JP2020504172A - 免疫グロブリン結合ポリペプチドおよびオリゴペプチドの免疫グロブリン結合容量を増加するための組成物および方法 - Google Patents
免疫グロブリン結合ポリペプチドおよびオリゴペプチドの免疫グロブリン結合容量を増加するための組成物および方法 Download PDFInfo
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Abstract
免疫グロブリン結合容量が向上した材料を生成するための組成物および方法を提供し、この材料は、その部分がポリペプチドドメインを含有する、完全長もしくは短縮型のプロテインA、プロテインG、プロテインA/G、プロテインLおよび他の免疫グロブリン結合タンパク質もしくはペプチド、またはポリペプチドとオリゴペプチドの組合せを含む。また、免疫グロブリンまたは免疫グロブリン含有タンパク質を分離するための、部分を含む分離マトリックス、および分離マトリックスを使用する方法を提供する。
Description
関連出願
本願は、2016年12月12日に出願され、“Compositions and Methods for Increasing the Immunoglobulin Binding Capacities of Immunoglobulin−Binding Polypeptides and Oligopeptides”と題する、発明者がRajiv DatarおよびCarole Marie Laine'である仮出願番号第62/432,807号の利益を主張している。
本願は、2016年12月12日に出願され、“Compositions and Methods for Increasing the Immunoglobulin Binding Capacities of Immunoglobulin−Binding Polypeptides and Oligopeptides”と題する、発明者がRajiv DatarおよびCarole Marie Laine'である仮出願番号第62/432,807号の利益を主張している。
技術分野
IgG結合オリゴペプチドと組み合わせた完全長または短縮型のプロテインAの誘導体の組成物および使用方法を提供する。
IgG結合オリゴペプチドと組み合わせた完全長または短縮型のプロテインAの誘導体の組成物および使用方法を提供する。
背景
モノクローナル抗体(MAb)薬物の数は、増え続けている。2008年、MAbは、150億米ドルを超える収益を挙げ(Leavy O.2010年Nat. Rev. Immunol 10巻:297頁)、MAbをすべての生物療法で最も収益の高いカテゴリーに属するものとした。2011年9月および11月に公開されたVisiongainの報告(Visiongain 2011年London、UK、www.visiongain.com/Report/685/Therapeutic-Monoclonal-Antibodies-World-Market-2011-2021;Visiongain2011年London、UK、www.visiongain.com/Report/712/Next-Generation-Antibody-Therapies-Pipeline-and-Market-2011-2021)によれば、世界のMAb市場は、2015年に623億ドルに達し、次世代治療抗体の収益は、2015年に23億ドルに達する。規制当局が、バイオシミラー抗体のための承認経路を明らかとしたため、バイオシミラー抗体もまた、既存の市場に参入し始めている。多くの抗体薬物は、がんおよび自己免疫疾患を治療し、他の多くは、希少疾患および感染性疾患の治療に使用する。残念ながら抗体は、その精製および特徴付けを複雑とする、多様なパラメーターにおいて複雑なタンパク質であり、厳格な治療学的要件を満たすことを、その開発者にとって困難なものとしている。
モノクローナル抗体(MAb)薬物の数は、増え続けている。2008年、MAbは、150億米ドルを超える収益を挙げ(Leavy O.2010年Nat. Rev. Immunol 10巻:297頁)、MAbをすべての生物療法で最も収益の高いカテゴリーに属するものとした。2011年9月および11月に公開されたVisiongainの報告(Visiongain 2011年London、UK、www.visiongain.com/Report/685/Therapeutic-Monoclonal-Antibodies-World-Market-2011-2021;Visiongain2011年London、UK、www.visiongain.com/Report/712/Next-Generation-Antibody-Therapies-Pipeline-and-Market-2011-2021)によれば、世界のMAb市場は、2015年に623億ドルに達し、次世代治療抗体の収益は、2015年に23億ドルに達する。規制当局が、バイオシミラー抗体のための承認経路を明らかとしたため、バイオシミラー抗体もまた、既存の市場に参入し始めている。多くの抗体薬物は、がんおよび自己免疫疾患を治療し、他の多くは、希少疾患および感染性疾患の治療に使用する。残念ながら抗体は、その精製および特徴付けを複雑とする、多様なパラメーターにおいて複雑なタンパク質であり、厳格な治療学的要件を満たすことを、その開発者にとって困難なものとしている。
治療抗体構造における天然の多様性と操作された多様性の両方のために、MAbの精製技術に関して言えば、「万能」なものはない。最も近似的に汎用される方法は、プロテインAアフィニティークロマトグラフィーであり、これは抗体生成に貢献する主力技術となった。しかし、プロテインAは、高価であり(従来のクロマトグラフィー樹脂を1桁超えるコストにより)、プロテアーゼによる分解を受けやすく(切断されたドメインが、MAb生成物に付着し得る、分離を複雑化する問題)(Carter-Franklin, JNら2007年J. Chromatogr. A1163巻、2007年105〜111頁)、カラム洗浄および溶出条件に対して十分には安定しない。さらに、プロテインAは、免疫調節応答を生じ、能力が制限されて、最新の上流フィードにおいて見られるような次第に高まる力価を順応させる。
Leavy O.2010年Nat. Rev. Immunol 10巻:297頁
Visiongain 2011年London、UK、www.visiongain.com/Report/685/Therapeutic-Monoclonal-Antibodies-World-Market-2011-2021
Visiongain2011年London、UK、www.visiongain.com/Report/712/Next-Generation-Antibody-Therapies-Pipeline-and-Market-2011-2021
Carter-Franklin, JNら2007年J. Chromatogr. A1163巻、2007年105〜111頁
抗体精製の分野は進歩しているが、そこに関連する企業間では、新技術に投資、導入し、および/または精製技術をさらに進展させるのにいくぶん二の足を踏んでいた。新規の代替物は、「破壊的」であるとして記載されており(Low, Dら2007年J. Chromatog. B 848巻(1号)S48〜S63頁)、プロテインAは、しばらくの間、商業規模のMAb精製に使用され続けるであろうと予測している(Low, Dら2007年J. Chromatog. B 848巻(1号)S48〜S63頁;Shukla, AAら2007年J. Chromatogr. B 848巻(1号)S28〜S39頁)。生成コストを低下し、そのような資金を分配し、それによって医薬をより患者の手に届くものとすることが産業において必要とされている。バイオシミラー(またはバイオ後続品)の出現およびこのような製品に出資しようとする益々多くの企業により、IgG精製のための新規のアプローチに関する必要性を作り出している(Gagnon, P. 2012年J. Chromatogr. A1221巻、57〜70頁)。
実施形態の要旨
本発明の態様は、免疫グロブリンまたは免疫グロブリン含有化合物に結合する操作されたポリペプチドであって、プロテインA、プロテインG、プロテインA/G、プロテインL、および他の免疫グロブリン結合タンパク質、ならびにそれらの機能性バリアントまたは部分の群から選択される、少なくとも1つの天然に存在するかまたは組換え免疫グロブリン結合タンパク質の少なくとも1つの機能性部分を含み、少なくとも1つの合成の機能性免疫グロブリン結合オリゴペプチドと、結合タンパク質の末端アミノ酸残基または内部リシンのような内部残基において化学的にコンジュゲートまたは遺伝子融合している、ポリペプチドを本明細書において提供する。
本発明の態様は、免疫グロブリンまたは免疫グロブリン含有化合物に結合する操作されたポリペプチドであって、プロテインA、プロテインG、プロテインA/G、プロテインL、および他の免疫グロブリン結合タンパク質、ならびにそれらの機能性バリアントまたは部分の群から選択される、少なくとも1つの天然に存在するかまたは組換え免疫グロブリン結合タンパク質の少なくとも1つの機能性部分を含み、少なくとも1つの合成の機能性免疫グロブリン結合オリゴペプチドと、結合タンパク質の末端アミノ酸残基または内部リシンのような内部残基において化学的にコンジュゲートまたは遺伝子融合している、ポリペプチドを本明細書において提供する。
例えば、ポリペプチドは、前記群からの複数の前記機能性部分および/または前記機能性結合タンパク質部分のうちの1つの反復を含有する。ポリペプチドは、別の実施形態では、少なくとも2つの機能性部分をつなぐ少なくとも1つの連結エレメントをさらに含む。例えば、連結エレメントは、アミノ酸配列を有し、アミノ酸を約1800個未満、またはアミノ酸を約95個未満含有する。例えば、連結エレメントは、アミノ酸を約2〜約54個、またはアミノ酸を約4〜約10個含有する。
ポリペプチドの実施形態では、結合タンパク質の機能性部分は、配列番号1、2、3、4、5、6、7、11、14、15、16および17、ならびにその機能性バリアントおよび部分の群から選択されるアミノ酸配列を有する。ポリペプチドの実施形態では、オリゴペプチドは、配列番号8〜10および18〜23のアミノ酸配列、このようなアミノ酸配列の機能性バリアントおよび部分、この配列の複数のコピーを有する反復、ならびにこれらの配列の機能性保存的アミノ酸置換のうちの少なくとも1つから選択される。
ポリペプチドの種々の実施形態では、機能性部分は、標的とするクラスのIgG免疫グロブリンまたは免疫グロブリン含有化合物に結合するために選択され、ポリペプチドは、高速流量動態を特徴とする大容量捕捉床に分離マトリックス媒体をさらに含有する。
免疫グロブリンまたは免疫グロブリン含有化合物に結合する操作されたポリペプチドであって、プロテインA、プロテインG、プロテインA/G、プロテインL、および他のIg結合タンパク質、ならびにそれらの機能性バリアントまたは部分の群から選択される天然に存在するかまたは組換えの免疫グロブリン結合タンパク質またはオリゴペプチドの少なくとも1つの機能性部分を含有するポリペプチドにおいて、改良が、機能性部分またはその機能性バリアントもしくは部分のアミノ酸配列またはその部分の少なくとも1つのコピーを含有し、そしてさらに末端アミノ酸残基に化学的にコンジュゲートもしくは遺伝子融合しているか、または内部リシンのような内部残基内でコンジュゲートもしくは融合している少なくとも1つのオリゴペプチドを含む。
本発明の態様では、固体支持体とカップリングしている、本明細書に記載のポリペプチドを含む分離マトリックスを提供する。例えば、固体支持体は、好ましくは、ビーズおよびシートの群から選択される形態を有する医療グレードの多孔質ポリ塩化ビニル(PVC)媒体を含む。他の例では、PVC媒体は、多孔質タンパク質吸着性支持体表面で包埋されるか、またはそれを構成し、媒体は、より大きい孔径が平均で約0.5〜5.0マイクロメートルの範囲であり、より小さい孔径が平均で約0.003〜0.3マイクロメートルの範囲である二峰性孔径分布を有する。種々の実施形態では、支持体表面材料は、セルロース、アガロース、ナイロン、多孔質メタロイド酸化物、多孔質金属酸化物、および多孔質混合金属酸化物、シリカ粒子、シリカゲル、調節多孔ガラス、アルミナ、スタニア(stannia)、チタニア、ならびにジルコニアからなる群から選択される。種々の実施形態では、ポリペプチドならびに固体支持体および支持体表面材料が、単一点付着によりカップリングしている。あるいは、分離マトリックスは一般に、固体支持体であり、支持体表面材料が、複数付着によりカップリングしている。
本明細書において提供する本発明の分離マトリックスの態様は、非常に高い結合容量を有し、例えば、ポリペプチドの免疫グロブリン結合容量は、少なくとも約25mg/ml床体積、少なくとも約50mg/ml床体積、少なくとも約75mg/ml床体積である。さらに、分離マトリックスは、少なくとも約500倍、1000倍、2000倍、または少なくとも約3000倍のスケールアップファクタの増加にわたって、線形で再現性のあるスケールアップ容量を有する。種々の実施形態の分離マトリックスは、固体支持体および支持体表面材料の少なくとも1つに付着する少なくとも1つのリンカーを含む。一般に、リンカーは、アミノ酸配列、ランダムアミノ酸ポリマー、ポリエチレングリコールから選択され、化学的に、または遺伝子融合によりポリペプチドに共有結合で付着している。
本発明の態様では、QPQMSHM(配列番号9);KPGKEDNN(配列番号10);CPSTHWK(配列番号18);NVQYFAV(配列番号19);ASHTQKS(配列番号20);TNIESLK(配列番号21);NCHKCWN(配列番号22);および、SHLSKNV(配列番号23)の群から選択されるアミノ酸配列を有するオリゴペプチドを含む組成物を提供する。例えば、本発明の態様では、配列番号16または17によるアミノ酸配列を有するポリペプチドを提供する。種々の実施形態は、85%同一、90%同一、95%同一または98%同一であるアミノ酸配列を含む。他の実施形態は、これらのオリゴペプチドのいずれかの少なくとも1つのコピーを含有するポリペプチドまたはタンパク質を含む。さらに他の実施形態は、樹脂、膜、フィルター、およびビーズの群から選択される支持体に固定されている、本発明のオリゴペプチドまたはポリペプチド組成物のいずれかを含有するクロマトグラフィー用媒体を含む。これらの組成物は、欠失、付加、または保存的置換に起因する1つまたは複数の変化から生じる、最大15%のアミノ酸配列の変化を有するいずれかを含む。
本発明の態様では、免疫グロブリンを生体試料から精製する方法であって、免疫グロブリンを、分離マトリックスに選択的かつ特異的に結合させるためのイオン強度およびpHの条件下で試料を接触させるステップ、および他の試料成分を通過させるステップ、および必要に応じてカラムを洗浄するステップ、および結合した免疫グロブリンを、ローディングバッファーと比較して:減少したpH、増大したpH、増大したイオン強度、および競合的結合リガンドの存在からなる群から選択される特徴付けられる群から選択されるものを含有する溶出バッファーを用いてマトリックスから溶出するステップであって、それによって免疫グロブリンを精製するステップを含む、方法を提供する。
この方法の実施形態では、分離マトリックスは、ポリペプチド、または複数のポリペプチドからなり、これはそれぞれ、少なくとも1つまたは複数のオリゴペプチドを含み、このポリペプチドおよびオリゴペプチドはそれぞれ、非同一であり、免疫グロブリンのクラスに対して非同一の親和性を有し、この方法は、IgG1、IgG2、IgG3、IgG4、IgM、IgA、IgEおよびIgDの群から選択される、少なくとも1つまたは複数の抗体型を精製するステップをさらに含む。代替実施形態では、方法は、IgG種のみ、例えば、抗体型IgG1、IgG2、IgG3およびIgG4のすべてのうちの1つまたは複数を選択的に精製するステップをさらに含む。
詳細な説明
プロテインA:プロテインAは、Staphylococcus aureusの細胞壁に係留された42kDaのタンパク質であり(Sjoquist, Jら1972年Eur. J. Biochem.30巻(1号)190〜194頁)、免疫グロブリン(IgG)と選択的に相互作用する能力を有する(Langone, JJ.1982年 Adv. Immunol.32巻、157〜252頁)。これは、IgG3を除いたヒトIgGのすべてのクラスに強力に結合する( Langone、JJ 上記)。完全長のプロテインAは、5つの相同ドメイン(N末端からのそれらの配列順にE、D、A、BおよびCと呼ばれる)および1つの細胞壁関連ドメイン( Lofdahlら1983年上記;Guss, B,ら1984年Eur. J. Biochem.138巻(2号)413〜420頁)からなる。プロテインAは、当初は、S. aureusのCowan株を培養し、タンパク質を細菌細胞壁から抽出することにより生成した(Sjoquist, Jら1972年Eur. J. Biochem.29巻(3号)572〜578頁)。天然のS. aureusプロテインAの配列を図2(配列番号1)に示す。S. aureusの株は、その培養上清中にプロテインAを分泌することが後に見出された(Lindmark, Rら1977年Eur. J. Biochem.74巻(3号)623〜628頁)。組換えDNA技術が進歩するにつれて、プロテインAは、その細胞壁ドメインを有しない断片として、Escherichia coliを発現宿主として使用して発現した(Duggleby, CJら1983年Nucl. Acids Res.11巻(10号)3065〜3076頁;Hammond, PMら1990年Ann. NY Acad. Sci.613巻、863〜867頁;Cai, Sら1992年Chin. J. Biotechnol.8巻(2号)93〜98頁;Engel, Hら1992年Prot. Expr. Purif 3巻(2号)1992年:108〜113頁)。プロテインAの種々の操作された誘導体を図10〜12に示す。この誘導体は、発現するように、かつ細胞内の細胞膜周辺腔内に、または細胞外の細菌発現ベクターおよび宿主細胞内にそれぞれ位置するように操作した。
プロテインA:プロテインAは、Staphylococcus aureusの細胞壁に係留された42kDaのタンパク質であり(Sjoquist, Jら1972年Eur. J. Biochem.30巻(1号)190〜194頁)、免疫グロブリン(IgG)と選択的に相互作用する能力を有する(Langone, JJ.1982年 Adv. Immunol.32巻、157〜252頁)。これは、IgG3を除いたヒトIgGのすべてのクラスに強力に結合する( Langone、JJ 上記)。完全長のプロテインAは、5つの相同ドメイン(N末端からのそれらの配列順にE、D、A、BおよびCと呼ばれる)および1つの細胞壁関連ドメイン( Lofdahlら1983年上記;Guss, B,ら1984年Eur. J. Biochem.138巻(2号)413〜420頁)からなる。プロテインAは、当初は、S. aureusのCowan株を培養し、タンパク質を細菌細胞壁から抽出することにより生成した(Sjoquist, Jら1972年Eur. J. Biochem.29巻(3号)572〜578頁)。天然のS. aureusプロテインAの配列を図2(配列番号1)に示す。S. aureusの株は、その培養上清中にプロテインAを分泌することが後に見出された(Lindmark, Rら1977年Eur. J. Biochem.74巻(3号)623〜628頁)。組換えDNA技術が進歩するにつれて、プロテインAは、その細胞壁ドメインを有しない断片として、Escherichia coliを発現宿主として使用して発現した(Duggleby, CJら1983年Nucl. Acids Res.11巻(10号)3065〜3076頁;Hammond, PMら1990年Ann. NY Acad. Sci.613巻、863〜867頁;Cai, Sら1992年Chin. J. Biotechnol.8巻(2号)93〜98頁;Engel, Hら1992年Prot. Expr. Purif 3巻(2号)1992年:108〜113頁)。プロテインAの種々の操作された誘導体を図10〜12に示す。この誘導体は、発現するように、かつ細胞内の細胞膜周辺腔内に、または細胞外の細菌発現ベクターおよび宿主細胞内にそれぞれ位置するように操作した。
IgGは、プロテインAにIgG Fc領域で結合する(Lindmark, Rら1983年J. Immunol. Meth.62巻(1号)1983年:1〜13頁;Gouda, Hら1998年Biochem.37巻(1号)129〜136頁)。この相互作用は、非常に特異的かつ疎水性の性質である。これは、いくつかの水素結合および2つの塩橋を含む。この高い特異性によって、プロテインAアフィニティークロマトグラフィーにより、細胞採取培地のような複合溶液から98%を超える不純物を、単一の精製ステップにおいて除去することが可能となる(Follman, DKら2004年J. Chromatogr. A1024巻:79〜85頁)。プロテインAのIgGとの相互作用の周知の特異性の1つの欠点は、溶出に低いpHを用いるような厳しい条件における使用を必要とすることである。このことは、低いpHレベルで、不安定であるか、または凝集する傾向があるいくつかの抗体では問題となり得る。一般には、少量の不純物、例えば、凝集物、残留宿主細胞タンパク質、DNAおよび浸出したプロテインAのみが、下流プロセス操作のこの単一開始単位の後に留まることとなる。これらの残存不純物は通常、1回または2回の追加のクロマトグラフィーステップにおいて除去する。
アフィニティー支持体:プロテインAは、タンパク質の液体クロマトグラフィーに適した多数の型の支持体に固定化されている(Boschetti, Eら2000年Academic Press:San Diego、CA、535頁;表2を参照)。当初は、一般的な製品は、スウェーデンのAmersham製(現在はGE Healthcare)のCNBr−activated Sepharose CL 4B上に固定したプロテインAであった。媒体は、高い選択性および低い非特異的吸着性を有すると特徴付けられるが、アガロースベースの支持体の性質のために、充填床は、高流量を可能とするには柔軟過ぎた。このような理由により、この媒体は、大規模な適用のため、より高度に架橋するSepharoseにほとんど取って代わられた。最新のプロテインA吸着剤は、調節多孔質ガラス、コートした多孔質ポリマーゲル充填無機材料、および他の支持体をベースとし(Hahn, sRら2003年J. Chromatogr. B 790巻2003年:35〜51頁)、高流量でのカラム操作を可能とする十分に剛性の材料を使用する。例示的な支持体材料は、Laine, CによりEP2902094、2015年5月8日公開に示されている。
最先端技術:抗体のアフィニティー精製のための固定化プロテインAの使用に関する40年以上前の最初の報告以来(Hjelm, Hら1972年FEBS Lett.28巻(1号)1972年73〜76頁;Kronvall G.1973年J. Immunol.111巻(5号)1401〜1406頁)、これは、臨床グレードMAbの精製における産業の標準となった(Gagnon P.1996年Validated Biosystems Inc.:Tucson、AZ)。Janssen Biotechのムロモナブ(Muronomab)(商品名Orthoclone OKT3)は、米国食品医薬品局(FDA)により1986年に認可された(Becker, H.2007年Handbook of Therapeutic Antibodies III巻:Approved Therapeutics. Dubel S編、 Wiley-VCH:Weinheim、Germany.905〜940頁)、急性移植拒絶反応の治療における使用のためのCD3特異的MAbであり、その製造プロセスの捕捉ステップとしてプロテインAを使用して製造された、早期に認可された製品である。プロテインAによる捕捉は、抗体の下流処理における鍵となる容量低減ステップとして作用する。プロテインAクロマトグラフィーの精製スキームは、中性pHでの結合および酸性pHでの溶出を含む。方法開発の容易さにより、プロテインAアフィニティークロマトグラフィーが大規模製造プロセスにほぼ普遍的に採用されるようになり、ほぼ普遍的な適用性および関連する操作条件の全体的スキームは、それら自体、プラットフォーム形式に直ちに役立つ(Shukla, AAら2007年J. Chromatogr. B 848巻(1号)S28〜S39頁)。
経済:コストは、医療費に関しては、別の非常に重要な因子である。いくつかのプロテインA樹脂は、15,000ドル/L程度のコストがかかる。表2は、2013年からの価格を示し、これらが現行価値を低く見積もっていることが予測される。参入者数が増加し、競争率が増大しても、価格は非常に高いままである。Repligen樹脂は、約6,000ドル/Lのコストがかかり、0.1NのNaOHのみに耐容性を有する。プロテインAの主な制限は、コストよりもむしろ能力または生産性であり(Gagnon, P.2012年J. Chromatogr. A 1221巻、57〜70頁)、能力の問題は、固定床における多孔質粒子の使用から生じると議論されている。プロテインA分子それ自体は、そのサイズのため、多孔質媒体において孔内空間が多くの容量を占める。
他のクロマトグラフィー法:拡張型床吸着(expanded−bed absorption)(EBA)として公知である、さらに開発中の流動クロマトグラフィー技術のうちの1つの型に相当量の努力が重ねられている。これは、液体媒体中に分散した吸着粒子の使用を含む。EBAの1つの主な利点は、細胞懸濁液から生成物を直接捕捉するのに抗体回収に必要とされるステップ数が低減されることである。しかし、抗体では、これを適用すると、プロテインAを置き換えることができず、アガロースに結合した形態のプロテインAを使用してEBA中で抗体を捕捉する。
膜吸着器(「膜クロマトグラフィー」)は、廃棄性(洗浄および確認の必要性を排除する)と高流量で操作する能力の両方の点で従来の樹脂を超える明らかな利点をもたらす。しかしながら、これらの表面領域が狭いため、ほとんどの膜吸着器では、等量の多孔質粒子と比較して結合容量が低いことに悩まされる。その制限に対する例外は、例えば、Natrix Bioseparationsにより開発された膜技術であり(Kuczewski M,ら2011年Biotechnol. J.6巻(1号)56〜65頁)、軟性多孔質支持マトリックス中に形成した高分子ヒドロゲルからなる膜を用いる。そのマクロ多孔質ヒドロゲルポリマー構造は、高い結合部位密度および結合のための広い表面領域および急速な物質移動をもたらす。
Kuczweskiら上記は、Natrix製のC膜を使用して膜ベース、高容量の陽イオン交換MAb捕捉ステップを開発した。彼らは、膜1ミリリットルあたり55mgの抗体容量を報告した。これは、他の膜吸着器の容量の約5倍である(Gottschalk, U.2005年Biopharm Int.18巻(6号):42〜58頁)。表3は、いくつかの市販のプロテインA吸着剤の結合容量を30mg/mL〜45mg/mL範囲で示す。低容量および空隙容量により生じる希釈および膜厚の変動のため、これらの吸着器のほとんどは、フロースルーモードで優先的に使用する。
単語「タンパク質」、「ポリペプチド」および「オリゴペプチド」は、本明細書において使用する場合、すべてアミノ酸のポリマーを指す。アミノ酸は、一般にLアミノ酸であり、天然に存在してもよくまたは天然に存在しなくてもよい。一般には、タンパク質は、二次、三次および四次構造に関して適切な立体構造で見出される、生物学的に発現する生成物を指す。対照的に、用語「オリゴペプチド」は、長さが少なくとも約4個のアミノ酸、一般に長さが約50個未満のアミノ酸の短いポリマーを指し、固相開始残基およびF−mocまたはT−boc保護試薬を使用して標準手順により合成されている。本発明のオリゴペプチドは、種々の標的タンパク質のリガンドとして個別に有用であり、免疫グロブリンに対する親和性を有する天然に存在するタンパク質の部分配列である、1つまたは複数のドメインと組み合わせたより大型のポリペプチドの部分として本明細書において想定される。
用語「ポリペプチド」は、本明細書および特許請求の範囲において使用する場合、一般に設計される部分を指定するが、天然に存在するアミノ酸配列を含有してもよく、ペプチド合成により生成するか、または形質転換もしくはトランスフェクトした細胞において遺伝子組換えによって生成してもよい。ポリペプチドは一般に、オリゴペプチドよりも長く、例えば、数百個のアミノ酸のポリマーであってもよい。本明細書において有用な組成物は、設計し、ポリペプチドをコードする合成遺伝子から遺伝子組換えにより発現させるか、または標準の化学的カップリング手順により化学的に工学操作する。ポリペプチドは、1つまたは複数のサブコンポーネントのアミノ酸配列を含有し、それによって天然に存在する新規アミノ酸配列と合成的に設計した新規アミノ酸配列の両方が、ポリペプチドの種々の実施形態において、ポリペプチドの種々の機能性部分に存在する。
用語ポリペプチドは、この設計した結合材料をその標的と区別するために使用し、これは、これらが免疫グロブリンファミリーのメンバーである場合、本明細書においてタンパク質と呼ばれる。標的タンパク質は、脊椎動物においてin vivoで作製し、血液または血清から得ることができ、または、例えば、遺伝子組換えにより調製したベクターおよび細胞培地中の細胞株から発現する、遺伝子操作した細胞から培地中で生成することができる。一般には、標的タンパク質は、オリゴマーであり、天然の立体構造である。しかし、標的タンパク質は、タンパク質工学的操作の結果であり提示のベクターの変異誘発ライブラリーから単離した免疫グロブリンを含む、抗体タンパク質から操作した単鎖の免疫グロブリン誘導体を含む。
本明細書における本発明の設計および合成したポリペプチドは、コードする遺伝子を含有するベクターで形質転換またはトランスフェクトした細胞により、遺伝学的にコードされ、生物学的に発現する。成分の型のポリペプチドの設計、およびポリペプチドに存在する各成分の繰返し単位の数の選択は、使用者により決定し、各候補ポリペプチドの結合容量は、複数の所望の各標的免疫グロブリンの親和性のアッセイ、ならびに免疫グロブリンのクラスの中でも最適な程度の親和性およびそれぞれの所望のパターンの親和性を有するこれらの候補の選択により決定する。
プロテインAは、細菌であるStaphylococcus aureusの細胞壁に本来見出される42kDaの表面タンパク質である。プロテインAは、SpA遺伝子によりコードされる。プロテインAは、免疫グロブリン(IgG)に結合するその能力のため、生化学研究において、および生物学的薬物の生産において広範な使用が見出されている。プロテインAは、3へリックスバンドルに折り畳む5つの相同Ig結合ドメインで構成される(図1を参照)。インタクトで天然のStaphylococcus aureusプロテインAのアミノ酸配列は、図2に示し、5つの個別のIg結合ドメインおよびアンカー領域のアミノ酸配列は、図3に示す。各ドメインは、多くの哺乳動物種由来のタンパク質、とりわけIgGに結合可能である(表1を参照)。これは、ほとんどの免疫グロブリンのFc領域内、またヒトVH3ファミリーの場合にはFab領域内の重鎖に結合する(Ljunbergら、1993年)。
組換えブドウ球菌性プロテインA(SpA)は、E.coliで生成して免疫学および他の生物学的研究に使用することが多い。プロテインAは、蛍光色素、酵素、ビオチン、コロイド金または放射性ヨードを含む他の分子と多様にカップリングしており、抗体結合部位に影響することはない。プロテインAはまた、磁気、ラテックス、アガロースのビーズおよび他の媒体であるホストとカップリングして広範に利用される。
プロテインAは、固体支持体上に固定化することが多く、例えば、血清、腹水液、発酵培地またはバイオリアクターブロス由来の粗タンパク質混合物から全IgGを精製するための確かな方法として使用されるか、またはマーカーとカップリングして抗体の存在を検出する。ビーズとコンジュゲートしたプロテインAを用いた免疫沈降試験をまた、一般的に使用して、目的のタンパク質またはタンパク質複合体に対する抗体により間接的にタンパク質またはタンパク質複合体を精製する。
多様なIgGに結合するプロテインAの能力のため、その最も重要な使用のうちの1つは、抗体および抗体断片のアフィニティークロマトグラフィー精製における使用である。免疫グロブリンは、製造または開発において世界的に最も普及しているバイオ医薬品を代表する。高い商業需要およびそれによるこの特定の治療市場の価値により、関連するコストを調節する一方で、製薬会社それぞれのモノクローナル抗体(MAb)製造プロセスの生産性を最大化するように、製薬会社に重きが置かれることとなった。
アフィニティークロマトグラフィーは、モノクローナルまたはポリクローナル抗体のようなこれらの免疫グロブリン分子の精製における鍵となるステップのうちの1つとして、多くの場合に使用される。現在のところ、SpAベースのアフィニティー媒体はおそらく、細胞培養物由来の多種多様な産業用供給原料からモノクローナル抗体およびそれらの断片を単離するのに最も広範に使用されるアフィニティー媒体である。したがって、プロテインAリガンドを含む種々のマトリックスおよび樹脂は、例えば、天然プロテインA(例えば、Protein A SEPHAROSE(商標)、GE Healthcare、Uppsala、Sweden)の形態で、または組換えプロテインA(例えば、rProtein A SEPHAROSE(商標)、GE Healthcare)の形態で市販されている。
プロテインAの主な欠点は、高価であり、1MのNaOHのような典型的なカラム洗浄/消毒条件下で不安定であるという事実を含む(Costioli, Mら、2010年Biopharm International 23巻(6号);Gagnon, P.2012年J. Chromatogr A 1221巻:57〜70頁)。
プロテインAの誘導体は、同等の結合特性を維持すると示されており、その上、結合容量または安定性の増加を示す(Gulich, Sら、2002年Protein Eng 15巻(10号):835〜842頁;Linhult, Mら、2004年Proteins 55巻(2号):407〜416頁)。いくつかのアルカリ安定化プロテインA誘導体が、修飾四量体B結合ドメインを使用する、GE Healthcare(Pittsburgh、PA、USA)のMAbSelect Sure(商標)樹脂、プロテインAのC結合ドメインの四量体誘導体を使用する、Pall Corporation製(Port Washington、NY、USA)のプロテインAセラミックHyperD F樹脂およびTosoh Biosciences(South San Francisco、CA, USA)のToyopearl AF−Protein A−650F樹脂のようなクロマトグラフィー樹脂として現在、販売されている。
しかし、プロテインA誘導体は、ライセンス料および組換えタンパク質の生成および精製コストに伴うコスト高に未だに悩まされている。この精製については、コストが非常に高くつく(表2参照)。プロテインA樹脂の価格は、樹脂1リットルあたり17,000ドルまたはそれよりも高額に達し得る。このコスト高は、生物学的薬物の生産における商品原価因子を直接増大させる。
プロテインAアフィニティークロマトグラフィー媒体の操作および交換コストを減少させるために、現在利用可能なものよりもサイクル数を増加して使用することが可能なプロテインA媒体が、バイオプロセス産業において必要とされている。
配列決定およびプロテインA分子内由来の特定のドメインの操作を含む、プロテインA分子への修飾が、その結合容量を増加させるために行われているが、これらは単なる漸進的改善を生じさせているにすぎない(表3を参照)。
GlnまたはAsp以外のアミノ酸に変異させたAsn残基を有する変異免疫グロブリン結合タンパク質(3文字のアミノ酸コードを使用する)は、発明者Hober, S.らにより特許出願WO2003080655A1、2003年10月2日公開に示されており、高pHにおいて化学安定性が増加することが見出された。HallらによるWO2008039141、2008年4月3日公開において、プロテインAのドメインCが粗洗浄剤に耐えることが示された。Nakamura, S.らは、アミノ酸配列ATKまたはASKを有するタンパク質(1文字のアミノ酸コードを使用する)を生成して、WO2012086660A1、2012年6月28日公開において免疫グロブリンの単離に使用した。Bjoerkmanら、WO2012087231、2010年12月20日公開では、asnまたはhis残基をBドメインのH18に有する、プロテインAドメインの1つまたは複数のリガンドを用いたアフィニティークロマトグラフィーマトリックスを生成し、非置換のプロテインAと比較して溶出pHの増加を観察した。Kihira, Y.らによるEP0863210、1998年9月9日公開では、連結単位を有する免疫グロブリン結合人工タンパク質を生成した。2つまたはそれよりも多いBまたはZドメインを有する腐食安定性クロマトグラフィーリガンドは、アルカリに安定であるとBianらによりEP2202310、2010年6月30日公開において見出された。同様に、Yoshidaらにより、G残基をA以外のアミノ酸と置き換えることによる操作された酸安定性プロテインAが、EP2412809、2012年2月1日公開において見出された。GまたはAをKと置き換える29位における変異により、少なくとも3個のアミノ酸の欠失を有する新規のプロテインAベースリガンドは、Fab結合を低減させることがSpectorらによりEP2532672、2012年12月12日公開において認められた。プロテインAの親和性結合特性を模倣し得る、特定の長さ「n」の短いペプチドの能力が、プロテインAベースの大規模なアフィニティー精製のコスト高を低減させる取組みにおいて、検討されている(Yangら、J. Pept. Res.6巻:120〜137頁、2006年)(図4参照)。
本明細書において提供する組成物は、完全長または切断バージョンのプロテインAの内因親和性特性を組み込むポリペプチドであり、組み合わせた1つまたは複数の実体のIgG結合特性を劇的に増強する、より短いオリゴペプチドの親和性特性を有する。このような修飾では、設計したポリペプチドの外表面上に高結合オリゴペプチドを提示するための潜在的ペプチドリンカーを含む、完全長もしくは切断バージョンの組換えプロテインAおよびそのオリゴペプチドをコードする遺伝子融合核酸部分の設計、合成、およびライゲーションにより操作するか、またはこれらの実体の化学的コンジュゲートにより操作する。
樹脂または膜支持体に結合して高価な救命的生物学的薬物を精製する、プロテインAの既存の形態を使用するという、コストにおける深刻な欠点が存在する。これらのMAbの下流精製は、製造の総コストのほぼ80%を占める可能性があるが(Gottschalk, U.2005年Biopharm Int.18巻(6号):42〜58頁)、プロテインAによる精製コストは、総精製コストの40%を超える可能性があり、新規抗体精製技術への可能性を示唆する。
結合容量の増加とともに流量の増加を最適化することが可能な、分離マトリックスに結合するタンパク質リガンドを得ることが、当分野において必要とされ続けている。
本発明は、プロテインAベース部分の「結合容量−流量」の組合せによるパラダイムを実質的に増大させるその能力により(図5を参照)、アフィニティー精製のコストを劇的に低減させ、それによって高価な生物学的薬物の総コストにおける商品原価因子を低減させることができる。
本発明の実施形態は、制限されないが、プロテインAベース部分のような、IgG結合タンパク質およびペプチドのIgG結合容量を増加させるための方法の使用を本明細書において提供する。プロテインAアフィニティークロマトグラフィーは、その高い選択性のためにモノクローナル抗体(MAb)精製に非常に有効な捕捉ステップであり、単一のアフィニティークロマトグラフステップにおいて高い純度および比較的高い濃度を可能とする。しかし、プロテインAは、MAb精製においてその有用性を制限する特性を有する。天然および組換えプロテインAは、高アルカリ条件下で安定ではなく、その結果として、理想的な洗浄/消毒溶液である1MのNaOHをプロテインAの洗浄に使用することができない(Jones, SCBら2004年 3版International Symposium on Downstream Processing of Genetically Engineered Antibodies and Related Molecules. Nice, France)。プロテインAカラムまたはプロテインA膜吸着器の結合容量はまた、MAb−プロテインAの結合動態ならびに得られうるプロテインAリガンドの密度により制限される(Saha, Kら2003年J. Anal. Chem.75巻(4号):835〜842頁;Sheth, B. Thesis. University College of London、2009年)。
プロテインAクロマトグラフィーによる生成のボトルネックにより、MAb力価の収率を増加させる、発現および生成の技術の向上の結果として、従来よりも大型のプロテインAカラム、ならびに最終的にはポンプおよびカラムのような高価な新規のハードウェアの必要性が生じた。カラム直径は、既存の設備のフットプリントにより制限される(Palma, AD.2005年Cost-Drive Chromatograpy. www.pharmacueticalmanufacturing.com/articles/2005)。樹脂の圧力または分離媒体が床の高さとともに増加し、圧力が高くなると、樹脂が圧縮されるか、またはポンプが損傷するため、カラムの高さの増加は非実用的である(Thillaivinayagalingam, Pら2007年Genet. Eng. Biotechn. N.27巻(11号))。クロマトグラフィーサイクル数の増加によるバイオリアクター力価の増加は、合計処理時間とリソースの両方、および結果的に総コストを増大させる。表5に見られるように、PVD−SiプロテインAの結合容量は、3桁を超える範囲のスケールアップを通じて一定のままであり、大規模な抗体生成をより効率的かつ経済的とする。
プロテインAの不安定性は、プロテインAのクロマトグラフィーのボトルネックおよび樹脂コスト高の主な原因である。特に樹脂の洗浄および消毒の間に生じるこの不安定性は、サイクル数を超える結合容量を減少させ、生成物処理量の収率をさらに低下させる。
小ペプチドは、細孔表面上で達し得るリガンド密度が非常に高いため、プロテインAのような、より大型のリガンドに対する利点を有する(Yang, Hら2006年J. Pept. Res.66巻:120〜137頁)。プロテインA樹脂MAbSelect(登録商標)と同様のポリマー多孔質ビーズ上では、特定の陽イオン交換樹脂上のMAb結合容量は、100mg/mL超に達した(Liuら、2011年)が、MAbSelectの結合容量は、30〜45mg/mLの範囲であり、カラム滞留時間は、典型的な2〜3分である(Ljunglof, Aら2011年Bioprocess Int.9巻(7号):66〜67頁)。したがって、本明細書において操作されたポリペプチドを使用する前にプロテインA樹脂で実現されるよりも高い能力でMAbに結合することが可能である。表4は、シリカ粒子を包埋した多孔質PVC媒体に付着した、組換えプロテインAまたはプロテインGリガンドを使用する本明細書の例において得られたデータを示す。種々のヒト血清抗体サブクラスは、これらの媒体にそれぞれ種々の程度まで結合することが観察された。例えば、PVC−SiプロテインAは、IgG1、IgG2、IgG4、IgM、IgAおよびIgEに優先的に結合したことが観察された。対照的に、PVC−SiプロテインGは、4つのIgGサブクラスに結合するが、IgM、IgA、IgEまたはIgDには結合しないことが観察された。明らかに、図9および表5に示す本明細書の例におけるデータは、8つの型またはサブクラスのヒト免疫グロブリンに特異的に結合する、プロテインAおよびプロテインGそれぞれの非同一で、さらに特有な親和性を示す。
代替実施形態では、精製媒体組成物、およびPVC−Siのようなマトリックス材料の細孔表面上および/または細孔表面上から表面開始重合により小ペプチドを「成長」させるような媒体を作製する方法を本明細書において提供する。プロテインAと比較して非常に高いペプチド密度の可能性は、他の化学的リガンドと同様に、表面重合法により実現される(Bhutら、2008年J. Membr. Sci.325巻(1号):176〜183頁)。さらに、小ペプチドは、容易に破壊される二次および三次構造を欠き、これらの構造は、本来の条件下で、より容易に再構成されるため、小ペプチドは、消毒条件、特にアルカリ条件下で、より大型のポリペプチドおよびタンパク質よりも高い安定性を有する。それにもかかわらず、より小型のリガンドの使用から生じる懸念は、これらが、プロテインA分子それ自体と同程度の特異性を有しない可能性があることである。しかし、本明細書において提供するより小型のオリゴペプチドを、完全もしくは短縮型のプロテインA、または他の免疫グロブリン結合部分内に組み込むことによって、能力を増加させる可能性を有する組成物がもたらされ、それによって立体障害の問題に取り組む。
プロテインAベースアフィニティー精製を支持する、本プロセス、システムおよびハードウェア、ならびにプロテインAリガンドそれ自体の法外なコストは、単一使用技術においては受け入れられない。プロテインAベースアフィニティー精製の上記の制限パラメーターを最適化し、単一使用プロテインAベース精製技術および生成物の可能性を現実のものとすることは、本発明の特定の焦点および主題である。
配列番号2〜6のドメインポリペプチド(図3)と配列番号8〜10のオリゴペプチド(図4B)の種々の組合せをコードする核酸配列を発現させて、本明細書の例におけるアミノ酸配列を有するオリゴペプチドを、提示ファージを使用して、Sidhuらによる米国特許第8,685,893号、2014年4月1日発行、およびそこに引用する参考文献に示す方法により得た。示される配列の得られたライブラリーを濃縮して選択し、選択した免疫グロブリンのクラス、例えばIgG1である、標的に対して最適親和性を向上させた。陽性選択は、陰性選択と組み合わせて、IgEのような不必要な免疫グロブリンの親和性を低減させた。
一連のオリゴペプチドは本明細書において、これらのファージ提示法を使用して得、ファージに結合した候補オリゴペプチドは、免疫グロブリンサブタイプに結合する能力についてスクリーニングした。この方法により得られたオリゴペプチドはすべて、試験したすべての免疫グロブリンサブタイプに結合することが見出された。これらのアミノ酸配列は、1文字のアミノ酸コードを使用して、以下:CPSTHWK(配列番号18);NVQYFAV(配列番号19);ASHTQKS(配列番号20);TNIESLK(配列番号21);NCHKCWN(配列番号22);および、SHLSKNF(配列番号23)を含む。
免疫グロブリンタンパク質サブクラスに対する親和性について試験したオリゴペプチドの中で、配列番号9のオリゴペプチドは、サブタイプIgG1およびIgG3に対する最も高い結合親和性を有することが観察された。したがって、このオリゴペプチドは、本明細書において設計し操作したプロテインA誘導体組成物内へリンカーを挿入するために選択された。
プロテインAポリペプチドの設計および合成
リンカーを有するプロテインAの部分とオリゴペプチド挿入物の2つのポリペプチドアミノ酸配列の組合せを設計して、Escherichia coliの形質転換した細胞においてpET30b+(EMD/Sigma/Milliporeから市販されている)プラスミド骨格に関する発現、分泌および生成を試験した。理論的設計考察を図6に示し、ここで種々のタンパク質−ポリペプチド部分またはタンパク質ドメインとオリゴペプチドの組合せはそれぞれ、プロテインAの5つのIgG結合ドメインのいずれかの中から選択される可能性のある操作された誘導体を示す。これらは、図7に示すように、直鎖状にさらに連結し得る。これらの図では、高結合オリゴペプチドドメインおよびリンカーを波線で示し、プロテインAコアを円で示す。これらの操作されたプロテインA組成物は、図8に示すように支持マトリックスと結合し得る。
リンカーを有するプロテインAの部分とオリゴペプチド挿入物の2つのポリペプチドアミノ酸配列の組合せを設計して、Escherichia coliの形質転換した細胞においてpET30b+(EMD/Sigma/Milliporeから市販されている)プラスミド骨格に関する発現、分泌および生成を試験した。理論的設計考察を図6に示し、ここで種々のタンパク質−ポリペプチド部分またはタンパク質ドメインとオリゴペプチドの組合せはそれぞれ、プロテインAの5つのIgG結合ドメインのいずれかの中から選択される可能性のある操作された誘導体を示す。これらは、図7に示すように、直鎖状にさらに連結し得る。これらの図では、高結合オリゴペプチドドメインおよびリンカーを波線で示し、プロテインAコアを円で示す。これらの操作されたプロテインA組成物は、図8に示すように支持マトリックスと結合し得る。
図14に示す、配列番号16および17のようなこれらのアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードする遺伝子を、レシピエントプラスミドに合成およびライゲーションし、図15および16に示す、プラスミド:BIG_Hep4_lin1opt4_ExCおよびBIG_Hep4_lin3opt4_ExCをそれぞれもたらした。プラスミドを精製およびAvaIで制限酵素分解し、制限酵素分解断片の予測されるサイズを検証した。各構築物の2つの単一コロニークローンを選択し、E.coli株BL21λDE3(New England Biolabsから市販されている)の細胞において発現および生成の最適化について分析した。
発現最適化:時間、温度、培地、添加剤
初期発現試験では、TB完全培地を有する振盪フラスコを使用し、細胞の増殖およびポリペプチドの生成を培養時間に応じて分析した。対照細胞は、ポリペプチド挿入物を有しない空のベクターを保有する同じ株であった。組換えプラスミドおよび細菌遺伝子発現系における当業者に周知の方法により、IPTGを追加してlacリプレッサーを不活化し、T7ポリメラーゼ合成の誘導の結果として所望のタンパク質を得ることによって挿入物にコードされるタンパク質を誘導した後に、操作されたポリペプチドのタンパク質生成をSDS−PAGEにより評価した。
初期発現試験では、TB完全培地を有する振盪フラスコを使用し、細胞の増殖およびポリペプチドの生成を培養時間に応じて分析した。対照細胞は、ポリペプチド挿入物を有しない空のベクターを保有する同じ株であった。組換えプラスミドおよび細菌遺伝子発現系における当業者に周知の方法により、IPTGを追加してlacリプレッサーを不活化し、T7ポリメラーゼ合成の誘導の結果として所望のタンパク質を得ることによって挿入物にコードされるタンパク質を誘導した後に、操作されたポリペプチドのタンパク質生成をSDS−PAGEにより評価した。
各培養物から3時間間隔で除去した試料において、ポリペプチドの生成をモニタリングした。操作されたプロテインA誘導体であるポリペプチドが、播種後3時間の初期に培養上清に出現して、18時間の培養を通じて増加し続けたことを観察した。対照株の上清において、同じ分子量を有するタンパク質バンドは、同一期間の増殖の間に観察されなかった。
代表的タンパク質発現の分析データを図17に示す。これは、3つの標準E.coli培地:LB(Luria−Bertanブロス)、TB(Sigmaから市販されている)、およびM9最少培地における、これらの株の増殖および生成パラメーターの比較である。最も高いポリペプチド生成は、TBにおいて観察され、SDS−PAGEによる培養の6時間後に収率は、少なくとも約250mg/Lのレベルになると推定された。最少培地では、比較して、約180mg/Lの収率をもたらした。SDS−PAGEデータは、これらの上清が目的の操作されたポリペプチドを優位に含有し、少量の追加のバンドが低分子量で認められたことを示した。
2つの培養の温度において発現をさらに比較したところ、その例の結果、37℃における生成が、30℃においてよりも高かったことが観察された。潜在的培地添加剤の作用を、TB培地に追加し増殖の間に存在していた、薬剤のグリシン、TritonX−100およびTween−20について分析した。SDS−PAGEによる培養上清の分析では、このような各添加剤により、添加剤を含まないTB培地における対照培養物と比較して、非特異性タンパク質の上清における出現が増加することが示された。非特異性タンパク質は、操作されたポリペプチドの分子量よりも高く、また低い分子量をも有することが観察された。
バッチ発酵および高細胞密度流加発酵
TB培地中の細胞を、高密度(OD6006〜8)または超高密度(OD60040〜50)における生成に誘導し、pO2、pH、温度および増殖プロファイルについて発酵をモニタリングした。試料を採取して、誘導後、時間間隔ごとにSDS−PAGE分析によりタンパク質発現を判定した。高レベルでの発現が、バッチ発酵では約275mg/Lと同等か、またはそれよりも高いレベルで、流加発酵では約1.2g/Lのレベルで、上清において、ほぼ純粋な形態で観察された。
TB培地中の細胞を、高密度(OD6006〜8)または超高密度(OD60040〜50)における生成に誘導し、pO2、pH、温度および増殖プロファイルについて発酵をモニタリングした。試料を採取して、誘導後、時間間隔ごとにSDS−PAGE分析によりタンパク質発現を判定した。高レベルでの発現が、バッチ発酵では約275mg/Lと同等か、またはそれよりも高いレベルで、流加発酵では約1.2g/Lのレベルで、上清において、ほぼ純粋な形態で観察された。
設計したポリペプチドの結合容量
表面プラズモン共鳴を使用して、本明細書の各プロテインAポリペプチドによる、各8サブクラスのヒト血清免疫グロブリンへの結合を分析する。出願人は、配列番号16および17のポリペプチドが、ポリペプチドの重量あたり、または分子量あたり、対照としての親プロテインAよりも高い程度までIgGタンパク質に特異的に結合すると想定する。さらに、一連の固定されたポリペプチドが、対照プロテインAよりも洗浄剤およびリンス剤に対してより耐性を呈することが想定される。
表面プラズモン共鳴を使用して、本明細書の各プロテインAポリペプチドによる、各8サブクラスのヒト血清免疫グロブリンへの結合を分析する。出願人は、配列番号16および17のポリペプチドが、ポリペプチドの重量あたり、または分子量あたり、対照としての親プロテインAよりも高い程度までIgGタンパク質に特異的に結合すると想定する。さらに、一連の固定されたポリペプチドが、対照プロテインAよりも洗浄剤およびリンス剤に対してより耐性を呈することが想定される。
この方法の実施形態では、分離マトリックスは、ポリペプチド、または複数のポリペプチドからなり、これはそれぞれ、少なくとも1つまたは複数のオリゴペプチドを含み、このポリペプチドおよびオリゴペプチドはそれぞれ、非同一であり、免疫グロブリンのクラスに対して非同一の親和性を有し、この方法は、IgG1、IgG2、IgG3、IgG4、IgM、IgA、IgEおよびIgDの群から選択される、少なくとも1つまたは複数の抗体型を精製するステップをさらに含む。代替実施形態では、方法は、IgG種のみ、例えば、抗体型IgG1、IgG2、IgG3およびIgG4のすべてのうちの1つまたは複数を選択的に精製するステップをさらに含む。
特定の実施形態では、例えば、以下が提供される:
(項目1)
免疫グロブリンまたは免疫グロブリン含有化合物に結合する操作されたポリペプチドであって、前記ポリペプチドは、プロテインA、プロテインG、プロテインA/G、プロテインL、および他の免疫グロブリン結合タンパク質、ならびにそれらの機能性バリアントまたは部分の群から選択される少なくとも1つの天然に存在するかまたは組換えの免疫グロブリン結合タンパク質の少なくとも1つの機能性部分を含み、少なくとも1つの合成の機能性免疫グロブリン結合オリゴペプチドと、前記結合タンパク質の末端アミノ酸残基または内部リシンのような内部残基において化学的にコンジュゲートまたは遺伝子融合している、ポリペプチド。
(項目2)
前記群からの複数の前記機能性部分および/または前記機能性結合タンパク質部分のうちの1つの反復を含む、項目1に記載のポリペプチド。
(項目3)
少なくとも2つの機能性部分をつなぐ少なくとも1つの連結エレメントをさらに含み、前記連結エレメントが、アミノ酸配列を有し、アミノ酸を約1800個未満含有する、項目1または2に記載のポリペプチド。
(項目4)
前記連結エレメントが、アミノ酸を約95個未満含有する、項目3に記載のポリペプチド。
(項目5)
前記連結エレメントが、アミノ酸を約2〜約54個含む、項目3に記載のポリペプチド。
(項目6)
前記連結エレメントが、アミノ酸を約4〜約10個含む、項目5に記載のポリペプチド。
(項目7)
前記結合タンパク質の機能性部分が、配列番号1、2、3、4、5、6、7、11および14、ならびにそれらの機能性バリアントおよび部分の群から選択されるアミノ酸配列を有する、項目1から6のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目8)
前記オリゴペプチドが、配列番号8〜10および18〜23のアミノ酸配列、これらのアミノ酸配列の機能性バリアントおよび部分、前記配列の複数のコピーを有する反復、ならびにこれらの配列の機能性保存的アミノ酸置換のうちの少なくとも1つから選択される、項目1から6のいずれかに記載のポリペプチド。
(項目9)
前記機能性部分が、標的とするクラスのIgG免疫グロブリンまたは免疫グロブリン含有化合物に結合するために選択され、前記ポリペプチドが、高速流量動態を特徴とする大容量捕捉床に分離マトリックス媒体をさらに含む、項目1から8のいずれかに記載のポリペプチド。
(項目10)
免疫グロブリンまたは免疫グロブリン含有化合物に結合する操作されたポリペプチドであって、前記ポリペプチドは、プロテインA、プロテインG、プロテインA/G、プロテインL、および他のIgグロブリン結合タンパク質、ならびにそれらの機能性バリアントまたは部分の群から選択される、天然に存在するかまたは組換え免疫グロブリン結合タンパク質またはオリゴペプチドの少なくとも1つの機能性部分を含有するポリペプチドにおいて、改良が、前記機能性部分またはそれらの機能性バリアントもしくは部分のアミノ酸配列またはその部分の少なくとも1つのコピーを含み、そしてさらに末端アミノ酸残基に化学的にコンジュゲートもしくは遺伝子融合しているか、または内部リシンのような内部残基内でコンジュゲートもしくは融合している少なくとも1つのオリゴペプチドを含む、ポリペプチド。
(項目11)
固体支持体とカップリングしている、項目1から10のいずれか一項に記載のポリペプチドを含む分離マトリックス。
(項目12)
前記固体支持体が、好ましくは、ビーズおよびシートの群から選択される形態を有する医療グレードの多孔質ポリ塩化ビニル(PVC)媒体を含む、項目11に記載の分離マトリックス。
(項目13)
前記PVC媒体が、多孔質タンパク質吸着性支持体表面で包埋されるか、またはそれを構成し、前記媒体が、より大きい孔径が平均で約0.5〜5.0マイクロメートルの範囲であり、より小さい孔径が平均で約0.003〜0.3マイクロメートルの範囲である二峰性孔径分布を有する、項目12に記載の分離マトリックス。
(項目14)
前記支持体表面材料が、セルロース、アガロース、ナイロン、多孔質メタロイド酸化物、多孔質金属酸化物、および多孔質混合金属酸化物、シリカ粒子、シリカゲル、調節多孔ガラス、アルミナ、スタニア、チタニア、ならびにジルコニアからなる群から選択される、項目13に記載のマトリックス。
(項目15)
前記固体支持体および前記支持体表面材料が、単一点付着によりカップリングしている、項目13から14のいずれかに記載の分離マトリックス。
(項目16)
前記固体支持体および前記支持体表面材料が、複数点付着によりカップリングしている、項目13から14のいずれかに記載の分離マトリックス。
(項目17)
前記ポリペプチドの免疫グロブリン結合容量が、少なくとも約25mg/ml床体積、少なくとも約50mg/ml床体積、少なくとも約75mg/ml床体積である、項目11から16のいずれかに記載の分離マトリックス。
(項目18)
少なくとも約500倍、1000倍、2000倍、または少なくとも約3000倍のスケールアップファクタの増加にわたって、線形で再現性のあるスケールアップ容量を有する、項目11から16のいずれかに記載の分離マトリックス。
(項目19)
前記固体支持体および前記支持体表面材料の少なくとも1つに付着する少なくとも1つのリンカーをさらに含む、項目11から18のいずれかに記載の分離マトリックス。
(項目20)
前記リンカーが、アミノ酸配列、ランダムアミノ酸ポリマー、ポリエチレングリコールから選択され、化学的に、または遺伝子融合により前記ポリペプチドに共有結合で付着している、項目19に記載の分離マトリックス。
(項目21)
QPQMSHM(配列番号9);KPGKEDNN(配列番号10);CPSTHWK(配列番号18);NVQYFAV(配列番号19);ASHTQKS(配列番号20);TNIESLK(配列番号21);NCHKCWN(配列番号22);および、SHLSKNV(配列番号23)の群から選択されるアミノ酸配列を有するオリゴペプチドを含む組成物。
(項目22)
項目21に記載のオリゴペプチドの少なくとも1つのコピーを含むタンパク質。
(項目23)
樹脂、膜、フィルター、およびビーズの群から選択される支持体に固定されている、項目21または項目22に記載の組成物を含むクロマトグラフィー用媒体。
(項目24)
欠失、付加、または保存的置換である、アミノ酸配列の変化をさらに含む、項目21に記載の組成物。
(項目25)
免疫グロブリンを生体試料から精製する方法であって、前記免疫グロブリンを、項目11から20のいずれかに記載の分離マトリックスに選択的かつ特異的に結合させるためのイオン強度およびpHの条件下で前記試料を接触させるステップ、および他の試料成分を通過させるステップ、および必要に応じてカラムを洗浄するステップ、および前記結合した免疫グロブリンを、ローディングバッファーと比較して:減少したpH、増大したpH、増大したイオン強度、および競合的結合リガンドの存在によって特徴付けられる群から選択されるものを含有する溶出バッファーを用いて前記マトリックスから溶出するステップであって、それによって前記免疫グロブリンを精製するステップを含む、方法。
(項目26)
前記分離マトリックスが、複数のオリゴペプチドを含む複数のポリペプチドからなり、前記ポリペプチドおよび前記オリゴペプチドはそれぞれ非同一であり、そして免疫グロブリンのクラスに対して非同一の親和性を有し、前記方法が、IgG 1 、IgG 2 、IgG 3 、IgG 4 、IgM、IgA、IgEおよびIgDの群から選択される、少なくとも1つまたは複数の抗体型を精製するステップをさらに含む、項目25に記載の方法。
(項目27)
抗体型IgG 1 、IgG 2 、IgG 3 およびIgG 4 のすべてを精製するステップをさらに含む、項目26に記載の方法。
特定の実施形態では、例えば、以下が提供される:
(項目1)
免疫グロブリンまたは免疫グロブリン含有化合物に結合する操作されたポリペプチドであって、前記ポリペプチドは、プロテインA、プロテインG、プロテインA/G、プロテインL、および他の免疫グロブリン結合タンパク質、ならびにそれらの機能性バリアントまたは部分の群から選択される少なくとも1つの天然に存在するかまたは組換えの免疫グロブリン結合タンパク質の少なくとも1つの機能性部分を含み、少なくとも1つの合成の機能性免疫グロブリン結合オリゴペプチドと、前記結合タンパク質の末端アミノ酸残基または内部リシンのような内部残基において化学的にコンジュゲートまたは遺伝子融合している、ポリペプチド。
(項目2)
前記群からの複数の前記機能性部分および/または前記機能性結合タンパク質部分のうちの1つの反復を含む、項目1に記載のポリペプチド。
(項目3)
少なくとも2つの機能性部分をつなぐ少なくとも1つの連結エレメントをさらに含み、前記連結エレメントが、アミノ酸配列を有し、アミノ酸を約1800個未満含有する、項目1または2に記載のポリペプチド。
(項目4)
前記連結エレメントが、アミノ酸を約95個未満含有する、項目3に記載のポリペプチド。
(項目5)
前記連結エレメントが、アミノ酸を約2〜約54個含む、項目3に記載のポリペプチド。
(項目6)
前記連結エレメントが、アミノ酸を約4〜約10個含む、項目5に記載のポリペプチド。
(項目7)
前記結合タンパク質の機能性部分が、配列番号1、2、3、4、5、6、7、11および14、ならびにそれらの機能性バリアントおよび部分の群から選択されるアミノ酸配列を有する、項目1から6のいずれか一項に記載のポリペプチド。
(項目8)
前記オリゴペプチドが、配列番号8〜10および18〜23のアミノ酸配列、これらのアミノ酸配列の機能性バリアントおよび部分、前記配列の複数のコピーを有する反復、ならびにこれらの配列の機能性保存的アミノ酸置換のうちの少なくとも1つから選択される、項目1から6のいずれかに記載のポリペプチド。
(項目9)
前記機能性部分が、標的とするクラスのIgG免疫グロブリンまたは免疫グロブリン含有化合物に結合するために選択され、前記ポリペプチドが、高速流量動態を特徴とする大容量捕捉床に分離マトリックス媒体をさらに含む、項目1から8のいずれかに記載のポリペプチド。
(項目10)
免疫グロブリンまたは免疫グロブリン含有化合物に結合する操作されたポリペプチドであって、前記ポリペプチドは、プロテインA、プロテインG、プロテインA/G、プロテインL、および他のIgグロブリン結合タンパク質、ならびにそれらの機能性バリアントまたは部分の群から選択される、天然に存在するかまたは組換え免疫グロブリン結合タンパク質またはオリゴペプチドの少なくとも1つの機能性部分を含有するポリペプチドにおいて、改良が、前記機能性部分またはそれらの機能性バリアントもしくは部分のアミノ酸配列またはその部分の少なくとも1つのコピーを含み、そしてさらに末端アミノ酸残基に化学的にコンジュゲートもしくは遺伝子融合しているか、または内部リシンのような内部残基内でコンジュゲートもしくは融合している少なくとも1つのオリゴペプチドを含む、ポリペプチド。
(項目11)
固体支持体とカップリングしている、項目1から10のいずれか一項に記載のポリペプチドを含む分離マトリックス。
(項目12)
前記固体支持体が、好ましくは、ビーズおよびシートの群から選択される形態を有する医療グレードの多孔質ポリ塩化ビニル(PVC)媒体を含む、項目11に記載の分離マトリックス。
(項目13)
前記PVC媒体が、多孔質タンパク質吸着性支持体表面で包埋されるか、またはそれを構成し、前記媒体が、より大きい孔径が平均で約0.5〜5.0マイクロメートルの範囲であり、より小さい孔径が平均で約0.003〜0.3マイクロメートルの範囲である二峰性孔径分布を有する、項目12に記載の分離マトリックス。
(項目14)
前記支持体表面材料が、セルロース、アガロース、ナイロン、多孔質メタロイド酸化物、多孔質金属酸化物、および多孔質混合金属酸化物、シリカ粒子、シリカゲル、調節多孔ガラス、アルミナ、スタニア、チタニア、ならびにジルコニアからなる群から選択される、項目13に記載のマトリックス。
(項目15)
前記固体支持体および前記支持体表面材料が、単一点付着によりカップリングしている、項目13から14のいずれかに記載の分離マトリックス。
(項目16)
前記固体支持体および前記支持体表面材料が、複数点付着によりカップリングしている、項目13から14のいずれかに記載の分離マトリックス。
(項目17)
前記ポリペプチドの免疫グロブリン結合容量が、少なくとも約25mg/ml床体積、少なくとも約50mg/ml床体積、少なくとも約75mg/ml床体積である、項目11から16のいずれかに記載の分離マトリックス。
(項目18)
少なくとも約500倍、1000倍、2000倍、または少なくとも約3000倍のスケールアップファクタの増加にわたって、線形で再現性のあるスケールアップ容量を有する、項目11から16のいずれかに記載の分離マトリックス。
(項目19)
前記固体支持体および前記支持体表面材料の少なくとも1つに付着する少なくとも1つのリンカーをさらに含む、項目11から18のいずれかに記載の分離マトリックス。
(項目20)
前記リンカーが、アミノ酸配列、ランダムアミノ酸ポリマー、ポリエチレングリコールから選択され、化学的に、または遺伝子融合により前記ポリペプチドに共有結合で付着している、項目19に記載の分離マトリックス。
(項目21)
QPQMSHM(配列番号9);KPGKEDNN(配列番号10);CPSTHWK(配列番号18);NVQYFAV(配列番号19);ASHTQKS(配列番号20);TNIESLK(配列番号21);NCHKCWN(配列番号22);および、SHLSKNV(配列番号23)の群から選択されるアミノ酸配列を有するオリゴペプチドを含む組成物。
(項目22)
項目21に記載のオリゴペプチドの少なくとも1つのコピーを含むタンパク質。
(項目23)
樹脂、膜、フィルター、およびビーズの群から選択される支持体に固定されている、項目21または項目22に記載の組成物を含むクロマトグラフィー用媒体。
(項目24)
欠失、付加、または保存的置換である、アミノ酸配列の変化をさらに含む、項目21に記載の組成物。
(項目25)
免疫グロブリンを生体試料から精製する方法であって、前記免疫グロブリンを、項目11から20のいずれかに記載の分離マトリックスに選択的かつ特異的に結合させるためのイオン強度およびpHの条件下で前記試料を接触させるステップ、および他の試料成分を通過させるステップ、および必要に応じてカラムを洗浄するステップ、および前記結合した免疫グロブリンを、ローディングバッファーと比較して:減少したpH、増大したpH、増大したイオン強度、および競合的結合リガンドの存在によって特徴付けられる群から選択されるものを含有する溶出バッファーを用いて前記マトリックスから溶出するステップであって、それによって前記免疫グロブリンを精製するステップを含む、方法。
(項目26)
前記分離マトリックスが、複数のオリゴペプチドを含む複数のポリペプチドからなり、前記ポリペプチドおよび前記オリゴペプチドはそれぞれ非同一であり、そして免疫グロブリンのクラスに対して非同一の親和性を有し、前記方法が、IgG 1 、IgG 2 、IgG 3 、IgG 4 、IgM、IgA、IgEおよびIgDの群から選択される、少なくとも1つまたは複数の抗体型を精製するステップをさらに含む、項目25に記載の方法。
(項目27)
抗体型IgG 1 、IgG 2 、IgG 3 およびIgG 4 のすべてを精製するステップをさらに含む、項目26に記載の方法。
Claims (27)
- 免疫グロブリンまたは免疫グロブリン含有化合物に結合する操作されたポリペプチドであって、前記ポリペプチドは、プロテインA、プロテインG、プロテインA/G、プロテインL、および他の免疫グロブリン結合タンパク質、ならびにそれらの機能性バリアントまたは部分の群から選択される少なくとも1つの天然に存在するかまたは組換えの免疫グロブリン結合タンパク質の少なくとも1つの機能性部分を含み、少なくとも1つの合成の機能性免疫グロブリン結合オリゴペプチドと、前記結合タンパク質の末端アミノ酸残基または内部リシンのような内部残基において化学的にコンジュゲートまたは遺伝子融合している、ポリペプチド。
- 前記群からの複数の前記機能性部分および/または前記機能性結合タンパク質部分のうちの1つの反復を含む、請求項1に記載のポリペプチド。
- 少なくとも2つの機能性部分をつなぐ少なくとも1つの連結エレメントをさらに含み、前記連結エレメントが、アミノ酸配列を有し、アミノ酸を約1800個未満含有する、請求項1または2に記載のポリペプチド。
- 前記連結エレメントが、アミノ酸を約95個未満含有する、請求項3に記載のポリペプチド。
- 前記連結エレメントが、アミノ酸を約2〜約54個含む、請求項3に記載のポリペプチド。
- 前記連結エレメントが、アミノ酸を約4〜約10個含む、請求項5に記載のポリペプチド。
- 前記結合タンパク質の機能性部分が、配列番号1、2、3、4、5、6、7、11および14、ならびにそれらの機能性バリアントおよび部分の群から選択されるアミノ酸配列を有する、請求項1から6のいずれか一項に記載のポリペプチド。
- 前記オリゴペプチドが、配列番号8〜10および18〜23のアミノ酸配列、これらのアミノ酸配列の機能性バリアントおよび部分、前記配列の複数のコピーを有する反復、ならびにこれらの配列の機能性保存的アミノ酸置換のうちの少なくとも1つから選択される、請求項1から6のいずれかに記載のポリペプチド。
- 前記機能性部分が、標的とするクラスのIgG免疫グロブリンまたは免疫グロブリン含有化合物に結合するために選択され、前記ポリペプチドが、高速流量動態を特徴とする大容量捕捉床に分離マトリックス媒体をさらに含む、請求項1から8のいずれかに記載のポリペプチド。
- 免疫グロブリンまたは免疫グロブリン含有化合物に結合する操作されたポリペプチドであって、前記ポリペプチドは、プロテインA、プロテインG、プロテインA/G、プロテインL、および他のIgグロブリン結合タンパク質、ならびにそれらの機能性バリアントまたは部分の群から選択される、天然に存在するかまたは組換え免疫グロブリン結合タンパク質またはオリゴペプチドの少なくとも1つの機能性部分を含有するポリペプチドにおいて、改良が、前記機能性部分またはそれらの機能性バリアントもしくは部分のアミノ酸配列またはその部分の少なくとも1つのコピーを含み、そしてさらに末端アミノ酸残基に化学的にコンジュゲートもしくは遺伝子融合しているか、または内部リシンのような内部残基内でコンジュゲートもしくは融合している少なくとも1つのオリゴペプチドを含む、ポリペプチド。
- 固体支持体とカップリングしている、請求項1から10のいずれか一項に記載のポリペプチドを含む分離マトリックス。
- 前記固体支持体が、好ましくは、ビーズおよびシートの群から選択される形態を有する医療グレードの多孔質ポリ塩化ビニル(PVC)媒体を含む、請求項11に記載の分離マトリックス。
- 前記PVC媒体が、多孔質タンパク質吸着性支持体表面で包埋されるか、またはそれを構成し、前記媒体が、より大きい孔径が平均で約0.5〜5.0マイクロメートルの範囲であり、より小さい孔径が平均で約0.003〜0.3マイクロメートルの範囲である二峰性孔径分布を有する、請求項12に記載の分離マトリックス。
- 前記支持体表面材料が、セルロース、アガロース、ナイロン、多孔質メタロイド酸化物、多孔質金属酸化物、および多孔質混合金属酸化物、シリカ粒子、シリカゲル、調節多孔ガラス、アルミナ、スタニア、チタニア、ならびにジルコニアからなる群から選択される、請求項13に記載のマトリックス。
- 前記固体支持体および前記支持体表面材料が、単一点付着によりカップリングしている、請求項13から14のいずれかに記載の分離マトリックス。
- 前記固体支持体および前記支持体表面材料が、複数点付着によりカップリングしている、請求項13から14のいずれかに記載の分離マトリックス。
- 前記ポリペプチドの免疫グロブリン結合容量が、少なくとも約25mg/ml床体積、少なくとも約50mg/ml床体積、少なくとも約75mg/ml床体積である、請求項11から16のいずれかに記載の分離マトリックス。
- 少なくとも約500倍、1000倍、2000倍、または少なくとも約3000倍のスケールアップファクタの増加にわたって、線形で再現性のあるスケールアップ容量を有する、請求項11から16のいずれかに記載の分離マトリックス。
- 前記固体支持体および前記支持体表面材料の少なくとも1つに付着する少なくとも1つのリンカーをさらに含む、請求項11から18のいずれかに記載の分離マトリックス。
- 前記リンカーが、アミノ酸配列、ランダムアミノ酸ポリマー、ポリエチレングリコールから選択され、化学的に、または遺伝子融合により前記ポリペプチドに共有結合で付着している、請求項19に記載の分離マトリックス。
- QPQMSHM(配列番号9);KPGKEDNN(配列番号10);CPSTHWK(配列番号18);NVQYFAV(配列番号19);ASHTQKS(配列番号20);TNIESLK(配列番号21);NCHKCWN(配列番号22);および、SHLSKNV(配列番号23)の群から選択されるアミノ酸配列を有するオリゴペプチドを含む組成物。
- 請求項21に記載のオリゴペプチドの少なくとも1つのコピーを含むタンパク質。
- 樹脂、膜、フィルター、およびビーズの群から選択される支持体に固定されている、請求項21または請求項22に記載の組成物を含むクロマトグラフィー用媒体。
- 欠失、付加、または保存的置換である、アミノ酸配列の変化をさらに含む、請求項21に記載の組成物。
- 免疫グロブリンを生体試料から精製する方法であって、前記免疫グロブリンを、請求項11から20のいずれかに記載の分離マトリックスに選択的かつ特異的に結合させるためのイオン強度およびpHの条件下で前記試料を接触させるステップ、および他の試料成分を通過させるステップ、および必要に応じてカラムを洗浄するステップ、および前記結合した免疫グロブリンを、ローディングバッファーと比較して:減少したpH、増大したpH、増大したイオン強度、および競合的結合リガンドの存在によって特徴付けられる群から選択されるものを含有する溶出バッファーを用いて前記マトリックスから溶出するステップであって、それによって前記免疫グロブリンを精製するステップを含む、方法。
- 前記分離マトリックスが、複数のオリゴペプチドを含む複数のポリペプチドからなり、前記ポリペプチドおよび前記オリゴペプチドはそれぞれ非同一であり、そして免疫グロブリンのクラスに対して非同一の親和性を有し、前記方法が、IgG1、IgG2、IgG3、IgG4、IgM、IgA、IgEおよびIgDの群から選択される、少なくとも1つまたは複数の抗体型を精製するステップをさらに含む、請求項25に記載の方法。
- 抗体型IgG1、IgG2、IgG3およびIgG4のすべてを精製するステップをさらに含む、請求項26に記載の方法。
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