6が好ましい。
−極めて疎水性が高い;
−活性の維持に界面活性剤が必要である;
−二量体、三重体および四量体を形成する;
本明細書に記載される本発明のいくつかの態様および実施形態において、rhGALCまたはrhGALCと同等の機能を有するrhGALCの一部もしくは類似体は、
i)配列番号2に記載のアミノ酸配列;
ii)i)と同等の機能を有する、i)で定義したアミノ酸配列の部分配列;および
iii)i)またはii)と同等の機能を有する、i)またはii)で定義したアミノ酸配列の類似配列であって、i)またはii)で定義したアミノ酸配列と少なくとも75%の同一性を有するアミノ酸配列
からなる群より選択されるアミノ酸配列を含む。
本発明において、「同等の機能を有する」とは、前述したrhGALCの一部または類似体がガラクトセレブロシド、ガラクトシルスフィンゴシン、ラクトシルセラミド、モノガラクトシルジグリセリドおよび発色基質である2−ヘキサデカノイルアミノ−4−ニトロフェニル−β−D−ガラクトピラノシド(HNG)のガラクトースエステル結合を加水分解する能力を有することを意味する。特定の実施形態において、前述したrhGALCの一部または類似体は、上記化合物のガラクトースエステル結合を加水分解する能力に関して、(配列番号2に記載のアミノ酸配列を有する)天然のrhGALCの少なくとも50%、例えば少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも90%、または少なくとも95%の能力を保持する。
前記rhGALCの一部または類似体の触媒作用は、pH4.5における2−ヘキサデカノイルアミノ−4−ニトロフェニル−β−D−ガラクトピラノシド(HNG)から2−ヘキサデカノイルアミノ−4−ニトロフェノール(HN)への加水分解を測定することにより決定してもよい。HNはpH10.5では黄色を呈するため、分光光度法により410nmの吸光度を測定することにより定量してもよい。このような測定の実例を本願の実施例12に記載する。
特定の実施形態において、iii)に記載の類似体は、i)またはii)で定義した配列と少なくとも80%、例えば、i)またはii)で定義した配列と少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも98%、少なくとも99%、または少なくとも99.5%の同一性を有する。
さらに、rhGALCまたはrhGALCと同等の機能を有するrhGALCの一部もしくは類似体は、特に、
i)配列番号1に記載の核酸配列;および
ii)i)で定義した核酸配列と少なくとも75%の同一性を有する核酸配列
からなる群より選択される配列を含む核酸配列の組換え発現により得てもよい。
ii)に記載の核酸配列は、i)で定義した配列と少なくとも80%、例えば、i)で定義した配列と少なくとも85%、少なくとも90%、少なくとも95%、少なくとも98%、少なくとも99%、または少なくとも99.5%の同一性を有することがさらに好ましい。
「配列同一性」は、2つのアミノ酸配列または2つの核酸配列の相同性の程度を定量的に示したものであり、2つの配列の長さは同じでも異なっていてもよい。比較する2つの配列の長さが異なる場合、それらが最も適合するようにギャップを挿入したり、ポリペプチド配列またはヌクレオチド配列の末端を切断したりして、2つの配列を揃える必要がある。配列同一性は下記式:
により算出できる。式中、Ndifは、2つの配列を揃えた時の異なる残基の総数を示し、Nrefは2つの配列の一方の総残基数を示す。したがって、DNAの配列AGTCAGTCは、配列AATCAATCと75%の配列同一性を有することになる(Ndif=2かつNref=8)。ギャップは特定の残基と同一でない残基として計上する。すなわち、DNAの配列AGTGTCは、DNAの配列AGTCAGTCと75%の配列同一性を有することになる(Ndif=2かつNref=8)。
<プレ樹脂工程>
精製されていないrhGALCを供給する細胞培養物は種々の材料に由来するものであってよい。一実施形態において、細胞培養物はrhGALCを発現させるためのバイオリアクターから供給される。
第1のクロマトグラフィー樹脂に導入する前に細胞培養物の画分に変更を加えることは有利かもしれない。したがって、一実施形態において、前記画分が第1のクロマトグラフィー樹脂にロードされる前に、そのpHは7未満、例えば3〜7、例えば4〜7、例えば5〜7、例えば6〜7、例えば3〜6、例えば3〜5、または例えば3〜4に調整される。また、ローディング前に細胞を除去するために、細胞培養物を濾過(例えばデプスフィルター、デッドエンドフィルターまたはタンジェンシャルフローフィルターを使用する濾過)または遠心分離することも有利かもしれない。したがって、本発明の別の実施形態において、前記細胞培養物の画分は濾過済み画分である。さらに別の実施形態において、細胞培養物のrhGALCを含む画分は清澄化された未希釈の収穫物である。
<第1の樹脂工程/捕捉工程>
第1の樹脂は酵素を安定化し、培地の色を除去する。第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂としては、種々のタイプのマルチモーダル樹脂が好適でありうる。したがって、一実施形態において、第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂は少なくとも疎水性相互作用および静電相互作用による結合を形成する。別の実施形態において、第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂は少なくとも芳香環相互作用および静電相互作用による結合を形成する。
第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂は、下記の化学式(I)、(II)、(III)、(V)、(VI)または(VII)の化合物をリガンドとして含みうる。
さらに別の実施形態において、第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂は、下記の化学式(I)、(II)または(III)の化合物をリガンドとして含む。
第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂は、特に化学式(V)、(VI)または(VII)の化合物をリガンドとして含みうる。
(式中、式(II)および式(III)の物質におけるRは式(IV)の官能基である。)
さらなる一実施形態において、第1のクロマトグラフィー樹脂は、式IV、式V、式VIまたは式VIIのリガンドを含む。第1の樹脂として、より具体的な樹脂を使用してもよい。したがって、さらに別の実施形態において、第1の樹脂は、「Capto(登録商標)MMC」、「Capto(登録商標) Blue(Capto(登録商標) Blue(high sub)およびCapto(登録商標) Blue(low))」、「Capto(登録商標) Adhere」および「Blue sepharose(登録商標) fast flow」(以上すべてGE Healthcareより入手可能)からなる群より選択される。
Capto MMCはマルチモーダル陽イオン交換体である。Capto MMCはカルボキシル基を含むため、弱陽イオン交換体とある程度類似した特徴を有する。しかしながら、イオン相互作用だけでなく、その他の複数種の相互作用、例えば水素結合や疎水性相互作用なども関与している。Capto(登録商標) Blueは、芳香環相互作用および静電相互作用による結合を形成するアフィニティバイオプロセス担体である。Capto AdhereのリガンドであるN−ベンジル−N−メチルエタノールアミンは、多様な相互作用機能を示す。最も顕著なものはイオン相互作用、水素結合および疎水性相互作用である。
その他の実施形態において、第1の樹脂は、Pall Corporationから市販されているMEP HyperCel(登録商標)ミックスモードクロマトグラフィー吸着剤からなる群から選択される。MEP HyperCel吸着剤は、疎水性電荷誘導クロマトグラフィー(HCIC)とも称されるミックスモードまたはマルチモードのメカニズムで作用する。HCICは、イオン性のデュアルモードリガンドのpH依存性挙動に基づくものである。
特定の実施形態において、第1の樹脂は式(VI)のリガンドを有する。そのような樹脂の一例として、「Capto(登録商標) Blue(Capto(登録商標) Blue(high sub))」が挙げられる。
当然のことながら、本発明のプロセスが当業者に公知のいくつかの標準的な工程を含みうることは理解されるだろう。したがって、一実施形態において、第1のクロマトグラフィー樹脂は、ローディング前にコンディショニングされる。別の実施形態において、工程b)の後、第1のクロマトグラフィー樹脂は洗浄バッファーで洗浄される。さらなる一実施形態において、第1のクロマトグラフィー樹脂は、プロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールを最大で20%(v/v)、例えば最大で15%、例えば最大で10%、例えば最大で5%、例えば5〜20%、例えば5〜15%、または例えば約10%含む洗浄バッファーで洗浄される。一実施形態において、上記の洗浄バッファーは最大で20%のプロピレングリコールを含む。別の実施形態において、上記の洗浄バッファーは最大で20%のエチレングリコールを含む。rhGALCは極めて疎水性が高い物質であるため、プロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールは好ましい溶離剤である。
第1の溶出バッファーは様々な成分を含みうる。第1の樹脂が「Capto(登録商標) Blue」である一実施形態において、第1の溶出バッファーに含まれるプロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールの総濃度は40〜60%(v/v)、例えば45〜60%、例えば50〜60%、例えば40〜55%、例えば40〜50%、または例えば約50%である。高濃度(v/v)のプロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールは、目的の酵素を良好に溶出する上で重要である。
溶出後、バッファー条件を変更してもよい。したがって、一実施形態において、工程c)の後、第1の溶出物中のプロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールの総濃度(v/v)を、工程d)の前に30%未満、例えば20%未満、例えば15%未満、または例えば10%未満に下げる。プロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールの濃度を下げることによって、rhGALCの酵素としての安定性が維持される。さらなる一実施形態において、工程c)の後、第1の溶出物のpHは5〜6.5、例えば5.5〜6.5、例えば5.7〜6.3、または約6.1に調整される。rhGALCはpH感受性物質であることから、pHは6.0〜6.6であることが好ましい。さらなる一実施形態において、工程c)の後、第1の溶出物中の界面活性剤の量は0.01%〜5%、例えば0.5%〜5%、例えば0.5%〜4%、例えば0.5%〜3%、例えば0.5%〜2%、例えば0.5%〜1.5%に調整される。別の実施形態において、前記界面活性剤は、tween20、tween40、tween60またはtween80などのtween系界面活性剤である。Tweenはポリソルベートの名称でも知られている。前記界面活性剤としては、ヒトでの使用が認められているものが好ましいため、例えばクレモフォール(ポリオキシル35ヒマシ油)やプルロニックF−127であってもよい。
さらなる一実施形態において、第1の溶出物は、界面活性剤中、例えば室温で5時間〜48時間、例えば10時間〜3時間、または例えば16〜24時間保存される。特に界面活性剤の濃度が例えば1%などのように高い場合は、第1の溶出物を長い時間保存することにより、この工程はウイルス不活性化工程として機能する。
第1の溶出物は、第2のクロマトグラフィー樹脂にロードされる前にコンディショニングされてもよい。したがって、一実施形態において、工程d)の前に、第1の溶出物は第2のクロマトグラフィー樹脂用のコンディショニングバッファーと混合される。さらに別の実施形態において、上記混合は、第1の溶出物を第2の樹脂用のコンディショニングバッファーに直接回収することによって行ってもよい。
<第2の樹脂工程/中間工程>
第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂としては、種々のタイプのマルチモーダル樹脂が好適でありうる。したがって、一実施形態において、第2のクロマトグラフィー樹脂は、イオン相互作用、水素結合および疎水性相互作用による結合を形成する。別の実施形態において、第2のクロマトグラフィー樹脂は、N−ベンジル−N−メチルエタノールアミンをリガンドとして含む。さらなる一実施形態において、第2のクロマトグラフィー樹脂は、下記式:
のリガンド、または
下記式:
のリガンドを含む。
より具体的な一実施形態において、第2のクロマトグラフィー樹脂は、Capto(登録商標) Adhere、Bioradから市販されているCHTセラミックハイドロキシアパタイト タイプI(CHT I)、およびPall Corporationから市販されているMEP HyperCel(登録商標)ミックスモードクロマトグラフィー吸着剤からなる群より選択される。Capto(登録商標) Adhereは、マルチモードの機能性を有する強陰イオン交換バイオプロセス担体であり、イオン相互作用、水素結合および疎水性相互作用による結合を形成する。セラミックハイドロキシアパタイトは、複数の結合様式(マルチモード)により生体分子と相互作用する。セラミックハイドロキシアパタイト中で負に帯電するリン酸基がタンパク質のアミノ基と相互作用することにより、陽イオン交換が起こる。また、金属親和性のメカニズムによって、生体分子内のカルボキシルクラスター、ホスホリル基またはその両方と、CHTセラミックハイドロキシアパタイトのカルシウム部位とが相互作用して、より強固に結合した配位化合物が形成される。MEP HyperCel吸着剤は、疎水性電荷誘導クロマトグラフィー(HCIC)とも称されるミックスモードまたはマルチモードのメカニズムで作用する。HCICは、イオン性のデュアルモードリガンドのpH依存性挙動に基づくものである。
特定の実施形態において、第2の樹脂は式(VIII)のリガンドを含む。そのような樹脂の一例として、Capto(登録商標) Adhereが挙げられる。
当然のことながら、本発明のプロセスが当業者に公知のいくつかの標準的な工程を含みうることは理解されるだろう。したがって、一実施形態において、第2のクロマトグラフィー樹脂は、ローディング前にコンディショニングされる。別の実施形態において、工程d)の後、第2のクロマトグラフィー樹脂は洗浄バッファーで洗浄される。さらなる一実施形態において、工程d)の後、第2のクロマトグラフィー樹脂はpH3〜5、例えばpH4〜5、または例えばpH4.5〜5の洗浄バッファーで洗浄される。さらなる一実施形態において、上記の洗浄バッファーはイソプロパノールなどのアルコールをさらに含む。
第2のクロマトグラフィー樹脂には、様々な溶離バッファーを使用することができる。第2のクロマトグラフィー樹脂がCapto(登録商標) Adhereである一実施形態において、第2の溶出バッファーはプロピレングリコールを30〜50%(v/v)、例えば30〜45%、例えば30〜40%、例えば35〜50%、例えば40〜50%、または例えば約40%含む。上述した通り、rhGALCは極めて疎水性が高い物質であるため、プロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールは好ましい溶離剤である。また、rhGALCはpH感受性物質でもある。したがって、一実施形態において、第2の溶出バッファーのpHは6未満、例えば5未満、例えば3〜6、4〜6または4〜5である。さらなる一実施形態において、工程f)の前に、第2の溶出物は第3のクロマトグラフィー樹脂用のコンディショニングバッファーと混合される。
<適用可能な2段階方式中間工程>
本発明のいくつかの実施形態において、中間工程を下記の2段階方式で実施する。
中間工程a)
2段階方式における中間工程a)は、本質的には上記と同様に、すなわち第2の樹脂工程/中間工程に関して明記されたマルチモーダル樹脂およびバッファーを用いて実施される。
中間工程b)
中間工程b)においては、マルチモーダル樹脂、疎水性樹脂およびエーテル基含有リガンドを含むクロマトグラフィー樹脂などの、種々のタイプの樹脂が好適でありうる。
より具体的な一実施形態において、中間工程b)で使用されるクロマトグラフィー樹脂は、Tosoh Bioscienceから市販されている「PPG−600M」および「Toyopearl Phenyl−650M」;「Capto(登録商標) Blue(Capto(登録商標) Blue(high sub)、Capto(登録商標) Blue(low))」、「Capto(登録商標)Butyl」およびButyl−S Sepharose 6(結合溶出方式またはフロースルー方式で作用する);ならびにBioradから市販されているMacro−Prep Methyl HIC(結合溶出方式またはフロースルー方式で作用する)からなる群より選択される。
Toyopearl Phenyl−650Mは、疎水性相互作用クロマトグラフィー(HIC)担体である。Capto(登録商標) Blueは、芳香環相互作用および静電相互作用による結合を形成するアフィニティバイオプロセス担体である。「Capto(登録商標)Butyl」およびButyl−S Sepharose 6は、疎水性相互作用クロマトグラフィー(HIC)担体である。Macro−Prep methyl HIC担体は、疎水性と電荷に基づく相互作用のメカニズムで作用する。メチル基は弱疎水性である。ローディングバッファーおよび溶出バッファーのpHを選択することにより、担体の疎水基で不純物を保持しながら、カルボキシル基のイオン的反発作用を利用して標的分子を分離することができる。
第2のクロマトグラフィー樹脂に様々な溶離バッファーを使用することができることは当業者には理解されるだろう。
<第3の樹脂工程/仕上げ工程>
第3のクロマトグラフィー樹脂としては、種々のタイプの樹脂が好適でありうる。したがって、一実施形態において、第3のクロマトグラフィー樹脂は、エーテル基含有リガンドを含む。別の実施形態において、第3の樹脂は疎水性である。さらに別の実施形態において、第3のクロマトグラフィー樹脂は、リガンドとして、[樹脂]−(OCHCHOH(式中、nは1〜20の整数、例えば1〜10、例えば1〜5、例えば1〜3、または例えば1〜2の整数である)を含む。
より具体的な一実施形態において、第3のクロマトグラフィー樹脂はエーテル樹脂からなる群から選択され、エーテル樹脂としては、Tosoh Bioscienceから市販されている650M、650S、5PW、PPG−600M、Toyopearl GigaCap Q−650などのToyopearl Ether樹脂;Bioradから市販されているCHTセラミックハイドロキシアパタイト タイプI(CHT I);GE Healthcareから市販されているQ Sepharose Fast Flow(Q FF);Pall Corporationから市販されているMEP HyperCel(登録商標)ミックスモードクロマトグラフィー吸着剤;Bioradから市販されているMacro−Prep Methyl HIC(結合溶出方式またはフロースルー方式で作用する);ならびにGE Healthcareから市販されているButyl−S Sepharose 6(結合溶出方式またはフロースルー方式で作用する)およびCapto DEAEなどが挙げられる。
セラミックハイドロキシアパタイトは、複数の結合様式(マルチモード)により生体分子と相互作用する。セラミックハイドロキシアパタイト中で負に帯電するリン酸基がタンパク質のアミノ基と相互作用することにより、陽イオン交換が起こる。また、金属親和性のメカニズムによって、生体分子内のカルボキシルクラスター、ホスホリル基またはその両方と、CHTセラミックハイドロキシアパタイトのカルシウム部位とが相互作用して、さらにより強固に結合した配位化合物が形成される。
Q Sepharose Fast Flowは、イオン交換(IEX)クロマトグラフィー担体(樹脂)である。MEP HyperCel吸着剤は、疎水性電荷誘導クロマトグラフィー(HCIC)とも称されるミックスモードまたはマルチモードのメカニズムで作用する。HCICは、イオン性のデュアルモードリガンドのpH依存性挙動に基づくものである。Toyopearl GigaCap Q−650担体は、高容量かつ高分解能の陰イオン交換樹脂であり、Macro−Prep methyl HIC担体は、疎水性と電荷に基づく相互作用のメカニズムで作用する。Butyl−S Sepharose 6は、疎水性相互作用クロマトグラフィー(HIC)担体である。
特定の実施形態において、第3のクロマトグラフィー樹脂はエーテル樹脂であり、例えば、前述した650M、650S、5PWなどのToyopearl Ether樹脂からなる群から選択されるものであってもよい。この種類の樹脂は、溶出剤としてプロピレン/エチレングリコールを使用する必要がなく、水性の溶出剤を使用できる点で有利である。
当然のことながら、本発明のプロセスが当業者に公知のいくつかの標準的な工程を含みうることは理解されるだろう。したがって、一実施形態において、第3のクロマトグラフィー樹脂は、ローディング前にコンディショニングされる。また、一実施形態において、プレコンディショニングにより、バッファーには1〜2M NHAcおよび1〜2M NHClが含まれる。別の実施形態において、工程f)の後、第3のクロマトグラフィー樹脂は洗浄バッファーで洗浄される。さらに別の実施形態において、工程f)の後、第3のクロマトグラフィー樹脂はpH3〜5、例えば4〜5、例えば4.5〜5、例えば5.5〜7、または例えば約6.5の洗浄バッファーで洗浄される。rhGALCはpH感受性であることから、このような洗浄は有利である。
第3の樹脂には、様々な洗浄バッファーを使用することができる。一実施形態において、工程f)の後、第3のクロマトグラフィー樹脂は、少なくとも1M、例えば少なくとも2M、例えば少なくとも3M、または例えば1〜4MのNHAcを含む第1の洗浄バッファーで洗浄される。さらに別の実施形態において、第1の洗浄バッファーは少なくとも1M、例えば少なくとも2M、例えば少なくとも3M、または例えば1〜3MのNHClと、少なくとも0.1%、例えば0.1〜2%の界面活性剤とを含む。
一実施形態において、第2の洗浄バッファーに含まれる塩と界面活性剤の濃度は、第1の洗浄バッファーより低い。さらに別の実施形態において、第3の洗浄バッファーの塩濃度は第2の洗浄バッファーより低い。さらなる一実施形態において、溶出バッファーはリン酸ナトリウムバッファーである。
精製rhGALCを例えばヒトへの点滴に適した状態で提供するためには、界面活性剤の量は少なくなければならない。したがって、一実施形態において、第3の溶出バッファーの界面活性剤の含有量は1%未満、例えば0.01%未満、例えば0.001%未満、例えば0.001%未満である。さらに別の実施形態において、前記界面活性剤は、tween80またはtween20などのtween系界面活性剤である。別の実施形態において、第3の溶出バッファーのpHは5〜7、例えば6〜7、または例えば6.2〜6.8である。
溶出工程の効率を上げるために、溶出バッファーは塩を含んでいてもよい。したがって、さらなる一実施形態において、第3の溶出バッファーは少なくとも100mMの塩、例えばNaClおよび/またはKClを含む。NaClおよびKClは含まれていなくてもよいが、その場合、精製物の純度は幾分か低くなる可能性がある。
さらに別の実施形態において、最終精製物に少なくとも150mMのマンニトール、例えば少なくとも200mMのマンニトール、例えば少なくとも250mM、または例えば200〜400mMのマンニトールが含まれるように含量の調整を行う。精製物にマンニトールが含まれることによって、凍結乾燥が可能になる。
<ポスト樹脂工程>
ウイルスなどの不要な細胞不純物の量を可能な限り抑えるために、さらなる精製を行ってもよい。したがって、一実施形態において、工程g)の後に、第3の溶出物は、フィルターサイズが0.1μmを超えないフィルターに通される。さらなる一実施形態において、工程g)の後、第3の溶出物は、フィルターサイズが20nmを超えない、例えば15nmを超えないサイズ排除フィルター、例えばPlanova 15Nフィルターに通される。
さらに別の実施形態において、第3の溶出物は、分子量カットオフ値(MWCO)50kDa未満、例えば30kDa未満、例えば15kDa未満、または例えば10kDa未満のメンブレンを用いたタンジェンシャルフロー濾過(TFF)による限外濾過/透析濾過工程に供される。さらなる一実施形態において、前記メンブレンは、Pelliconポリエーテルスルホンメンブレンなどのポリエーテルスルホンメンブレンである。さらに別の実施形態において、前記メンブレンは再生セルロースメンブレンである。
<付加的な工程>
本発明の精製物の製品としての品質をさらに向上させるために、得られた精製物をイオン分離に供してもよい。限定はされないが、イオン分離は、捕捉工程と中間工程との間で、中間工程と仕上げ工程との間で、または仕上げ工程で得られた溶出物に対して行ってもよい。
捕捉工程と中間工程の間、または仕上げ工程後にイオン分離を行う場合、例えばPall Corporationから市販されているMustang(登録商標) Qメンブレンなどの陰イオンフィルターまたは陰イオン樹脂を使用してもよい。Mustang Qメンブレンは強陰イオン交換体であり、プラスミドDNA、負電荷を持つタンパク質、ウイルス粒子と効果的に結合する。
中間工程と仕上げ工程の間、または仕上げ工程後にイオン分離を行う場合、Capto Q、Giga Cap Q、Q FFなどの強陰イオン交換(AIEX)樹脂を使用してイオン分離を行ってもよい。このような実施形態において、上記の樹脂は結合方式で用いられる。また、Capto DEAEおよびDEAE FFなどの弱陰イオン交換樹脂を使用してもよく、特に仕上げ工程で疎水性相互作用クロマトグラフィー(HIC)を用いる場合はこのような弱陰イオン交換樹脂を使用してもよい。
他の実施形態において、イオン分離は、仕上げ工程直後、例えば前述のエーテル樹脂からの溶出直後に行ってもよい。
別の実施形態において、イオン分離は限外濾過/透析濾過(UFDF)工程の後に行ってもよい。
イオン分離において、種々のバッファーを使用することができる。特定の実施形態において、例えばエーテル樹脂を用いた仕上げ工程の直後にMustang Qメンブレンを用いてイオン分離を行う場合、陰イオンフィルターまたは陰イオン樹脂を、3.7mMリン酸ナトリウム、5mMグリシン、10mMマンニトール、0.075M NaCl、0.0005% tween80、pH6.2で平衡化してもよい。また精製物を陰イオンフィルターまたは陰イオン樹脂に通す前に、3.7mMリン酸ナトリウム、5mMグリシン、10mMマンニトール、0.0005% tween80、pH6.2で、または必要に応じてさらに0.15M NaClを加えた液を用いて1:1(v:v)で希釈してもよい。
別の実施形態において、例えばUFDF工程の後にMustang Qメンブレンを用いてイオン分離を行う場合、陰イオンフィルターまたは陰イオン樹脂を、3.7mMリン酸ナトリウム、0.2M NaCl、5mMグリシン、10mMマンニトール、0.0005% tween80、pH6.2で平衡化してもよい。また精製物を陰イオンフィルターまたは陰イオン樹脂に通す前に、1M NaClを用いて、導電率が20mS/cm(およそ精製物1容量:1M NaCl0.2容量)になるまで希釈してもよい。
これらの実施形態における精製物は、滅菌濾過前に、導電率を15mS/cm(0.15M NaCl)に戻すために、製剤化バッファー(NaClを含まない製剤化バッファーなど)で希釈を行ってもよい。
<組成物>
本発明の精製rhGALCは、例えば純度、特異的酵素活性、分解物の有無などの点でその他の精製rhGALCと異なる。したがって、一態様において、本発明はrhGALCを含む組成物に関する。
特にそのrhGALCは、本発明の精製プロセスにより得られるものである。
その他の精製rhGALCには、rhGALCの分解物が含まれている可能性がある。一実施形態において、組成物中の全長型rhGALC(80kDa)と主要分解物(50+30kDa)とのモル比は少なくとも50:2.5、例えば少なくとも50:1、例えば少なくとも100:1、例えば少なくとも200:1、または例えば500:1である。別の実施形態において、組成物中の全長型rhGALC(80kDa)と2つの主要分解物(30kDa+50kDa)との比は少なくとも50:2.5、例えば少なくとも100:1、例えば少なくとも200:1、例えば500:1である。30kDaと50kDaのrhGALC分解物は薄いバンドとして確認され、その割合は<0.5%と推定された(実施例および図5を参照のこと)。
さらなる実施形態において、本発明の組成物は宿主細胞由来タンパク質(HCP)をほとんど含んでいない。宿主細胞由来タンパク質などの不純物の含有量を測定する好適な方法は当業者であれば分かるだろう。特に宿主細胞由来タンパク質の量はELISAで測定してもよい。一般に、宿主細胞由来タンパク質の含有量は500ng/mg以下であれば問題ない。本発明のいくつかの実施形態において、宿主細胞由来タンパク質の含有量は450ng/mg以下、例えば300ng/mg以下、または例えば250ng/mg以下である。さらに別の実施形態において、組成物中の宿主細胞由来タンパク質の量は200ng/mg未満であり、例えばrhGALC1mgに対して100ng未満、例えば40ng未満、または例えば30ng未満である。実施例から分かるように、ELISAにより、不純物の量はrhGALC1mg当たりHCP約30ngと推定された。
本発明のいくつかの実施形態において、宿主細胞由来タンパク質の含有量は20ng/mg以下である。
さらに別の実施形態において、組成物の酵素活性は少なくとも15kU/mL、または例えば少なくとも30kU/mLである。実施例から分かるように、最終精製物の酵素活性は42.5kU/mLと推定された。本発明の組成物は、rhGALCの単量体(80kDa)の含有量が非常に高く、凝集体(rhGALCの二量体および多量体)の含有量が非常に低いという特徴がある。この凝集体の量は、例えば目視検査などで検出下限値未満であることが好ましい。そのような場合、本発明の組成物は外観上透明で濁りがない。
また、凝集体の形成の有無や凝集体の量は、580nmにおける透過率(T580)として測定することができる。この方法においては、上記の透過率が>95%、例えば>96%、>96.5%、>97%、>98%、または>99%であれば、凝集体の量として問題ないレベルであることを意味する。その他によく用いられる方法はSEC(サイズ排除クロマトグラフィー)である。
これら以外にも、タンパク質凝集体の量を測定または評価する好適な方法があることは、当業者であれば分かるだろう。そのような方法としては、例えば、動的光散乱法や準可視的粒子(subvisual particle(SVP))測定法(SVPサイズ粒子数測定法)などが挙げられる。
好ましい一実施形態において、本発明の組成物に含まれるrhGALCの凝集体は、1.5%未満(w/w)、例えば1%(w/w)未満(例えば0.5%(w/w)未満、0.25%(w/w)未満、0.2%(w/w)未満、0.1%(w/w)未満、0.05%(w/w)未満、または0.01%(w/w)未満)である。rhGALCの単量体(80kDa)の含有量は、少なくとも95%(w/w)、例えば少なくとも96%(w/w)、または少なくとも97%(w/w)、例えば少なくとも98%(w/w)、好ましくは少なくとも98.5%(w/w)、少なくとも99.5%(w/w)、または99%(w/w)である。
本発明の組成物は治療薬として用いてもよい。したがって、本発明の一態様は、治療薬として使用するための本発明の組成物に関する。さらに別の態様において、本発明は、グロボイド細胞白質ジストロフィー(クラッベ病)の治療に使用するための本発明の組成物に関する。
さらなる一態様において、本発明は、グロボイド細胞白質ジストロフィー(クラッベ病)の治療薬の製造のための本発明の組成物の使用に関する。
本発明は、さらに別の態様において、グロボイド細胞白質ジストロフィー(クラッベ病)を治療する方法および/またはグロボイド細胞白質ジストロフィー(クラッベ病)に伴う症状を軽減もしくは緩和する方法に関し、該方法は、本発明の精製rhGALCを含む組成物を、それを必要とする対象に投与する工程を含む。
<配列>
配列番号1
配列番号2
本発明の態様のいずれかに記載された実施形態および特徴は本発明の異なる態様にも適用されることに留意されたい。
本願において引用された特許文献および非特許文献はすべて、参照によりその全体が本明細書に援用される。
これより、本発明について以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
動物研究用としての品質要件および純度要件を満たした状態の最終精製物が得られる、組換えヒトガラクトセレブロシドβ−ガラクトシダーゼ(rhGALC)の精製のためのダウンストリームプロセス(DSP)を開発し、パイロットスケールで試用した。このプロセスは3つのクロマトグラフィー工程と1つのUFDF製剤化工程とからなる。本研究では、容量20Lの流加バッチ式バイオリアクターから得られた新鮮で清澄化された収穫物を、動物研究および例えばヒトの治療プロトコールのためのrhGALCの生産に最適化されたプロセスを用いてパイロットスケールで精製した。操作手順の概要を図1に示す。
装置、材料、バッファーおよび方法
装置
クロマトグラフィーシステム:
−Maximizer 80(BioRad)でアップグレードしたBioLogic DuoFlow
ペリスタルティックポンプ:
−MasterFlex L/S 型式77200−60(Cole−Parker Instrument Company)
タンジェンシャルフロー濾過システム:
−内径6mmのチューブを取り付けたペリスタルティックポンプWatson Marlow SciQ 323と圧力計とを備えたPellicon 2 Mini フィルターホルダー(Millipore)
マグネチックスターラー:
−MR 3001 k(Heidolph)
天秤:
−EA35EDE−I 最大秤量35kg(Sartorius)
−BP1200 最大秤量1200g(Sartorius)
カラム:
−Index 70/500(GE Healthcare)
LAFベンチ:
−Laminar Air(Holten)
樹脂、フィルターおよび容器
収穫物用フィルター:
−Millistak+(登録商標) Pod C0HC 0.054m(Millipore)
クロマトグラフィー樹脂:
捕捉工程:
−Capto(登録商標) Blue(high sub)(GE Healthcare)
中間工程:
−Capto(登録商標) Adhere(GE Healthcare)
仕上げ工程:
−Toyopearl Ether 650M(Tosoh)
UFDFカセット:
−Pellicon 2 MINI 30K(MWCO:30kDa、Vスクリーン、0.1m、カタログ番号:P2B030V01、Millipore)
滅菌濾過:
−0.22μm PES、直径75mm(NALGENE、カタログ番号:595−4520)
最終精製物用容器:
−30mL滅菌ボトル(Nalgene)
−1.8mL低温用滅菌バイアル(Nalgene)
バッファー
バッファーはp.aグレード(微量成分分析において不純物レベルが保証されたグレード)の化学試薬とMilli−Qグレードの水を用いて調製した。調製したバッファーを0.22μmフィルターで濾過し、室温にて最長で5日間保存した。調製処方は各工程の表1〜4に示す。
Capto(登録商標) Blueバッファー:
a)コンディショニング:40mMリン酸ナトリウム、pH6.1±0.1
b)平衡化:20mMリン酸ナトリウム、0.1%(w:w) tween80(t−80)、5%(体積比v:v)グリセロール、pH6.1±0.1
c)洗浄:100mMリン酸ナトリウム、1.5M NaCl、10%(v:v)プロピレングリコール(1,2−プロパンジオール)、5%(v:v)イソプロパノール(IPA)、0.2%(w:w) t−80、pH7.0±0.1
d)洗浄2:平衡化バッファー
e)溶出バッファー:20mMリン酸ナトリウム、50%(v:v)プロピレングリコール、0.5% t−80、1M NaCl、pH6.5±0.1
f)溶出物混合:20mMリン酸ナトリウム、0.15M NaCl、1.3% t−80、pH6.1±0.1
Capto(登録商標) Adhereバッファー:
a)平衡化バッファー:20mMリン酸ナトリウム、0.15M NaCl、0.05%(w:w) t−80、pH6.1±0.1
b)洗浄1バッファー:200mM酢酸ナトリウム、1M NaCl、5%(v:v) IPA、0.5%(w:w) t−80、pH4.7±0.1
c)洗浄2バッファー:10mM酢酸ナトリウム、0.1%(w:w) t−80、pH4.7±0.1
d)洗浄3バッファー:50%洗浄2バッファー、50%溶出バッファー
e)溶出バッファー:10mM酢酸ナトリウム、300mM NaCl、0.1%(w:w) t−80、5%(v:v) IPA、40%(v:v)プロピレングリコール、pH4.55±0.1
f)溶出物混合バッファー:140mMリン酸ナトリウム、0.0005%(w:w) t−80、pH6.5±0.2
Toyopearl Ether 650Mバッファー:
a)コンディショニングバッファー:3.3M NHAc、2.6M NHCl、0.1%(w:w) t−80、pH6.1±0.1
b)平衡化バッファー:1.6M NHAc、1.2M NHCl、50mMリン酸ナトリウム、0.0005%(w:w) t−80、pH6.4±0.1
c)洗浄1:3.3M NHAc、2.3M NHCl、0.5%(w:w) t−80、pH6.5
d)洗浄2:平衡化バッファー
e)洗浄3:70%平衡化バッファー、30%溶出バッファー
f)溶出:50mMリン酸ナトリウム、140mM NaCl、0.0005%(w:w) t−80、pH6.4±0.1
UFDFバッファー:
平衡化用および透析濾過用バッファー:3.7mMリン酸ナトリウム、150mM NaCl、5mMグリシン、10mMマンニトール、0.0005%(w:w) tween80、pH6.2±0.15
−定置洗浄バッファー:
洗浄バッファー(Capto Blue用、Capto Adhere用およびUFDF用):1M NaOH
洗浄バッファー(Toyopearl Ether用):0.5M NaOH
中和バッファー(全工程共通):140mMリン酸ナトリウム、pH6.6±0.2
保存バッファー(Blue用、Adhere用およびEther用):20%エタノール
保存バッファー(UFDFカセット用):0.1M NaOH
<インプロセス分析>
酵素活性の測定は、手順65のガラクトセレブロシダーゼ(GALC)分析のためのHNGアッセイにより行った。検量線の作成には、rhGALCの社内標準物質StG01を用いた。
タンパク質濃度:タンパク質濃度の測定は、手順75のrhGALCのタンパク質定量法によりPierce 660nm Protein Assayを用いて行った。検量線の作成には、社内標準物質StG02の希釈液を用いた。StG02のタンパク質濃度の測定は、社外(ウプサラ大学アミノ酸分析センター(スウェーデン))にてアミノ酸分析(AAA)により行った。情報取得のために、A280を測定し、得られた吸光度をヒトGALCの理論上の吸光係数2.5で割った値を求めた。
比活性は、酵素活性をrhGALCのタンパク質濃度で除して算出した。
同一性の分析は、手順70の組換えヒトガラクトセレブロシダーゼ(rhGALC)のウェスタンブロット解析により行った。検出には、プロテインAセファロースで精製した、社内標準物質StG02に対して作製されたポリクローナル抗体を使用した。
等電点電気泳動(IEF)は手順74に従って、pH3〜10のpH勾配を持つNovex IEFゲルを用いて行い、これによりrhGALCの等電点を評価した。最終精製物とrhGALCの社内標準物質StG03とを比較し、これを同一性のもう一つの指標とした。
純度分析は、手順69に従って、SDS−PAGE(NuPAGE 4〜12% Bis−Trisゲル、MOPSバッファー)およびColloidal Blue染色により行った。
不純物の分析は、手順43のCHO宿主細胞由来タンパク質の測定のためのELISAにより行った。
Tween濃度の定量は、手順73に従って、RP−HPLC法により行った。
非変性PAGEは、情報取得のために、rhGALCの構成体の指標として行った。非変性PAGEの分析は、メーカー(Invitrogen)の取扱説明書に従って行った。
浸透圧(Vapro製浸透圧計)およびpH(Metrohm)の測定は、最終精製物TG1106に対して行った。
糖組成は、主に指図25(その他の標準物質希釈液)に従って、2−AAで標識された遊離単糖の蛍光を検出するHPLCにより求めた。
収穫物
バイオリアクターを閉じた後、バイオリアクター内の収穫物に酢酸ナトリウム、pH5を加えて、酵素の至適pHである7未満に保つ。このようにしてpHを安定化させた収穫物をバイオリアクターから送り出し、デプスフィルターバッファーを通すことにより細胞を除去する。濾過後にフィルターをコンディショニングバッファーですすぐ。収穫物とコンディショニングバッファーの最終混合比は2:1(w:w)程度とすべきである。
プロセス条件に関する一般的な情報
各クロマトグラフィー工程の平衡化、ローディングおよび平衡化洗浄は、ペリスタルティックポンプを用いて最大流速100mL/分(150cm/時に相当)で実施する。各工程のその他の部分は、Maximizer 80(BioRad)でアップグレードしたBioLogic DuoFlowを用いて最大流速80mL/分(125cm/時に相当)で実施する。より適切なクロマトグラフィーシステムを用いれば、上記の流速は調整可能であるが、プロピレングリコール(PG)含有バッファーは表示した流速で通液する必要がある。
各クロマトグラフィー工程はすべて結合方式で実施され、それぞれ複数回の洗浄工程を含む。本プロセスの初めの2工程における疎水性のrhGALCの溶出には高濃度のPGが必要である。これらの工程における精製物は、酵素活性が保持されるよう、あらかじめバッファーが充填された容器に回収される。仕上げ工程における溶出には有機溶媒は不要である。
Capto Blueコンディショニングバッファー以外のバッファーはすべて、界面活性剤(tween80)を含むが、これはrhGALCの酵素活性が保持されるために必要であると考えられる。収穫物の溶媒にはプルロニックが含まれており、Capto Blueコンディショニングではこれがtweenの代替的な役割を担っている。また、コンディショニングでtweenを使用しない理由としては、室温における収穫物の保存時間が約6時間を超えるとtweenにより収穫物が乳白光を呈する恐れがあるということも挙げられる。
<Capto Blue>
Capto(登録商標) Blueは、芳香環相互作用および静電相互作用による結合を形成するアフィニティバイオプロセス担体である。
コンディショニングした収穫物を清澄化した後、24時間以内にCapto Blueカラムにロードする。容量20Lのバイオリアクターを用いた場合、パイロットスケール(740mL)でCapto Blueを3サイクル実施する必要がある。カラムを平衡化バッファー、および10%プロピレングリコール(PG)と5%イソプロパノール(IPA)とを含む洗浄バッファーで洗浄する。50%のPGを含むバッファーを用いて溶出を行い、溶出物をあらかじめバッファーが充填された容器に回収する。溶出物混合バッファー充填容器に回収する目的は3つある。
1)rhGALCの酵素安定性が保持されるようPG含量を下げる。
2)ウイルス不活性化専用工程として機能させる。精製物プールにおける界面活性剤の最終濃度は1%であり、この精製物プールを室温で16時間超保存した。
3)DSPで次の工程にあたるCapto Adhereのために、精製物プールをコンディショニングする。
上述した通り、Capto Blueからの精製物を、溶出物混合バッファー中に回収してもよい。精製物プールのtweenの最終濃度は1%であり、この精製物プールを室温で16〜24時間保存することにより、この工程がウイルス不活性化専用工程として機能する。
<Capto Adhere>
Capto(登録商標) Adhereは、マルチモードの機能性を有する強陰イオン交換バイオプロセス担体であり、イオン相互作用、水素結合および疎水性相互作用による結合を形成する。
Capto Blueからの精製物を、最長で4日間の待機時間を経た後、Capto Adhereカラムに3サイクル連続してロードする。待機時間においては、まず室温で18〜20時間保存し、この工程はウイルス不活性化工程として機能する。待機時間がこれより長くなる場合は、精製物プールを5±3℃の場所に移動する。そして、導入開始の8〜15時間前に室温条件に戻して、精製物プールの温度を室温に戻しておく。精製物プールをpH6.1でロードする。イオン強度の高い条件下、IPAで洗浄を行ってpHを4.7に急激に低下させた後、イオン強度の低い条件下で洗浄を行う。40%のPGを含むpH4.55のバッファーを用いて溶出を行い、溶出物をあらかじめバッファーが充填された容器に回収することにより、pHを上げてPG濃度を下げることができるため、rhGALCの酵素活性が保持される。
<Toyopearl Ether>
Toyopearl Ether 650Mは、機械的安定性および化学的安定性の高いメタクリル酸ポリマー(粒度65μm)である。Etherは、Tosohの疎水性相互作用リガンドの中で最も親水性が高く、極めて疎水性が高いタンパク質の精製に使用される製品である。
Capto Adhereからの精製物を、室温で最長で24時間または5±3℃で最長で4日間保存する。低温で保存した場合は、導入開始の8〜15時間前に室温条件に戻して、精製物プールの温度を室温に戻しておく。次いで、精製物プールと、酢酸アンモニウム、塩化アンモニウムおよびtweenをいずれも高濃度で含むEtherコンディショニングバッファーとを1:2.5(w:w)の割合で混合する(3サイクルとも)。Etherカラムを、含有するtweenの濃度がコンディショニングを行った導入試料の200分の1であるバッファーで平衡化する。ローディング後、カラムを平衡化バッファーで洗浄する。次の洗浄工程によって、tween濃度と塩濃度を上げる。次いで、平衡化バッファーで長時間洗浄して、再びtween濃度を下げた後、平衡化バッファーと溶出バッファーとの混合液で洗浄することにより、アンモニウム塩濃度を下げる。溶出は、低濃度(0.0005%)のtweenと塩化ナトリウムとを含むリン酸ナトリウムバッファーを用いてpH6.4で実施する。
<Planova 15Nウイルス濾過>
生産スケールにおいては、仕上げ工程に続いて、ウイルス除去専用工程としてPlanova 15Nによるナノ濾過を実施する。
<UFDF>
3サイクル分の仕上げ工程精製物プールをまとめてプールし、これに対して、分子量カットオフ値30kDaのPelliconポリエーテルスルホンメンブレンを用いたタンジェンシャルフロー濾過(TFF)による限外濾過/透析濾過(UFDF)を1サイクル実施して製剤化を行う。供給側チャネルはオープンチャネルを有するVタイプであり、カセットの面積は0.1mである。ポンプは230rpmに設定し、膜間差圧(TMP)を0.5bar(入口圧0.6/出口圧0.4)とする。メンブレンを製剤化バッファーで平衡化した後、初期バッファーを、希釈後濃縮(UF)および7倍の透析濾過(DF)処理により交換する。全体で8倍量のバッファーが交換される。
<濾過および充填>
UFDF精製物(濃縮物)を、LAFベンチ内で無菌条件下、0.22μmのPESフィルターを用いて濾過する。最終精製物を様々な容量(1バイアルまたは1ボトル当たり0.25〜20mL)の滅菌容器に充填する。最終精製物をTG1106と命名し、−80±10℃で凍結保存する。
結果の概要
容量20Lのバイオリアクターから得られた清澄化収穫物から最終精製物に至るまでのダウンストリームプロセス全体の収率は活性ベースで74%であった。およそ19.5Lの清澄化収穫物の総活性は2300万単位であった。最終精製物(TG1106)の総活性は1700万単位であり、1.0gの純粋なrhGALCが回収された。
<活性収率および条件>
総収率(74%)は、清澄化収穫物から最終精製物に至るまでの収率として算出した。これは、清澄化工程についてはまだ決まっておらず、本研究の一部ではないことが理由である。
各クロマトグラフィー工程は3サイクルずつ実施した。仕上げ工程の3つの精製物をまとめてプールし、UFDFを1サイクル実施して製剤化した。UFDF精製物を滅菌濾過して複数の容器に分配した。各工程および各サイクルにおける%活性に基づく収率を図2に示す。清澄化収穫物から最終精製物までの総活性を図3に示す。
捕捉工程(Capto Blue)の平均収率は84±8.1%であった。中間工程(Capto Adhere)の平均収率は87±3.5%であった。仕上げ工程(Toyopearl Ether)の平均収率は76±0.6%*であった。UFDF工程の収率は117%であった。最終滅菌濾過の収率は102%であった。
<分析結果>
プロセス中に採取したサンプルおよび最終精製物はそれぞれ、上記に定めた分析方法により分析した。下表は、最終精製物TG1106の分析結果をまとめたものである。
同一性−ウェスタンブロット
得られた精製物がヒトGALCであることをウェスタンブロット解析により確認した。
仕上げ工程精製物、UFDF精製物および最終精製物中のタンパク質をSDS−PAGEで分離し、ポリビニリデンジフルオリド(PVDF)メンブレンに電気泳動的に転写した。rhGALCは、rhGALCの社内標準物質StG02に対して作製された抗GALCウサギポリクローナル抗体を用いて検出した。使用した抗体はプロテインAセファロースカラム(GE Healthcare)で精製したものである。この抗体は、80kDaのGALCだけでなく、50kDaや30kDaのGALC分解物も検出する。転写の確認と見かけの分子量(MW)の推定を行うために、着色済みのラダー状のタンパク質マーカーを用いた。
図4は、最終精製物中に80kDaのrhGALCが検出されたブロッティング像を示したものである。このタンパク質サンプルのローディング量では分解物は検出されなかった。社内標準物質であるStG02およびStG03は、基準物質として分析に用いた。これらの標準物質は、アミノ酸分析を行って実際のアミノ酸組成がヒトGALCの理論上の組成に関連していることが確認されている物質である。図5は過剰量のタンパク質をロードした結果であり、80kDaのrhGALC以外に、50kDaと30kDaの2つの分解物が薄いバンドとして確認された。さらに、見かけの分子量が160kDaのバンドも確認され、これは還元条件下においてSDSで完全には可溶化されずに残ったrhGALCの二量体であると考えられた。
等電点電気泳動
最終精製物TG1106の等電点は6.35と算出された。
TG1106および標準物質であるStG03は、pH3〜10のpH勾配を持つ等電点電気泳動(IEF)ゲル上で電荷に応じて分離された。電気泳動は、低温(氷上)条件下、100Vで1時間、その後200Vで1時間、最後に500Vで2時間実施した。このゲルをColloidal Blueで染色した。染色像を図6に示す。計算による等電点(pI)は、GALCの理論上のpIである5.9より高く、6.35と推定された。TG1106とStG03の間に差は見られなかった。
純度−SDS−PAGE
最終精製物TG1106の純度は>99%と推定された。rhGALCの分解物の割合は<0.5%と推定された。
プロセス中に採取したサンプルを、MOPSバッファーとNuPAGE 4〜12%Bis−Trisゲルとを用いた電気泳動(SDS−PAGE)により、主にサイズに応じて分離した。rhGALCおよび潜在性の不純物はColloidal Blueで視覚化することにより確認した。Colloidal Blueは、タンパク質の種類に依存しない動的線形反応を有する。これは、タンパク質濃度が十分であれば、Colloidal Blue染色法の方が銀染色法より純度の推定に望ましいことを意味する。rhGALCの見かけの分子量(MW)は80kDaであり、その分解物の見かけの分子量は50kDaおよび30kDaである。
図7はプロセス中に採取したサンプルのスキャン結果を示す。図から分かるように、Capto Blue工程後およびCapto Adhere工程後には不純物が認められるが、Ether工程後はrhGALCのみ認められる。160kDa付近のバンドは、ウェスタンブロットでも確認される(図6も参照のこと)ことから、rhGALCの二量体と考えられる。図8および図9は、純度を推定するために最終精製物TG1106と社内標準物質StG03とを比較した図である。TG1106のローディング量が多い場合において、rhGALC以外に、ローディング量が最も少ないStG03のバンドより高強度のバンドは見られなかった。最も高い濃度のTG1106では、いずれのゲルでもrhGALC二量体の直下に想定外の二重のバンドが見られる。このバンドはローディング量が2番目に多い場合では全く見られないことから、アーチファクトである可能性が高い。ローディング量が最も多い場合にはこの想定外の二重のバンドが存在することから、図10ではローディング量が2番目に多い場合のデータから純度を算出した。100%−0.8%(0.14μg/16μg)=純度99.2%。過剰量をローディングした場合は、30kDaと50kDaのrhGALC分解物が低強度のバンドとして確認された。最も低い濃度の標準物質において、80kDaのバンドより高強度のバンドが見られなかったことから、分解物の割合は<0.5%であることが示唆される。160kDaのバンドはアーチファクトと考えられる。高濃度のrhGALCにおいては、rhGALCの多量体がモノマー化するのに必要なSDSがサンプルバッファー中に十分量存在していなかったということが考えられる(非変性PAGE、7.2.5を参照のこと)。しかし、そうでなければ、ローディング量が16μgのTG1106における「二量体」の強度は、ローディング量が0.36μgのStG03における80kDaのバンドと同程度であると判断できるため、最終精製物中には二量体が約2%存在すると考えられる。
非変性PAGE
非変性PAGEにより、rhGALCの主要な構成体は二量体であるものの、最大10分子のrhGALCから形成される多量体も存在することが分かる。
非変性PAGEは、rhGALCの構成体の情報を取得するために中性のpHで行った。図10から分かるように、rhGALCはラダー状に示される複数の構成体からなる。最終精製物TG1106とrhGALCの社内標準物質StG03とを比較したところ、同様のパターンを示すことが確認された。最下位のバンド(見かけの分子量:80〜100kDa)はrhGALC単量体であり、2番目に低い位置にあるバンドはrhGALC二量体であり、これらに続いて、rhGALC単量体および/または二量体がさらに付加された構成体が見られる。ゲル上で最大7つの形態のrhGALCが確認された。rhGALC二量体は、ローディング量に関係なく最も顕著なバンドとして確認された。以前に実施された電子顕微鏡による分析によって、rhGALCにおいて複数の形態が存在すること、そしてそのうち主要な形態(rhGALCの二量体と考えられる)の粒径は約20nmであることが確認されている。
不純物−HCP ELISA
最終精製物TG1106中のrhGALC1mgに対するCHO細胞由来の宿主細胞由来タンパク質(HCP)の残留量を定量したところ、30ngであった。
チャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞の宿主細胞由来タンパク質(HCP)を不純物の指標として分析した。Cygnus Technologiesから購入したジェネリック抗体をELISAで用いた。使用した抗体は、CHO細胞の細胞内タンパク質(C0016−PA)と、CHO細胞から通常分泌される細胞タンパク質(3G 0016−AF)とを用いて作製されたものである。使用した標準物質は、親CHO細胞(DG44株)を溶解して得られたHCP10%と、該細胞から分泌されたHCP90%とを用いて調製したものである。HCPの測定は、Ether工程後、UFDF工程後および最終精製物において実施した。rhGALCの社内標準物質であるStG02およびTox ASAは、基準物質として分析に用いた。表23から分かるように、精製プロセスによって、最終精製物TG1106中のrhGALC1mgに対するHCPの量は30ngに減少した。Ether精製物と最終精製物におけるHCPの残留量は同程度であり、このことはUFDF工程によってHCPがさらに除去されるわけではないことを示している。
単糖組成
予備分析により、糖鎖付加度は7%と推定され、rhGALC1molあたり2〜3molのマンノース−6−リン酸基が含まれていた。
予備分析は、最終精製物TG1106を対象として1回のみ行った。この分析により、rhGALCが約7%(w:w)の糖類を有することが分かる。この糖鎖付加は、マンノース濃度の高い糖鎖付加である可能性が高い。この予備分析のデータによって示される、rhGALC1mol当たりに含まれる各単糖のmol数は以下の通りである。
グルコースアミン(GLCN):9mol/mol
ガラクトサミン(GALN):0〜0.3mol/mol
ガラクトース(GAL):1mol/mol
マンノース(MAN):12mol/mol
マンノース−6−リン酸(M6P):2〜3mol/mol
フコース(FUC):0〜0.5mol/mol
<考察>
3つのクロマトグラフィー工程で構成される本明細書に記載の最適化されたプロセスにより、動物研究用、さらには臨床研究用としての品質要件を満たす純度の高いrhGALC精製物が得られた。DNA分析は未実施である。
バイオリアクターB5:19からの収率を、清澄化収穫物と最終精製物の酵素活性に基づいて計算したところ、74%であった。GALCが極めて疎水性の高いタンパク質であることを考えると、これは特に満足すべき結果である。
収穫物の清澄化は、満足できる収率を得られていない唯一の工程である。改善可能な点の検討がまだ行われていないため、DSPの収率は、清澄化およびコンディショニングを経た収穫物をベースとして算出した。デプスフィルトレーションにより、活性が約20%失われた。また、過去の研究により、TFFで清澄化収率が向上したことが示されている。清澄化を含めた場合の総収率は58%であった。
GALCの理論上のpIは5.9であるが、実測のpIは6.3であった。rhGALCは酸性のM6Pやシアル酸を含んでいることから、これは意外な結果であった。本研究より前に行われた実験から、rhGALCがpH感受性物質であること、また長期保存に際してはpI付近であるpH6.0〜6.6においてのみ安定に保たれることが示されている。理論的には、析出が起こらないように、DSPではpI付近のpHは避けるべきであるが、rhGALCのDSPにおいては、pI付近で維持することが唯一の選択肢である。DSPのプロセス全体を経て得られた精製物は透明であり、乳白光の傾向は見られなかった。pIが高かったことは、tweenとrhGALCとのミセル形成により露出しているアミノ酸が予想とは異なっていたとすれば説明できる。Tweenは、酵素活性の維持を目的として、すべてのDSPバッファー(プルロニックがtweenの代替的な役割を担うBlueのコンディショニングバッファーは除く)に添加されている。安定性を維持するためのtweenの最小濃度の検討はまだ行われていない。
捕捉工程および中間工程における溶出はいずれも複雑であった。プロピレングリコール(PG)は両工程の溶出バッファーの必須成分であった。さらに、最適な収量を得るためには、PG以外の添加物を使用したり、慎重にバッファーの最適化をはかることが必要であった。欠点としては、疎水性の高い不純物がrhGALCともに溶出する可能性がある点が挙げられる。捕捉工程と中間工程を経た後の不純物として、70kDaの疎水性タンパク質であるプロサポシンが(サポシンA抗体を用いたウェスタンブロットにより)確認された。高濃度のPGはrhGALCの酵素活性に最適な条件ではないため、溶出物はあらかじめバッファーが充填された容器に回収した。
本プロセスに関する工程毎の補足説明:
捕捉工程(Capto(登録商標) Blue)により、この工程の目的である、酵素の安定化および培地の色の除去が達成された。溶出バッファーを正確に調製することが収率の面から特に重要であった。溶出バッファーは50%(v:v)のプロピレングリコールを含有する必要があり、これはバッファー1L当たり521gに相当する。
中間工程(Capto(登録商標) Adhere)により、不純物の大部分が除去された。溶出には酸性条件が必要であり、タンパク質が析出しないように、イオン強度の高いバッファーを用いて、速やかに酸性条件へと変化させることが重要であった。次いで、バッファーをイオン強度の低い酸性バッファーに変えた。この理由としては、さらなる不純物の除去が可能であることが挙げられ、さらに、目的物をイオン強度の低い酸性条件下におくことで、溶出時にpH6.5のバッファーが充填されている容器に回収された際にpHを速やかに>6に戻すことが可能であるということも理由として挙げられる。
Toyopearl Etherにより、PGやIPAなどの有機溶媒を使用せずに水性バッファーを用いて十分な収率を達成できただけでなく、この段階まで残っていた疎水性HCPを最終的に除去することもできた。利点としては、塩化ナトリウムを含有するリン酸バッファーを用いた溶出で満足できる収率を達成できたことが挙げられる。欠点としては、rhGALCの結合に高い塩濃度を要した点が挙げられる。また、大量のコンディショニングバッファーを要したため、ローディング時間が長くなった。この工程は、rhGALCをrhGALCに類似した性質を持つ不純物から分離する手段として有効であった。不純物を十分に除去するために、洗浄・すすぎサイクルにおいてtween濃度と塩濃度を繰り返し変化させることが重要であった。Ether工程後、プロサポシンは確認されなかった。
2つの専用工程、すなわちウイルス不活性化工程およびウイルス除去工程は、生産スケールにおけるプロセスの一部である。ウイルス添加試験(スパイク試験)は実施していないが、収率と透過流速(フラックス)の点から、これらの工程は有望であると考えられる。界面活性剤による不活性化工程は、捕捉工程における溶出に合わせて行った。高濃度のtweenを使用したものの、中間工程カラムへの結合に対する悪影響は見られず、室温で24時間保存した後も(その後さらに3日間5℃で保存した場合も)酵素活性が保持されていた。ウイルス濾過工程(Planova 15N)は、Ether工程後に組み込むことを予定しているが、これは、過去の研究で実現可能であることが示されているため、今回再実験は行わなかった。大規模生産のための予備的検討においては、80Lの精製物を1mのPlanova 15Nを用いて濾過した場合、およそ5時間で濾過が完了すると概算されている。
VスクリーンのMWCO30kDaのフィルターを用いたUFDFにより、仕上げ工程後の製剤化および濃縮を行った。オープンチャネルを有するVスクリーンフィルターは、最適化検討に大量の精製物を必要とするパイロットスケール用のもの(0.1m)のみ入手可能である。過去の研究で3回行ったUFDFをベースに、少しずつ条件を修正してきた。UFDFの欠点としては、tweenの蓄積が挙げられる。Ether精製物の洗浄および溶出は、tweenが0.0005%しか含まれていないバッファーで行った。Ether精製物中のtweenの定量は困難であるが、推定で約0.003%であった。UFDF/製剤化バッファーのtween濃度は0.0005%であった。8倍量のバッファー交換で約7倍に濃縮されたことにより、tweenの濃度は約0.025%となった。UFDF精製物は0.22μmのフィルターで容易に濾過されたため、濾過によってロスすることなく最終精製物を得ることができた。
予備データから、製剤化バッファーにおける上記のtween濃度と他の成分との組み合わせは、5℃、−20℃、−80℃のいずれの温度で長期保存する場合にもrhGALCの安定性を保つために最適であることが示唆されている。マンニトールの濃度を250mMに上げれば、精製物の凍結乾燥が可能である。
SDS−PAGEおよびColloidal Blue染色によって、純度の高い(>99%)最終精製物が得られたことが示された。30kDaと50kDaのrhGALC分解物は薄いバンドとして確認することができ、その割合は<0.5%であると推定された。80kDaのrhGALC以外で最も顕著に(約2%)確認されたタンパク質は160kDaのrhGALCであり、これは高濃度のrhGALCをSDS−PAGEサンプルバッファーと混合した場合のみ観察された。ウェスタンブロット解析より、このタンパク質はrhGALCを含むことが確認され、そしておそらく、還元条件下にてSDSで可溶化されなかった二量体である。この「二量体」は単なるアーチファクトであると考えられる。中性のpHで行った非変性PAGEによって、rhGALCは、rhGALCの単量体から最大10分子のrhGALCで構成される多量体に至る複数の構成体を有することが示された。最も多い構成体は二量体であるように思われる。
<結論および概要>
王立工科大学(ストックホルム(スウェーデン))にて、容量20Lのバイオリアクターを1台使用して、組換えヒトGALCを発現するCHO細胞を培養した。19.5Lの収穫物を、Capto Blue、Capto Adhere、Toyopearl Etherの3つのクロマトグラフィー工程からなるダウンストリームプロセスにより精製し、1700万単位、すなわち1.0gの純粋なrhGALCを得た。いずれの工程も結合方式で実施した。1% tween80の存在下、室温で16〜24時間インキュベーションするウイルス不活性化工程をCapto Blueの後に行った。精製物をタンジェンシャルフロー濾過で製剤化し、滅菌濾過して最終精製物TG1106を得た。
バイオリアクターに酢酸ナトリウムを加えることにより収穫物を安定化させた後、デプスフィルトレーションによる清澄化および捕捉工程カラムであるCapto Blueへの結合に向けてのコンディショニングを行った。コンディショニング後の収穫物を、24時間以内に730mLのCapto Blueカラムに3回に分けてロードした。目的物を50%プロピレングリコール含有バッファーで溶出して、「3つの目的」を有するバッファーに回収した。「3つの目的」とは、プロピレングリコール濃度を低下させること、ウイルス不活性化専用工程として機能するためにtween濃度を上昇させること、次工程の導入試料のコンディショニングを行うことである。コンディショニング後の導入試料を、730mLのCapto Adhereカラムに3サイクル連続してロードした。目的物を酸性のpHでプロピレングリコールを用いて溶出し、活性が保持されるようプロピレングリコールの濃度を下げてpHを高くしたバッファーに回収した。さらに、これを酢酸アンモニウムと塩化アンモニウムとを含むバッファーと混合し、このコンディショニングを行った導入試料を、540mLのToyopearl Etherカラムに3サイクル連続してロードした。目的物を、塩化ナトリウムと低濃度のtweenとを含むリン酸バッファーで溶出した。仕上げ工程後にウイルス濾過工程を組み込むことを予定しているが、今回の研究では組み込まなかった。仕上げ工程精製物をプールし、UFDFによるバッファー交換と濃縮とを経て、純粋なrhGALCの長期保存に最適である製剤化バッファーに回収した。UFDF精製物を滅菌濾過して最終精製物を得た。最終精製物を所与の分析方法により分析した。タンパク質濃度は2.5mg/mLであり、酵素活性は42.5kU/mLであることから、比活性は16.9kU/mgとなる。推定純度は>99%である。HCPの残留量は、rhGALC1mgに対して30ngである。最終精製物は無色透明である。
結論として、新規の最適化DSPをパイロットスケールにスケールアップすることに成功し、活性ベースで74%の収率を達成した。最終精製物TG1106は、動物研究用としての品質要件を満たす。
イオン分離の実施例:
下記の通りにイオン分離を試したところ、満足できる結果が得られた。
1)Mustang Q(MQ)は陰イオン担体を用いた使い捨て仕様のメンブレンである。MQを本プロセスと組み合わせて、フロースルー方式(DNAおよび宿主細胞由来タンパク質などの不純物はメンブレンに結合し、GALCは通過する)で試用した。MQはEther工程前またはUFDF工程(製剤化工程)後に試用した。また、MQをCapto Blueと連結させる形でもフロースルー方式で試用した。
a)Ether工程後に組み込んだ場合:3.7mMリン酸ナトリウム、5mMグリシン、10mMマンニトール、0.075M NaCl、0.0005% tween80、pH6.2を用いて、MQの平衡化を行った。精製物をMQに通す前に、3.7mMリン酸ナトリウム、5mMグリシン、10mMマンニトール、0.0005% tween80、pH6.2(または0.15M NaClをさらに含む同バッファー)を用いて1:1(v:v)で希釈した。
b)UFDF工程後に組み込んだ場合:3.7mMリン酸ナトリウム、0.2M NaCl、5mMグリシン、10mMマンニトール、0.0005% tween80、pH6.2を用いて、MQを平衡化した。精製物をMQに通す前に、1M NaClを用いて、導電率が20mS/cm(およそ精製物1容量:1M NaCl0.2容量)になるまで希釈した。精製物を滅菌濾過する前に、NaClを含まない製剤化バッファーで希釈して導電率を15mS/cm(0.15M NaCl)に戻した。
プロセスの概要:
清澄化収穫物
Capto Blue
ウイルス不活性化
Capto Adhere
Toyopearl Ether
a)の場合、Mustang Q
UFDF
b)の場合、Mustang Q
0.22μmフィルター
2)Capto Q、Giga Cap Q、Q FFなどの強陰イオン交換(AIEX)樹脂を結合方式で用いる工程を本発明のダウンストリームプロセスに組み込むことが可能である。Capto DEAE、DEAE FFなどの弱陰イオン交換樹脂を用いる工程も組み込むことは可能だが、この場合、不純物の残留量が高くなることが分かった。仕上げ工程(疎水性相互作用(HIC))の前または該工程の後での使用が可能である。
手順1:
プロセスの概要:
清澄化収穫物
Capto Blue
ウイルス不活性化
15%IPAおよび1% t80を用いてウイルスを不活性化させる。注:IPAを使用した場合、ある程度の失活あり。
Capto Adhere
Macroprep Methyl
0.4〜0.6M (NHSO、5%グリセロール、0.1% tween80(t80)、pH6.5で平衡化する。20mM NaPi、5%グリセロール、0.8〜1.2M (NHSO、pH6.5を用いて(1:1で)コンディショニングを行ったAdhere精製物をロードする。
洗浄1:0.6M NaPi、0.1% t80、pH6.5
洗浄2:20mM NaPi、15mM NaCl、0.1% T80
Giga Cap Q
40mM MES、15mM NaCl、5%グリセロール、0.1% T80、pH6.5で平衡化する。Methyl精製物(コンディショニングは行わず)をロードし、平衡化バッファーで洗浄する。
溶出:40mM MES、0.7M NaCl、5%グリセロール
UFDF
手順2:
プロセスの概要:
清澄化収穫物
Capto Blue
ウイルス不活性化
Capto Adhere
Giga Q
40mM MES、15mM NaCl、0.1% T80、pH6.5で平衡化する。20mM NaPi、0.1% t80、pH6.5を用いて、導電率が7mS/cmになるようにCapto Adhere精製物のコンディショニングを行う。これをロードして、平衡化バッファーで洗浄する。
Ether
UFDF
下記の複数のマルチモーダル樹脂を試用したところ、満足できる結果が得られた。
1)MMC Capture(ごく初期段階の実験)
導入試料:収穫物のpHを400mM Na−Pi(酸性)で5.6〜6.0に調整した。
使用した平衡化バッファー:20mM Na−Pi、pH5.6〜6.0+0.1M NaCl+0.05% Tween80(t80)
使用した洗浄バッファー:0.95M Na−Ac、pH4.9+5% IPA
使用した溶出バッファー:50mM Tris−HCl、pH9.0+1.0M NaCl+40%プロピレングリコール+0.1% t80
結果:酵素の有無はドットブロット法により分析した。導入試料(+++)と溶出−画分1(++)で酵素が検出された。フロースルー画分では酵素は検出されなかった。すべての画分に対して、SDS−PAGE分析およびHPLC分析を行った。
2)第2の中間工程または仕上げ工程としてのButyl−S:
導入試料:0.5〜6M (NHSOになるようにコンディショニングを行う。
平衡化:20mM NaPi、0.5M (NHSO、5%グリセロール、0.1% t80、pH6.5
洗浄:平衡化バッファー
溶出:20mM NaPi、0.1M NaAc、5% IPA、0.1% t80、pH7.8
3)第2の中間工程としてのPPG(実験的試験44〜47):
導入試料:0.5M (NHSO、0.5M NaAc、pH6.3になるようにコンディショニングを行う。
平衡化:20mM NaPi、0.5M (NHSO、0.5M NaAc、0.0005〜0.1% t80、5%グリセロール、pH6.4
洗浄:1.6M NaAc、0.1% t80、pH7.4
洗浄2:0.7M NaPi、pH6.5
溶出:20mM NaPi、30%プロピレングリコール、0.05% t80、pH7.8
樹脂を下記の通り組み合わせて試用したところ、満足できる結果が得られた。
予備試験:平均約350ng HCP/mg GALC
Capto Blue
Capto Adhere
Capto Butyl
Capto DEAE
試験1:240ng HCP/mg GALC
Capto Blue
Capto Adhere
Butyl−S
試験2:430ng HCP/mg GALC
Capto Blue
Capto Adhere
Macro−Prep Methyl
Giga Cap Q
試験3:78ng HCP/mg GALC
Capto Blue
Capto Adhere
PPG
試験4:50ng HCP/mg GALC(ただし、IPA+tweenを用いたウイルス不活性化により乳白光を呈する)
Capto Blue
Capto Adhere
Butyl−S
試験5:193ng HCP/mg GALC
Capto Blue−Mustang Q(連結フィルターとして)
Capto Adhere
Ether
試験6:79ng HCP/mg GALC
Capto Blue−Mustang Q(連結)
Capto Adhere
Ether
ガラクトセレブロシダーゼ(GALC)活性分析のためのHNGアッセイ
原理
ガラクトセレブロシダーゼ(GALC)は、ミエリン、腎臓および上皮細胞の主要な脂質であるガラクトセレブロシド(ガラクトシルセラミド)をリソソーム内で異化する反応に関与する。GALCは、ガラクトセレブロシド、ガラクトシルスフィンゴシン、ラクトシルセラミドおよびモノガラクトシルジグリセリドのガラクトースエステル結合を加水分解する。またGALCは、ガラクトセレブロシドの合成アナログで発色基質である2−ヘキサデカノイルアミノ−4−ニトロフェニル−β−D−ガラクトピラノシド(HNG)を加水分解する能力も有する。この加水分解反応による生成物(2−ヘキサデカノイルアミノ−4−ニトロフェノール(HN))のナトリウム塩は、410nmの光を吸収する。本明細書に記載のHNGアッセイは、この原理を利用したものである。
GALCの分析原理
pH4.5にてGALCで加水分解されたHNGはHNになるが、この化合物はpH10.5では黄色を呈するため、分光光度法により410nmの吸光度を測定することにより定量することができる。
2−ヘキサデカノイルアミノ−4−ニトロフェニル−β−D−ガラクトピラノシドの
加水分解
サンプル調製
収穫物または精製GALC
0.5% Triton X−100を用いて、各サンプルの所望の希釈液を調製した。希釈倍率は、分析上少なくとも1:10とする必要があった。
細胞溶解液
細胞ペレットをPBSで洗浄した後、遠心(400×g、室温で5分間)によりペレット化し、0.5% Triton X−100で溶解した。細胞溶解液のタンパク質測定は、BCA Protein Assay Kit Microtiter Plate Protocol(ピアス)を用いて行った。1〜5mgのタンパク質を含む細胞溶解液を用いて典型的な実験を行った。
検量線の作成およびアッセイ制御
rhGALCの第1の社内標準物質StG01を使用して、検量線を作成した。5種類の希釈液(1/400、1/600、1/800、1/1200および1/1600)を2組準備した。
rhGALCの第2の標準物質StG02を使用して、アッセイ対照を調製した。
インキュベーション操作
a.標準物質の希釈液、サンプル、対照およびブランク(0.5% Triton X−100)をそれぞれ20μLずつU型96穴プレートに添加した。標準物質StG01の希釈液については2組とも20μLずつ、対照およびサンプルについては、希釈液が1種類の場合は20μL×2、ブランクについては20μL×2使用した。すべてのウェルへの添加が終了した後、サンプル、ブランクまたは対照が含まれるすべてのウェルに20μLのHNGアッセイ基質を添加して混合した。プレートを37℃で30分間または1時間インキュベートした。
b.80μLのHNG停止液(0.1Mグリシン/0.1M NaOH、pH10.5)をマルチピペットを用いて添加した後、プレートシェーカー上で約30秒間振盪混合し、160μLのエタノールを添加した。液を混合した後、各ウェルから200μLを採取して平底96穴プレートの上に設置されている96穴フィルタープレートのウェルに移した。プレートを2000×g、室温で2分間遠心した。
A410nmの測定
測定は、Spectra Max PlusプレートリーダーまたはBioTekプレートリーダーを用いて行った。
計算
定義:酵素活性の1単位(1U)は、37℃、pH4.5で1分間に1nmolのHNを加水分解できる能力と定義した。
rhGALCの第1の社内標準物質StG01の平均HNG活性は1884U/mlと設定した。検量線に用いる活性を、StG01の平均HNG活性と希釈倍率とから算出した。
比活性の計算
混合試料中のGALCの濃度はGALC ELISAを用いて測定した。GALCの精製調製物中のタンパク質濃度は、A280(rhGALCの理論上の比吸光係数:2.5)または660nmのタンパク質アッセイを用いて測定した。
HNG活性をGALCまたはタンパク質の濃度で除して、比活性(単位/mg)、すなわちタンパク質1mg当たりの酵素活性(単位/mgタンパク質)を算出した。
もともと細胞溶解液のGALC活性は、1時間につき1mg当たりの加水分解物のnmol数(nmol/mg/時)として定義されている。単位/mgに60を乗ずれば(すなわち、分を時間に換算)、nmol/mg/時に変換することができる。

Claims (29)

  1. 細胞培養物から組換えヒトガラクトセレブロシドβ−ガラクトシダーゼ(rhGALC)を精製するプロセスであって、前記細胞培養物のrhGALC含有画分を複数種の樹脂を用いたクロマトグラフィーに供することを特徴とし、
    g)第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂を用いて前記rhGALCの精製を行い、その後必要に応じて、ウイルスの不活性化および/またはイオン分離による精製を行う捕捉工程;
    h)第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂を用いて前記rhGALCの精製を行い、その後必要に応じて、ウイルスの不活性化および/またはイオン分離による精製を行う中間工程;ならびに
    i)マルチモーダルクロマトグラフィー樹脂、陰イオン交換樹脂および疎水性相互作用クロマトグラフィー(HIC)樹脂からなる群から選択されるクロマトグラフィー樹脂を用いて前記rhGALCの精製を行う仕上げ工程
    を含むプロセス。
  2. 前記中間工程が、第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂を用いて前記rhGALCの精製を行うことに加え、次いで
    i)第1、第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂とは異なるマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂、および
    ii)疎水性相互作用クロマトグラフィー(HIC)樹脂
    からなる群より選択されるクロマトグラフィー樹脂を用いて前記rhGALCの精製を行うことを含む、請求項1に記載のプロセス。
  3. 第1と第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂が異なる樹脂である、請求項2に記載のプロセス。
  4. 第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂が静電性リガンドを含む、先行する請求項のいずれか1項に記載のプロセス。
  5. 第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂が陰イオン性の疎水性リガンドを含む、先行する請求項のいずれか1項に記載のプロセス。
  6. 前記仕上げ工程のクロマトグラフィー樹脂が疎水性リガンドを有する樹脂である、先行する請求項のいずれか1項に記載のプロセス。
  7. プロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールを少なくとも30%(v/v)含む第1の溶出バッファーで第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂から前記rhGALCを溶出する、先行する請求項のいずれか1項に記載のプロセス。
  8. プロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールを少なくとも30%(v/v)含むpH5.5未満の第2の溶出バッファーで第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂から前記rhGALCを溶出する、先行する請求項のいずれか1項に記載のプロセス。
  9. a)前記細胞培養物のrhGALC含有画分を得ること;
    b)静電性リガンドを含む第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂に前記細胞培養物のrhGALC含有画分をロードすること;
    c)プロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールを少なくとも30%(v/v)含む第1の溶出バッファーで第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂からrhGALCを溶出して、第1の溶出物を得ること;
    d)陰イオン性の疎水性リガンドを含む第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂に第1の溶出物をロードすること;
    e)プロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールを少なくとも30%(v/v)含むpH5.5未満の第2の溶出バッファーで第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂からrhGALCを溶出して、第2の溶出物を得ること;
    f)疎水性リガンドを有する第3のクロマトグラフィー樹脂に第2の溶出物をロードすること;ならびに
    g)水性バッファーで第3のクロマトグラフィー樹脂からrhGALCを溶出して、第3の溶出物を得ること
    を含む、先行する請求項のいずれか1項に記載のプロセス。
  10. 第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂が少なくとも疎水性相互作用および静電相互作用による結合を形成する、先行する請求項のいずれか1項に記載のプロセス。
  11. 第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂が、下記の化学式(I)、(II)、(III)、(V)、(VI)または(VII)の化合物をリガンドとして含む、先行する請求項のいずれか1項に記載のプロセス。
    (式中、式(II)および式(III)の物質におけるRは式(IV)の官能基である。)
  12. 第1のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂が、化学式(VI)の化合物をリガンドとして含む、先行する請求項のいずれか1項に記載のプロセス。
  13. 第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂が、化学式(VIII)の化合物をリガンドとして含む、先行する請求項のいずれか1項に記載のプロセス。
  14. 第1のクロマトグラフィー樹脂を、プロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールを最大で20%(v/v)含む洗浄バッファーで洗浄する、先行する請求項のいずれか1項に記載のプロセス。
  15. 第1の溶出バッファーに含まれるプロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールの総濃度が40〜60%(v/v)である、先行する請求項のいずれか1項に記載のプロセス。
  16. 工程c)の後、第1の溶出物中のプロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールの総濃度(v/v)を、工程d)の前に30%未満に下げる、請求項9〜15のいずれか1項に記載のプロセス。
  17. 工程c)の後、第1の溶出物中の界面活性剤の量を0.01%〜5%に調整する、請求項9〜16のいずれか1項に記載のプロセス。
  18. 第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂が、イオン相互作用、水素結合および疎水性相互作用による結合を形成する、先行する請求項のいずれか1項に記載のプロセス。
  19. 第2のマルチモーダルクロマトグラフィー樹脂が、下記式:
    のリガンド、または
    下記式:
    のリガンドを含む、先行する請求項のいずれか1項に記載のプロセス。
  20. 第2の溶出バッファーがプロピレングリコールおよび/またはエチレングリコールを30〜50%(v/v)含む、請求項9〜19のいずれか1項に記載のプロセス。
  21. 第3のクロマトグラフィー樹脂がエーテル基含有リガンドを含む、先行する請求項のいずれか1項に記載のプロセス。
  22. 第3のクロマトグラフィー樹脂が、リガンドとして、[樹脂]−(OCHCHOH(式中、nは1〜20の整数、例えば1〜10、例えば1〜5、例えば1〜3、または例えば1〜2の整数である)を含む、請求項9〜21のいずれか1項に記載のプロセス。
  23. rhGALCを含む組成物であって、該組成物中の全長型rhGALC(80kDa)と主要分解物(50kDa+30kDa)とのモル比が少なくとも50:2.5であることを特徴とする組成物。
  24. 宿主細胞由来タンパク質の量がrhGALC1mgに対して200ng未満である、請求項23に記載の組成物。
  25. 酵素活性が少なくとも15kU/mLである、請求項21または22に記載の組成物。
  26. 目視検査で確認される凝集体が一切含まれない、請求項23〜25のいずれか1項に記載の組成物。
  27. 先行する請求項のいずれか1項に記載の精製プロセスにより得られる、請求項23〜26のいずれか1項に記載の組成物。
  28. 治療薬として使用するための、請求項23〜27のいずれか1項に記載の組成物。
  29. グロボイド細胞白質ジストロフィー(クラッベ病)の治療に使用するための、請求項23〜27のいずれか1項に記載の組成物。
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