JP2016507234A - ワクチンおよびウイルスの精製のためのクロマトグラフィー媒体 - Google Patents

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Abstract

ウイルスの精製に有用な、成形繊維から得られた、クロマトグラフィー、特に、イオン交換クロマトグラフィー用の吸着媒体。ある特定の実施形態では、その官能化成形繊維は、通常の繊維と比べて繊維の表面積を大幅に増加させるフィブリル化または隆起した構造を示す。高表面積繊維にイオン交換官能性を提供する表面ペンダント官能基を付加することができる。このペンダント官能性は、インフルエンザなどのウイルスのイオン交換クロマトグラフィー精製に有用である。

Description

本出願は、2013年1月31日に出願された米国仮特許出願第61/758,926号の優先権を主張するものであり、その開示内容は、本明細書の一部として援用する。
分野
本明細書に開示する実施形態は、ワクチンおよびウイルスの精製及び、モノクローナル抗体供給流の精製のためのウイルスクリアランス用途にも好適なクロマトグラフィー媒体に関する。
背景
ワクチンの調製のための新たな精製技術の開発は、最近のパンデミック発生への対応としてだけでなく新規治療用途にも大きな関心事である。そのような新規技術は、収率を向上させ、製品の純度を高め、生産速度を速めるために一般的に必要とされる。現行使用されているワクチン精製技術としては、塩化セシウム密度勾配遠心分離、タンジェンシャルフロー濾過、およびクロマトグラフィーが含まれる。これらの技術のそれぞれには異なる利点および欠点があり、ワクチン製造業者は、生産規模、純度、および製品コスト要件に基づいて特定の精製技術を選択しなければならない。典型的なワクチン精製プロセスは、図1に示されるプロセスフロー図に記載されている。
タンジェンシャルフロー濾過法および勾配遠心分離法はどちらも、ワクチンの生産において広く使用されているが、これらの単位操作は、コストと時間のかかるバッチ操作であり、拡張性に乏しく、特殊な装置および人員を必要とし、低収率および感染性の喪失をもたらす。そのような操作に使用される装置はほとんど使い捨てではなく、次のバッチのための精製装置を準備するためにコストのかかる再生、清浄、およびバリデーションのプロセスを行わなければならない。
対照的に、ワクチンのバインド/エリュート法(bind/elute)によるクロマトグラフィー精製では、精製プロセスをはるかにより大きな規模で行うことができるため、ビーズベースの樹脂を使用することは関心事である。残念なことに、これらの用途の市販の樹脂は、一般に、あまりにも小さすぎてより大きなウイルス粒子が接近できない孔径を呈する。結果として、このような媒体は、ウイルスがビーズの外表面にしか接近できないことから、低い結合容量を示す。このような低結合容量に、この用途に好適なクロマトグラフィー樹脂に関連する高コストが加味されるので、このようなプロセスを費用効果の高いものにするために、製造業者は、クロマトグラフィー媒体を用いて多数回のバインド/エリュート・カラム再生サイクルを行う必要がある。再生プロセスは、製品スループットの低下、バッファーおよび洗浄剤の消費増大、バリデーションコスト、ならびに資本設備要件の増大によって、生産コストをさらに増加させる。ウイルスに対する結合容量を増大し得る新規技術が現在開発中であり、これらには、膜吸着剤、モノリス、および市販の樹脂系を用いたフロースルー吸着精製法が含まれる。膜吸着剤およびモノリスは、これらの用途での結合容量の増大を可能にし得るが、これらの技術は、一般に、それら自体の規模に限界があり、そのような精製媒体は極めて高コストであるので、使い捨てデバイスとしてのこれらの製品の使用は阻まれ、従来から価格に敏感なワクチン産業への採用をさらに制限する可能性がある。
概要
当技術分野で現在知られている精製技術の限界の多くに取り組むために、非常に低コストの熱可塑性繊維とその繊維の表面にリガンド官能性を含む新しいタイプのクロマトグラフィー媒体が開発されている。リガンドは、例えば、イオン交換によって、細胞培養物供給流からウイルスを選択的に結合することができる。結合したウイルスは、その後、例えばより高いイオン強度の溶出バッファーを使用することによるなど、溶液条件を変更すると、クロマトグラフィー媒体から遊離させることができる。繊維に基づく固定相は、無孔であり、高ウイルス結合容量を得るために十分な表面積を提供する複雑な表面構造を示す。ウイルス結合は繊維の表面上でのみ起こるので、多孔質ビーズに基づくバインド/エリュートシステムの場合に見られるような、ウイルス結合に伴うサイズ排除問題はない。さらに、ウイルス粒子は、対流によってリガンド部位へ直接輸送され得るため、そのシステムでは拡散限界はなく、ワクチン供給流は、例えば、はるかに速い流速またはより短い滞留時間で処理され得る。
ある特定の実施形態よれば、クロマトグラフィー媒体は、成形繊維から得られる。ある特定の実施形態では、成形繊維は、フィブリル構造または隆起構造を呈する(例えば、図1(b))。これらの隆起は、通常の繊維と比べて繊維の表面積を大幅に増加させることができる(例えば、図1(a))。従って、一般に、ベッド透過性の著しい低下および相応の流速低下をもたらす繊維径の縮小を行うことなく、高表面積が得られる。ある特定の実施形態に従う高表面積繊維の例は、Allasso Industries, Inc.(ローリー、NC)から市販されている「翼状」繊維である。Allasso社の翼状繊維の断面SEM画像を図1(d)に示す。これらの繊維は1g当たり約1〜14平方メートルの範囲の表面積を呈する。繊維媒体の表面積測定値は、クリプトンまたは窒素ガスを使用するブルナウアー、エメット、およびテラー(Brunauer, Emmett,and Teller)(BET)の方法のような、従来のガス吸着技術によって決定される。
また、陰イオン交換(AEX)官能性を、例えば、高表面積繊維に提供する表面ペンダント官能基を付加する方法も本明細書に開示される。このペンダント官能性は、インフルエンザなどのワクチンおよびウイルスのイオン交換クロマトグラフィー精製に有用である。
本明細書に開示する実施形態はまた、高表面積官能化繊維を含む媒体でワクチンおよびウイルスを精製するための方法に関する。これらの方法は、フロースルーモードまたはバインド/エリュートモードで実施することができる。
ある特定の実施形態によれば、本明細書に開示する媒体は、高いベッド透過性(例えば、300〜900ミリダーシー)、ビーズベースのクロマトグラフィー媒体と比べて低い材料コスト、20〜60mg/mL BSAの動的結合、高い分離効率(例えば、HETP<0.1cm)、50〜200mg/g IgGの静的結合容量、およびリガンド結合部位への吸着質の速い対流支配輸送を備えている。
ある特定の実施形態によれば、ユニークな高表面積の押出成形繊維(例えば、熱可塑性繊維)の使用により、0.5〜6mmの間の長さのカット繊維がランダムに配向した充填ベッドとして構成される場合、高流量透過性(液体)および等流分布が可能となる。そのような繊維表面を官能化する化学処理方法が提供され、吸着相互作用に基づいた分離が可能になる。化学処理方法は、イオン性、親和性、疎水性などの相互作用または相互作用の組合せのいずれかに基づいて、そのような繊維に様々な表面化学官能性を付与することができる。繊維生産と単純な表面化学処理プロセスを組み合わせた効率的使用によって、生物薬剤学ならびにワクチン生産およびウイルス精製において、経済的で容易に拡張可能な精製操作技術がもたらされる。
ある特定の実施形態によれば、拡散輸送の影響により接触時間がより長く、それゆえ、処理速度がより遅いビーズベースの媒体に対し、繊維表面への、また繊維表面からの溶質の物質輸送は、媒体を通る流体の対流によって大きく制御されることから、速い処理速度を可能にする吸着分離材料が提供される。ビーズ細孔の立体的制限により従来のビーズベースの媒体を用いて効率的に分離することができない、ウイルスなどの大きい生物学的種を捕捉または除去する能力が提供される。
(a)従来技術による繊維の概略図である。(b)ある特定の実施形態に従って使用することができる隆起繊維の概略図である。(c)ある特定の実施形態による、ペンダント基が付いた図1bの繊維の概略図である。(d)ある特定の実施形態に従って使用することができる隆起繊維のSEM画像である。(e)ある特定の実施形態による繊維の官能化の概略図である。 ある特定の実施形態による選択吸着剤についてのBSA−ラテックス粒子の静的結合容量のプロットである。 (a)〜(d)様々な繊維のSEM画像である。 AEX繊維媒体、ならびに選択した市販の膜吸着剤およびビーズベースのAEX媒体について収集したフロースルー画分のΦ6 LRVのプロットである。 溶出プールΦ6力価のプロットである。 ウイルスクリアランスの比較のプロットである。 インフルエンザウイルスブレイクスルーのプロットである。 インフルエンザウイルスブレイクスルーのプロットである。 フロースルーMVMクリアランスLRV値のプロットである。 ある特定の実施形態による、雪片の形をした繊維の断面図である。 ある特定の実施形態による、太陽の形をした繊維の断面図である。 ある特定の実施形態による、デージーの形をした繊維の断面図である。 (a)〜(e)ある特定の実施形態による、突起部および分岐状副突起部を有する繊維の断面図である。 (a)〜(d)ある特定の実施形態による、表面積が増大した成形繊維の断面図である。
詳細な説明
本明細書に開示する実施形態による成形繊維媒体は、繊維自体の表面にのみ依存する。成形繊維は高表面積だけでなくフローに対する高透過性も与えるため、容量および効率に関する性能目標を達成するために繊維担体上の利用可能な表面積を増すために、アガロースヒドロゲルまたは多孔質粒子を追加する必要がない。さらに、ヒドロゲルまたは多孔質粒子を追加することにより表面積を増大させる必要がないため、本明細書に記載する媒体の製造コストが最小限に抑えられる。
繊維は、任意の長さおよび直径のものであってよく、好ましくは、カット繊維もしくは短繊維または不織布である。繊維は、一体構造として接合されている必要はないが、個々の個別存在物として有効に機能することができる。繊維は、長さが不定の糸もしくはモノフィラメントなどの連続長の形態であってよく、または繊維は、不織布もしくは織布などの繊維材料(例えば、短繊維)を細断すること、結晶成長法などによって形成された連続長の繊維を個片に切断することなどによって、より短い個々の繊維の形にしてもよい。好ましくは、繊維は、熱可塑性ポリマー、例えば、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリアミド、熱可塑性ウレタン、コポリエステル、または液晶性ポリマーで作製されたものである。約1〜3デニールの繊維が好ましい。ある特定の実施形態では、繊維の断面長は約1μm〜約100μmであり、断面幅は約1μm〜約100μmである。1つの好適な繊維の断面長は約20μmであり、断面幅は約10μmであり、約1.5デニールである。約10,000cm2/g〜約1,000,000cm2/gの範囲の表面積を有する繊維が好適である。好ましくは、繊維の断面長は約10〜20μmである。
ある特定の実施形態では、繊維は、記載する用途に適合する適当なポートおよび寸法を有するデバイスまたは容器に容易に圧縮充填することができる。また、繊維は、不織布産業において一般的な、スパンボンディング法(連続フィラメント)または湿式堆積法(カット繊維)によって作出される不織布シート素材材料のような予備成形ベッド形式で使用することができる。好適な予備成形繊維形態としては、シート、マット、ウェブ、モノリスなどが挙げられる。
ある特定の実施形態では、繊維断面は、全体として翼状の形をしており、本体領域、およびその本体領域から外側へ放射状に延びている複数の突起部を有する。突起部は、繊維の長さに沿って延びる共線形チャネルのアレイを形成し、一般に、そのようなチャネルは、1繊維当たり20〜30本である。ある特定の実施形態では、突起部の長さは、本体領域の長さより短い。ある特定の実施形態では、繊維断面は、全体として翼状の形をしており、中間領域は、繊維の中心を下方に向かう縦方向の軸を含み、かつこの中間領域から延びる複数の突起部を有する(図1(d))。ある特定の実施形態では、複数の突起部は、中間領域からほぼ放射状に延びている。この構成の結果、これらの突起部によって複数のチャネルが画定される。突起部間の好適なチャネル幅は、約200〜約1000nm範囲である。好適な繊維は、米国特許出願公開第2008/0105612号に開示されており、この開示内容は、本明細書の一部として援用する。ある特定の実施形態では、繊維は、本体領域およびその本体領域から延びている1つまたは複数の突起部を含む。また、それらの突起部は、それらの突起部から延びている突起部を有していてよい。突起部は、直線状であっても曲線状であってもよい。突起部は、実質的に同じ長さのものでも異なる長さのものでもよい。本体領域は、突起部の厚さより大きい厚さを有する領域を有していてよい。典型的な形状としては、図10に示すような雪片形状、図11に示すような太陽形状、および図12に示すようなデージー形状が挙げられる。さらに詳しくは、図10の雪片形状は中央本体部分を含み、その中央本体部分から複数の突起部が外側へ延びている。これらの突起部の各々は、突起部からその長さに沿って外側へ延びている複数のより短い様々な長さの二次的突起部または副突起部を有する。また、図11に示す太陽形状も中央本体部分を含み、その中央本体部分から複数の曲線状の突起部が外側へ延びている。図12に示すデージー形状は、中央中実本体部分を含み、その中央中実本体部分から複数の突起部が外側へ延びており、これらの突起部にはこれ以上の突起部の追加はない。
本体領域は、中実(例えば、図12)または中空(例えば、図10および図11)であってよく、実質的に線形または非線形であってよい。他の例示的な形状としては、図13(a)〜(e)に示すような分岐構造を含む成形繊維が挙げられる。従って、図13(a)は、星形状であり、中実の中央本体領域を有し、その中央本体領域から6つの等ペース(equally paced)の直線状突起部が対称に外側へ延びている。図13(b)に示す繊維は、中実の中央本体領域を有し、その中央本体領域から直線状の突起部のセットが外側へ延びており、セット内の各突起部は同じ方向に延びている。図13(c)に示す繊維は、中央本体領域を有し、その中央本体領域から3つの等間隔の直線状突起部が異なる方向に延びている。各突起部は、その突起部から、末端自由端の二次的突起部または副突起部が中央本体領域に向かう角度で延びている。図13(d)の繊維は、二次的突起部または副突起部が中央本体領域から離れる角度で延びていることを除き、図13(c)のものと類似している。図13(d)の繊維は、各二次的突起部または副突起部では、その末端自由端に追加の突起部があることを除き、図13(d)のものと類似している。
他の例示的な形状としては、図14(a)〜(d)に示すように、中空コアを有する繊維、マイクロフィラメントバンドル、または波状リボンの形をした繊維が挙げられる。図14(a)および(b)は、中空コアおよび交互の山と谷を画定する複数の突起部を有する閉多角形を例示している。図14(c)は、各繊維間の間隙空間にアクセス可能な表面積を有する単一のフィラメントを形成するために、集合体として接合された繊維バンドルを例示している。図14(d)は、ジグザグのパターンを有する成形繊維を例示している。
繊維形状は、Hills、Inc.(西メルボルン、FL)製の異相構造繊維紡績機を使用して作出し得る。成形異相構造繊維は、市販の繊維紡績装置および米国特許第5,162,074号に記載されているような特注設計の繊維ダイスタックを使用して調製することができ、その開示内容は、本明細書の一部として援用する。2台の押出成形機が溶融加工可能な材料を一般的なスピンヘッドに供給する。スピンヘッドはダイスタックを含み、このダイスタックによって溶融物流は分割され、個別のフィラメントへと方向が変えられ、これらのフィラメントは、スピナレットを通って出た後に収束される。各フィラメントの断面は、一次材料および、所望の繊維形状に対するネガとなる二次材料により所望の繊維形状を有する。特徴サイズおよび近接の両面において、一次材料が押出成形されただけでは不可能である繊維断面における繊維の特徴付けが二次材料の存在によって可能になる。押出成形後、二次材料は、通常、溶解によって、取り除かれ、所望の断面を有する高表面積繊維が残される。繊維の最終断面の詳細は、ダイスタック、加工条件、スピナレット形状、ならびに一次ポリマーおよび二次ポリマーの選択の組合せによって決定される。
ダイスタックは、非常に入り組み、複雑で多様な断面を作出するために作製することができる。一次材料は、溶融紡糸することができる任意の材料、例えば、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレンなどであってよい。二次材料もまた、任意の溶融紡糸可能な材料であってよいが、二次材料は容易に取り除かれることが好ましい。従って、好ましい材料は、可溶性ポリマー、例えば、ポリ乳酸、ポリビニルアルコール、可溶性コポリエステルなどである。
ある特定の実施形態によれば、陰イオン交換官能性を高表面積繊維に提供する表面ペンダント官能基が取り付けられる。このペンダント官能性は、インフルエンザなどのワクチンおよびウイルスの陰イオン交換クロマトグラフィー精製に有用である。
高表面積繊維の表面官能化は、二段階プロセスによって達成することができる。好適な官能化法はグラフト重合であり、図1(e)に示すスキーム1に例示している。この実施形態では、高表面積繊維は、グリシジルメタクリレートモノマー、硝酸アンモニウムセリウム(IV)、およびHNO3の水溶液と35℃にて空気中で1時間反応させる。これらの条件下で、ナイロン繊維表面のセリウム酸化により、フリーラジカルが発生し、グリシジルメタクリレートポリマーの表面グラフト重合が開始される。このような条件下で、表面開始重合プロセスにより、重合されるグリシジルメタクリレートモノマーの重合の「触手」が生成される。このようにして、グリシジルメタクリレートポリマーは繊維表面に共有結合により取り付けられる。このようなプロセスは、グラフト重合として知られている。
第2の合成段階において、ある特定の実施形態では、ポリ(グリシジルメタクリレート)修飾繊維材料は、すぐに水で洗浄され、室温にて18時間、トリメチルアミン(25重量%)水溶液で処理される。これらの条件下で、ポリ(グリシジルメタクリレート)触手に残っているエポキシ基がトリメチルアミンと反応し、ワクチン精製用途に所望の陰イオン交換官能性を提供することができるペンダント陽イオン性トリメチルアルキルアンモニウム(Q)官能性を得ることができる。
好適なカラム充填密度約0.1〜0.4g/mlの間、好ましくは、約0.32g/mlで、ベッド高さ1〜5cmにより、クロマトグラフィー評価において許容される性能を得るために十分な流れの均一性が提供される。
ある特定の実施形態では、媒体(官能化充填繊維)は、ビーズベースの媒体とは異なり、乾燥した充填済み形態でユーザーに届けることができる。繊維は、熱的または化学的手段によって溶解して、圧力容器に収納することができる半剛体構造を形成することができる。このような構築によって、媒体および付属デバイスは、即時使用が可能である。クロマトグラフィー用のビーズベースの媒体は、一般的には、ばら材料(湿潤)として届けられ、この場合、圧力容器(カラム)に装填し、様々な手段によって、空隙またはチャネルのない十分に充填されたベッドを作出することがユーザーに求められる。一般的には、充填の均一性を確認するために追跡検査が必要である。これに対して、ある特定の実施形態によれば、製品が即時使用可能な状態で到着するため、ユーザーによる充填の必要はない。
成形繊維媒体は、多孔質クロマトグラフィービーズと比べて、その形態の性質によって特定の利点を提供する。一般には、ビーズベースのクロマトグラフィーでは、分離プロセスの律速段階は、拡散によって制御される、多孔質ビーズの深さへの吸着質(溶質)の浸透である。タンパク質などの高分子では、この拡散輸送は比較的遅くなることがある。本明細書に開示する高表面積繊維では、結合部位は、繊維の外側に露出しているため、フロー流中の吸着質分子のアクセスは容易である。このアプローチによって提供される迅速な輸送は、短い滞留時間(速い流速)を可能にし、それによって、擬似移動床システムなどの手段による媒体の迅速な循環を可能にする。処理速度は、生物学的製剤の生産において重要なパラメーターであるため、本明細書に記載する繊維ベースのクロマトグラフィー媒体は、従来のビーズベースの媒体と比べて、プロセス面で特定の利点を有する。
従来のクロマトグラフィー樹脂は、多孔質ビーズ、一般には、アガロース、合成ポリマー、およびシリカまたはガラスのビーズで始まる。これらの材料は、一般的に、高価であり、非官能化アガロースビーズは、1L当たり300ドル〜350ドルの間のコストがかかり、定孔ガラスは、1L当たり600ドル〜1000ドルの間のコストがかかる。これに対して、良好なクロマトグラフィー特性を得るのに適当な密度および厚さでの、本明細書に記載する高表面積繊維の不織布ベッドは、1L当たり20ドル〜50ドルの間のコストであると推定される。このコスト面での利点により、この新しいクロマトグラフィー媒体は、1回使用後、または最も多い可能性としては1回の生産運転で複数回のサイクルの後の使い捨てに好適な価格設定がなされた「使い捨て」技術(すなわち、1回使用)として市販することができる可能性が高くなる。
開示内容が本明細書の一部として援用される米国特許出願公開第2012/0029176号において開示されている実施形態の表面官能化繊維媒体(例えば、SP官能化Allasso社製繊維、SPF1)は、充填ベッド形式で高透過性を示している。充填密度に依存して、ベッド透過性は、14000ミリダーシー超〜1000ミリダーシー未満の範囲であり得る。低充填密度0.1g/mL(1gの媒体/9.3mLのカラム容量)では、線速度900cm/時間でベッド透過性14200ミリダーシーを測定により示した。この値は、広い速度範囲(400〜1300cm/時間)にわたって変わらない。このような挙動は、充填繊維ベッドが高い線速度で圧縮を受けないことを示している。表面官能化繊維媒体(SP官能化Allasso社製繊維、SPF1)をより高い充填密度0.33g/mL(1gの媒体/2.85mLのカラム容量)へとその後圧縮することにより、線速度900cm/時間でベッド透過性1000ミリダーシーとなった。同様に、この値1000ミリダーシーは、線速度範囲400〜1300cm/時間にわたって変わらなかった。好適な充填密度は、約0.1〜約0.5g/mlの間を含む。
バイオセパレーションに使用される従来の充填ベッド式イオン交換クロマトグラフィー媒体、例えば、ProRes−S(Millipore Corp、ビルリカ、MA)では、上記の場合と同様の寸法の充填ベッド(ベッド深さ3cm、内径11mmのヴァンテージ(Vantage)カラム、カラム容量2.85mL)で透過性の値1900ミリダーシーを測定により示した。膜吸着剤では、典型的な透過性の値は1〜10ミリダーシーの範囲にある。ProRes−Sでは、400〜1300cm/時間の速度範囲にわたってベッド透過性の著しい変化は測定により示されなかった。この挙動は半剛体ビーズ、例えば、ProRes−Sで予想されたが、より圧縮性の高い媒体(例えば、アガロースビーズ)は、充填ベッドの著しい圧縮による高い線速度(>200cm/時間)でのベッド透過性の著しい低下を示すと予想される。
高表面積繊維の表面官能化手順およびトリメチルアミンによるエポキシ環開環手順の例を下に示す(実施例1および実施例2)。
トリメチルアルキルアンモニウム(Q)触手官能化高表面積繊維(AEX繊維媒体)の調製。
実施例1.非修飾ナイロン繊維のグラフト重合。500mLのボトルに、Allasso社製ナイロン繊維10gおよび水(466mL)を入れた。1M HNO3溶液(14.4mL、14.4mmol)を反応混合物に加え、続いて、1M HNO3中硝酸アンモニウムセリウム(IV)0.4M溶液(1.20mL、0.480mmol)を加えた。反応混合物を15分間撹拌した。グリシジルメタクリレート(GMA、3.39g、24mmol)を加え、反応混合物を35℃に1時間加熱した。室温への冷却後、固体を脱イオン水で洗浄し(3×300mL)、湿った材料を次の工程ですぐに使用した。
実施例2.エポキシ官能化繊維のQ官能化(AEX繊維媒体)。2Lのボトルに、上の実施例1からの湿ったGMA官能化繊維、水(500mL)およびメタノール(500mL)中50重量%トリメチルアミン(水)溶液を入れた。混合物を室温で18時間撹拌した。続いて、繊維固体を、0.5M硫酸中0.2Mアスコルビン酸溶液(3×400mL)、脱イオン水(3×400mL)、1M水酸化ナトリウム溶液(3×400mL)、脱イオン水(3×400mL)およびエタノール(1×400mL)で洗浄した。材料を炉に入れ、40℃で48時間乾燥させた。11.74gの白色の繊維状固体を得た。
AEX繊維媒体の機能性能。実施例2に記載したAEX繊維媒体の性能を、下に示す実施例に記載するように、様々なウイルスクリアランスおよびワクチン精製用途について評価した。
実施例3.AEX繊維媒体のカラム充填。内径11mmのヴァンテージカラムに、25mM trisバッファー(pH8)100mL中の、上の実施例2に記載したAEX繊維媒体1.0gのスラリーを入れた。繊維媒体をベッド深さ3.0cm(カラム容量2.85mL、繊維充填密度0.35g/mL)に圧縮した。繊維ベッド透過性は、25mM Tris pH8バッファーを流速2.0mL/分でカラムに流し、電子圧力トランスデューサーによりカラム圧力降下を測定することによって評価した。繊維ベッド透過性の値を下の表1に示す。
実施例4.BSAコーティングラテックスビーズを使用したAEX繊維媒体へのウイルス結合のシミュレーション。Postnova Analytics Inc.製のBSAコーティングポリスチレンラテックス粒子(粒径100nm)を、インフルエンザウイルスのサイズ特性および電荷特性をシミュレーションするためのモデルとして使用した。BSA−ラテックス粒子の2mg/mL溶液をpH8の25mM Trisバッファーにより調製し、AEX繊維媒体の静的結合容量を決定し、市販のQタイプの樹脂(Q−セファロースファーストフロー、GE Healthcare Life Sciences Inc.)ならびに市販のQタイプの膜吸着剤(メンブレン−Q)の値と比較した。これらの結果を下の表2および図2に要約する。AEX繊維媒体の、BSAコーティングラテックス粒子に対する静的結合容量は、非官能化Allasso社製繊維媒体または市販のQ−セファロースファーストフロークロマトグラフィー樹脂のいずれと比べても著しく大きい。Q−セファロース樹脂の低結合容量は、大きなBSA−ラテックス粒子によりアクセス可能な、利用できる表面積が制限されていることによって説明できる。さらに、AEX繊維媒体の結合容量は、市販のメンブレン−Q膜吸着剤と同程度である。図3は、BSA−ラテックス粒子を使用した静的結合実験後のAEX繊維媒体および非修飾Allasso社製翼状繊維のSEM画像を示している。AEX繊維媒体では、かなりの量の粒子が観察され、繊維表面をほぼ完全に覆っている。非官能化Allasso社製繊維を使用した対照実験では、未処理のAllasso社製繊維の表面にごく少数の粒子しか吸着されない。この場合、結合は、BSA−ラテックス粒子と未処理Allasso社製繊維との間での非特異的結合相互作用に起因し得る。
実施例5.ウイルスのバインド/エリュート精製のための繊維媒体性能。バクテリオファージΦ6に対する静的結合容量および溶出回収の測定結果を下の表3に示す。5本のプラスチック遠心管に、実施例2のAEX繊維媒体および非官能化Allasso社製繊維サンプルを、下の表に記載する量で入れた。各繊維サンプルおよび対照のチューブに25mM Trisバッファー(pH8、0.18mg/mL HSA添加)5mLを加えて10分間撹拌しながら平衡化した。チューブを室温において卓上遠心機により4000rpmで10分間回転させ、繊維媒体をペレット化した。上清2.5mLを除去し、各チューブに25mM Trisバッファー(pH8、0.18mg/mL HSA添加)中1.7×107pfu/mLのΦ6溶液2.5mLを加えた。サンプルを室温で1時間撹拌した。その後、チューブを室温において卓上遠心機により4000rpmで15分間回転させ、繊維媒体をペレット化した。上清2.5mLを除去し、これらのサンプルを、結合していないΦ6について、プラーク形成アッセイによりアッセイした。チューブを25mM Trisバッファー(pH8、0.18mg/mL HSA添加)洗浄液2.5mLで3回、遠心分離しながら洗浄し、各洗浄と上清2.5mLの除去の間で繊維媒体をペレット化した。洗浄後、各チューブに25mM Trisバッファー(pH8、0.18mg/mL HSA添加)中1.0M NaCl溶液2.5mLを加えた(総容量5mL、最終NaCl濃度は0.5Mである)。サンプルを室温で10分間撹拌した。その後、チューブを室温において卓上遠心機により4000rpmで10分間回転させ、繊維媒体をペレット化した。上清2.5mLを除去し、これらの溶出サンプルを、プラーク形成アッセイにより溶出したΦ6についてアッセイした。実施例2のQ官能化触手繊維媒体は、有意なバクテリオファージΦ6の対数減少値(LRV)3.1および溶出回収率40%を示している。この性能は、商業的なウイルスクロマトグラフィー用途で使用されている膜ベースの陰イオン交換媒体と同程度である。本発明のQ官能化繊維媒体は、フロースルーウイルスクリアランスもしくはバインド/エリュートウイルス精製用途に向けて、充填済みデバイス形式またはクロマトグラフィーカラムに組み込むことができる。これに対して、非官能化Allasso社製繊維サンプルは、Φ6バクテリオファージに対する結合容量をほとんど示していない(Φ6 LRV=0)。
実施例6.Φ6のLRV、Φ6結合容量、および溶出プールΦ6回収量の決定。実施例3に記載したプロセスに従って、実施例2からのAEX繊維媒体を使用して、2本の内径11mmのヴァンテージカラムに充填した。AEX繊維媒体カラムをBioCADクロマトグラフィーワークステーションに取り付け、HETP、ピークの非対称性を、2%アセトン溶液30μl注入および溶出剤として25mM Tris(pH8)バッファーを流速3.2mL/分(線速度200cm/時間)で用いて測定した。HETPおよびピークの非対称はそれぞれ、0.08cmおよび2.8を測定により示した。AEX繊維媒体カラムを、シュードモナスバクテリオファージΦ6供給流(0.0625%HSA添加25mM Tris pH8中1.0×109pfu/mL)を用いて、動的結合容量、ウイルスの対数減少値(LRV)、およびΦ6回収について試験し、性能を、2つの市販の陰イオン交換膜吸着剤および市販のビーズベースの陰イオン交換体と比較した。AEX繊維媒体カラムを、35CVの0.0625%HSA添加25mM Tris pH8で平衡化した。その後、各カラムに、140CVのシュードモナスバクテリオファージΦ6供給流(0.0625%HSA添加25mM Tris pH8中約9.3×108pfu/mL)溶液をロードし、20×フロースルー画分7CVを収集した。ロード後、カラムを、30CVの0.0625%HSA添加25mM Tris pH8で洗浄した。結合されたΦ6を、15CVの0.0625%HSA添加25mM Tris pH8中1.0M NaCl溶液で溶出した。フロースルーサンプル、洗浄サンプル、および溶出サンプルを、プラーク形成アッセイによりΦ6力価について分析した。同様の手順に従って、膜吸着デバイスおよびQ−セファロースファーストフローカラムを評価した。これらのデバイスを、15CVの0.0625%HSA添加25mM Tris pH8で平衡化した。その後、各カラムに、140CVのシュードモナスバクテリオファージΦ6供給流(0.0625%HSA添加25mM Tris pH8中約1.4×109pfu/mL)溶液をロードし、5×フロースルー画分28CVを収集した。ロード後、カラムを、15mLの0.0625%HSA添加25mM Tris pH8で洗浄した。結合されたΦ6を、15CVの0.0625%HSA添加25mM Tris pH8中1.0M NaCl溶液で溶出した。フロースルーサンプル、洗浄サンプル、および溶出サンプルを、プラーク形成アッセイによりΦ6力価について分析した。性能データを下の表4ならびに図4および図5に要約する。膜吸着剤(ザルトバインド−Q(Sartobind−Q)およびクロマソルブ(ChromaSorb))ならびにQ−セファロースファーストフロー樹脂は総て、Φ6に対して非常に低い結合容量を示した。これは、Φ6の早期ブレイクスルー、およびそれに対応した、最初の28CVフロースルー時点について表で報告した低いΦ6 LRV値によって示されている。膜吸着デバイスおよびQ−セファロース樹脂カラムについて報告した溶出プールのΦ6力価もまた、かなり低く、これらの材料がΦ6バクテリオファージに対して低結合容量であることをさらに反映している。これに対して、AEX繊維媒体カラムでは、本発明者らは、Φ6に対してずっと高い結合容量を見出し、同じ28CVフロースルー時点でΦ6 LRVは約3である。溶出プールのΦ6力価は比較サンプルよりずっと高く、最終Φ6力価はΦ6ロード力価より高い。これは、AEX繊維媒体カラムのΦ6結合容量がかなりのものであり、この媒体は出発供給より高い値までΦ6バクテリオファージを濃縮することが可能であることを示している。
実施例7.バクテリオファージΦX174のLRVの決定。実施例3に記載したプロセスに従って、実施例2からのAEX繊維媒体を使用して、2本の内径11mmのヴァンテージカラムに充填した。AEX繊維媒体カラムをBioCADクロマトグラフィーワークステーションに取り付け、HETPおよびピークの非対称性を、2%アセトン溶液30μl注入および溶出剤として25mM Tris(pH8)バッファーを流速3.2mL/分(線速度200cm/時間)で用いて測定した。HETPおよびピークの非対称はそれぞれ、0.10cmおよび2.0を測定により示した。AEX繊維媒体カラムを、ΦX174供給流(25mM Tris pH8中1.28×107pfu/mL)を用いて、ウイルスの対数減少値(LRV)について試験し、性能を、2つの市販のクロマソルブ(商標)陰イオン交換膜吸着剤と比較した。AEX繊維媒体カラムを、35CV(100mL)の25mM Tris pH8で平衡化した。その後、各カラムに、380CV(1080mL)のバクテリオファージΦX174供給流(25mM Tris pH8中1.28×107pfu/mL)溶液をロードし、100CV、200CV、300CV、および370CV時点で4×フロースルーグラブ画分1mLを収集した。同様の手順に従って、クロマソルブ(商標)膜吸着デバイスを評価した。これらのデバイスを、30mL(375CV)の25mM Tris pH8で平衡化した。その後、各デバイスに、750CV(60mL)のバクテリオファージΦX174供給流(25mM Tris pH8中約1.28×107pfu/mL)溶液をロードし、25CV、375CVおよび750CV時点で3×フロースルーグラブ画分1mLを収集した。フロースルーグラブサンプルを、プラーク形成アッセイによりΦX174力価について分析した。性能データを下の表5および図6に要約する。これらの条件下では、AEX繊維媒体カラムおよびクロマソルブ(商標)膜吸着デバイスはどちらも、良好なΦX174ウイルスクリアランス性能を示し、ΦX174のLRV値は4より大きいかまたは4にほぼ等しい。
実施例8.清澄MDCK細胞培養物からのインフルエンザウイルスのバインド・エリュート法による精製。実施例3に記載した手順に従って、実施例2からのAEX繊維媒体を11mmヴァンテージカラムに充填した。AEX繊維媒体の性能を、インフルエンザウイルスのバインド/エリュート精製に関して、市販のAEXビーズおよび膜吸着剤と比較した。市販の充填済みQタイプ樹脂ハイトラップ(HiTrap)(商標)Q FF(GE Healthcare Life Sciences Inc.PN:17−5053−01)ならびに市販の強塩基性AEX膜吸着デバイス(ザルトバインド(登録商標)−Q、ザルトリウス(Sartorius)AG PN:Q5F)を比較のために選択した。インフルエンザウイルス細胞培養物は、マイクロキャリア沈降、デカンテーション、その後、不溶性の混入物を除去するためのステリカップ(Stericup)(登録商標)−GPフィルターユニット(EMD Millipore PN:SCGPU11RE)による濾過によって回収した。血球凝集(HA)アッセイにより、インフルエンザウイルス濃度は出発供給で9131HAU/mLと決定された。総てのデバイスを、少なくとも5カラム容量(CV)の0.1M NaCl含有ソレンセン(Sorensen)リン酸ナトリウムバッファーpH7.2で平衡化した。この同じバッファーを洗浄工程に使用した。1.5M NaCl含有ソレンセンリン酸ナトリウムバッファーpH7.2を溶出バッファーとして使用した。試験は、AEX繊維媒体およびハイトラップQ FFデバイスについて二反復で行った。カラムには小型蠕動ポンプを使用して送り、膜デバイスには10mLシリンジによって、遅い定常圧力を用いて送った。フロースルーサンプル、ロードサンプル、および溶出サンプルを収集し、HAアッセイにより試験した。試験パラメーターおよび結果を下の表6および表7ならびに図7に要約する。この評価から、ビーズベースのハイトラップ(商標)Q FF陰イオン交換体で低いインフルエンザウイルス結合容量が認められる。これは、ザルトバインド(登録商標)−Q膜吸着剤(Q5F)と比べて、その早期のインフルエンザウイルスブレイクスルーによって明らかである。ザルトバインド(登録商標)−Q膜吸着剤は、インフルエンザウイルスに対してより高い結合容量を示しており、溶出後、結合されたインフルエンザウイルスは収率57%で回収される。供給制限により、AEX繊維媒体デバイスには、インフルエンザウイルスを7.6×105HAU/mLまでしかロードしておらず、この物質は収率34〜67%で回収された。ビーズベースのハイトラップ(商標)Q FF陰イオン交換媒体と比べて、AEX繊維媒体カラムは、インフルエンザウイルスに対してずっと高い結合容量を示しており、これらのデバイスは、ザルトバインド(登録商標)−Q(Q5F)膜吸着剤と少なくとも同じくらい高いインフルエンザウイルス結合容量を示し得る。
実施例9.清澄MDCK細胞培養物からのインフルエンザウイルスのバインド・エリュート法による精製。実施例3に記載した手順に従って、実施例2からのAEX繊維媒体を11mmヴァンテージカラムに充填した。AEX繊維媒体の性能を、インフルエンザウイルスのバインド/エリュート精製に関して、市販のAEXビーズと比較した。市販の充填済みQタイプ樹脂:ハイトラップ(商標)Q FF(GE Healthcare Life Sciences Inc.PN:17−5053−01)を比較のために選択した。インフルエンザウイルス細胞培養物は、マイクロキャリア沈降、デカンテーション、その後、不溶性の混入物を除去するためのステリカップ(登録商標)−GPフィルターユニット(EMD Millipore PN:SCGPU11RE)による濾過によって回収した。血球凝集アッセイにより、インフルエンザウイルス濃度は出発供給で4389HAU/mLと決定された。総てのデバイスを、少なくとも5カラム容量(CV)の0.1M NaCl含有ソレンセンリン酸ナトリウムバッファーpH7.2で平衡化した。同じバッファーを洗浄工程に使用した。1.5M NaCl含有ソレンセンリン酸ナトリウムバッファーpH7.2を溶出バッファーとして使用した。試験は二反復で行った。カラムには小型蠕動ポンプを使用して送った。フロースルーサンプル、ロードサンプル、および溶出サンプルを収集し、HAアッセイにより試験した。試験パラメーターおよび結果を下の表8および表9ならびに図8に要約する。この評価から、ビーズベースのハイトラップ(商標)Q FF陰イオン交換体で低いインフルエンザウイルス結合容量が認められる。これは、AEX繊維媒体カラムと比べて、その早期のインフルエンザウイルスブレイクスルーによって明らかである。AEX繊維媒体はインフルエンザウイルスに対して著しく高い結合容量を示しており、溶出後、結合されたインフルエンザウイルスは収率42%で回収される。供給制限により、AEX繊維媒体デバイスには、インフルエンザウイルスを1.05×106HAU/mLまでしかロードしておらず、このロードレベルまでインフルエンザウイルスブレイクスルーは観察されなかった。
実施例10.MVMのLRVの決定。実施例3に記載したプロセスに従って、実施例2からのAEX繊維媒体を使用して、2本の内径6.6mmのオムニフィット(Omnifit)カラムに充填した。各カラムに、AEX繊維媒体0.35gを、ベッド深さ3.0cmおよびカラム容量1mLに充填した。AEX繊維媒体カラムのウイルスクリアランス性能を、17.6g/Lのマウス微小ウイルス(MVM)感染mAb供給流(2.0×106 TCID50/mL)を用いて評価し、その性能を、2つの市販のクロマソルブ(商標)デバイスおよび1つのザルトバインド−Q陰イオン交換膜吸着剤と比較した。関連mAb供給流のより良いシミュレーションを行うために、供給には約84ppmの宿主細胞タンパク質(HCP)混入物を含めた。AEX繊維媒体カラムを、100CV(100mL)の25mM Tris pH7で平衡化した。その後、各カラムに411CV(411mL)のMVM感染mAb供給流をロードし、完了量0.2kg/L、1.8kg/L、3.5kg/L、5.2kg/L、および7.0kg/L mAbの時点で、5×フロースルーグラブ画分1mLを収集した。同様の手順に従って、クロマソルブ(商標)デバイスおよびザルトバインド(登録商標)−Qの膜吸着デバイスを評価した。これらのデバイスを、10mL(125CV)の25mM Tris pH7で平衡化した。その後、クロマソルブ(商標)デバイスおよびザルトバインド(登録商標)−Qデバイスに、400CV(クロマソルブ(商標)デバイスの場合32mL、ザルトバインド(登録商標)−Qデバイスの場合56mL)のMVM感染mAb供給流をロードし、完了量0.2kg/L、1.8kg/L、3.5kg/L、5.2kg/L、および7.0kg/L mAbの時点で、5×フロースルーグラブ画分1mLを収集した。注:ザルトバインド(登録商標)−Q膜吸着デバイスについては、完了量5.2kg/Lおよび7.0kg/L mAbの時点で収集を行わなかった。フロースルーグラブサンプルを、TCID50アッセイによってMVM感染について分析した。性能データを下の表10および図9に要約する。これらの条件下では、AEX繊維媒体カラムおよびクロマソルブ(商標)膜吸着デバイスはどちらも、良好なMVMウイルスクリアランス性能を示し、7kg/Lほどの高いmAb完了量レベルでMVM LRV値≧4である。これに対して、市販のザルトバインド(登録商標)−Q膜吸着デバイスは、低いmAb完了量レベルで3未満の低いMVM LRV値を示している。

Claims (9)

  1. サンプル中のウイルスを精製する方法であって、前記サンプルを繊維媒体のベッドと接触させることを含み、前記媒体中の繊維は、本体領域および前記本体領域から延びている複数の突起部を含み、前記繊維は、クロマトグラフィーを可能にする官能性をその上に付与されている、方法。
  2. 前記官能性が前記繊維にグラフトされている、請求項1に記載の方法。
  3. 前記官能性がフロースルーモードでの精製を可能にする、請求項1に記載の方法。
  4. 前記官能性がバインド/エリュートモードでの精製を可能にする、請求項1に記載の方法。
  5. 前記イオン交換官能性が陽イオン交換官能性であり、かつ、前記精製が5〜8の範囲のpHで実施される、請求項1に記載の方法。
  6. 前記官能性が陰イオン交換官能性であり、かつ、前記精製が7〜9の範囲のpHで実施される、請求項1に記載の方法。
  7. 前記繊維がトリメチルアミンで官能化されている、請求項1に記載の方法。
  8. 前記ウイルスがインフルエンザウイルスである、請求項1に記載の方法。
  9. 繊維がデージー、雪片および太陽形からなる群から選択される形状を有する、請求項1に記載の方法。
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