JP2021520997A - 擬似移動床を用いた分離のための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ＥＢＡカラムのアウトレットにおけるポンプを必要とすることなく、ＥＢＡ−ＳＭＢ動作モードにおいて液体フィード混合物から１つ又は複数の成分を分離するための方法に関する。本発明はまた、本発明に従った方法において使用され得る吸着流動床カラムを伴う擬似移動床分離デバイスに関する。

Description

本発明は、吸着流動床カラムを使用した擬似移動床デバイスにおける混合物からの少なくとも１つの成分の分離のための方法に関する。本発明は、吸着流動床カラムを伴う擬似移動床分離デバイスにも関する。

擬似移動床（ＳＭＢ，simulated moving bed）デバイスは、Chin et al (2004) (Chin C.Y. and Wang N-H. L. (2004) "Simulated Moving Bed Equipment Designs", in “Separation and Purification Reviews”, Volume 33, pp.77 - 155)による総説論文において記述されている。

混合物からの成分の分離における膨張床カラムの使用は大規模な研究の対象となっており、それらは、タンパク質、ペプチド、核酸、及びウイルス粒子のような、生体高分子の吸着／捕捉に強く着目していた。吸着流動床（ＥＢＡ，expanded bed adsorption）を実装する主な動機の一部には、（１）混濁した粘性のストリームが詰まることなくＥＢＡカラムを流れることができ、それと同時に標的分子の捕捉を可能にするので、細胞培養液ベースのストリーム及び何らかの浮遊物質を伴うストリームの場合に事前処理ステップが減ること、並びに、（２）ＥＢＡカラム内の低い又は無視できる背圧が高流速を可能にし、それが高い生産性をもたらすことがある。

ＥＢＡの原理及び方法は、Amersham Biosciences in “Expanded Bed Adsorption - Principles and Methods” (ISBN 18-1124-26)、及び、Frej et al. (2018) (K.A.-K. Frej and R.A. Hjorth (2018) “Expanded Bed Adsorption” in Biopharmaceutical Processing, Chapter 13, pages 269-277 (ISBN: 978-0-08-100623-8))によって詳しく記述されている。

ＥＢＡモードにより高流速で動作させることの利点は、免疫グロブリン（特別なクラスのタンパク質）の精製を開示する国際公開第９８／０８６０３号パンフレット、生体高分子（ＤＮＡ、ＲＮＡ、バクテリア、ウイルス）の精製を開示する国際公開第００／５７９８２号パンフレット、並びに、高流速及び高温における生体分子の精製を記述する国際公開第２００４／０８２３９７号パンフレットを含む、Ｕｐｆｒｏｎｔ社からのいくつかの特許において記述されている。

膨張床カラムを使用したＳＭＢデバイスにおける混合物からの有用な成分の分離は、特許文献欧州特許出願公開第１９９４９７２号明細書において記述されている。具体的には、この文献は、未加工の農業及び酪農に関する供給源からの、具体的にはジャガイモ果汁からの、タンパク質などの成分の単離に関する。

国際公開第９８／０８６０３号パンフレット 国際公開第００／５７９８２号パンフレット 国際公開第２００４／０８２３９７号パンフレット 欧州特許出願公開第１９９４９７２号明細書

Chin et al (2004) (Chin C.Y. and Wang N-H. L. (2004) "Simulated Moving Bed Equipment Designs", in "Separation and Purification Reviews", Volume 33, pp.77 - 155) Amersham Biosciences in "Expanded Bed Adsorption - Principles and Methods" (ISBN 18-1124-26) Frej et al. (2018) (K.A.-K. Frej and R.A. Hjorth (2018) "Expanded Bed Adsorption" in Biopharmaceutical Processing, Chapter 13, pages 269-277 (ISBN: 978-0-08-100623-8))

本発明により、膨張床カラムを伴うＳＭＢデバイスを使用する分離プロセスの制御が、大幅に簡略化された。具体的には、ＳＭＢモードにおける安定したＥＢＡ動作のために、インレットポンプの存在だけで十分であるように、プロセスを動作させることができる。

これまでに記述されたＥＢＡ−ＳＭＢシステムでは、各カラムのインレットとアウトレットの両方における大規模な制御ユニットが、カラム内の床の高さの適切な制御のために必要とされ、例えば、可動アダプタ、バルブ、及びポンプを含む複数の構成要素が、アウトレット制御ユニットを形成していた。驚くべきことに、制御ユニットを形成する構成要素を減らしながら、システムを確実に動作させることができることが判明した。具体的には、ポンプなしで、及びカラムのアウトレット端における可動アダプタなしで、システムを動作させることができること、並びに、分離プロセス全体で安定した流動床カラムをそれでも維持できることが判明した。

ある特定の実施形態によれば、本発明は、擬似移動床分離デバイス（「デバイス」）において、浮遊物質を含有する細胞懸濁液のような、液体フィード混合物から少なくとも１つの成分を分離するための方法として記述することができ、分離がプロダクトアウトレットストリームをもたらし、分離デバイスが、
上方流において混合物の液体流が各分離ユニットの中でそれを通じて確立されて、各ユニットに対して入力ストリーム及び出力ストリームをもたらすことができる、インレット及びアウトレット制御ユニットを伴う複数の分離ユニットであって、
分離ユニットの各々が、分離マトリクスの膨張床を備え、
上方流を、複数のステップの間、複数の分離ユニットを通じて維持することができ、
分離ユニットの各々が、フィードステップ、洗浄ステップ、溶出ステップ、クリーニングステップ、平衡化ステップ、又は補正ステップのうちの１つに関与することができる、分離ユニットと、
前記複数の分離ユニットの各々に通信可能に結合される、少なくとも１つのポンプ及び／又は少なくとも１つのバルブを各々備える複数の流入制御ユニットと、
前記複数の分離ユニットの各々に通信可能に結合される、少なくとも１つのバルブを各々備える複数の流出制御ユニットと
を備え、制御ユニットが、前記複数の分離ユニットを通る液体流を確立し、
分離ユニットの各々の中の分離マトリクスの膨張床が、所定のレベルに維持される。

本発明のさらなる特定の実施形態によれば、本発明は、擬似移動床分離デバイスにおける液体フィード混合物からの少なくとも１つの成分の分離のための方法に関し、
分離デバイスが、擬似移動床分離デバイスの動作中に各分離ユニット内で上向きに液体流がそれを通じて確立されて、各分離ユニットに対して入力ストリーム及び出力ストリームをもたらすことができる、固定インレット及び固定アウトレットを各々伴う複数の分離ユニットを備え、
複数の分離ユニットの各々が、分離マトリクスの膨張床を備え、
分離ユニットの各々において、分離マトリクス床の上方の空間が、分離マトリクス床の上方に気泡を伴うことなく液体で完全に満たされ、
前記複数の分離ユニットの各々が、少なくとも１つの流入制御ユニット及び少なくとも１つの流出制御ユニットに通信可能に結合され、
各流入制御ユニットが、少なくとも１つのポンプ及び少なくとも１つのバルブを備え、
各流出制御ユニットが、ポンプなしで少なくとも１つのバルブを備え、
液体フィード混合物が、順番に各分離ユニットのインレットにフィードされ、
分離ユニットの各々が続いて、洗浄ステップ、溶出ステップ、クリーニングステップ、平衡化ステップ、又は補正ステップのうちの１つを受け、
少なくとも１つの成分を含有する精製されたプロダクトアウトレットストリームが収集される。

さらなる態様では、本発明は、擬似移動床分離デバイスを提供し、
分離デバイスが、擬似移動床分離デバイスの動作中に各分離ユニット内で上向きに液体流がそれを通じて確立されて、各分離ユニットに対して入力ストリーム及び出力ストリームをもたらすことができる、固定インレット及び固定アウトレットを各々伴う複数の分離ユニットを備え、
複数の分離ユニットの各々が、分離マトリクスの膨張床を備え、
分離ユニットの各々において、分離マトリクス床の上方の空間が、分離マトリクス床の上方に気泡を伴うことなく液体で完全に満たされ、
前記複数の分離ユニットの各々が、少なくとも１つの流入制御ユニット及び少なくとも１つの流出制御ユニットに通信可能に結合され、
各流入制御ユニットが、少なくとも１つのポンプ及び少なくとも１つのバルブを備え、
各流出制御ユニットが、ポンプなしで少なくとも１つのバルブを備える。

「デバイス」という用語の代わりに、「システム」という用語又は「装置」という用語が適用され得る。

欧州特許出願公開第２１３９５７３号明細書は、ＥＢＡカラムを通る流速の調整のために、カラムのインレットの上流に１つ、及びカラムのアウトレットの下流に１つの、２つのポンプが必要であることを教示する。

ＥＢＡカラムのためにアウトレットポンプを実装することの重要な理由は、Ｕｐｆｒｏｎｔ社による米国特許第９２２０９９７Ｂ２号明細書において説明されるように、液体レベルの上端を膨張床のトップに維持するためである。この特許は、アウトレットポンプが、膨張床の表面及びその上の液体レベルと比較した可動の頂部アダプタのポジションに依存して制御されることを記述する。加えて、アウトレットポンプは、一定のカラム圧を維持することができる。この原理は、ＥＢＡが可動の頂部アダプタを伴って設計された、Avebe U.A.による欧州特許出願公開第１９９４９７２Ｂ１号明細書において記述されるＥＢＡ−ＳＭＢコンセプトの場合においてさらに実装されている。しかしながら、インレットポンプのみを伴う簡単な第３世代のＥＢＡバッチシステムのセットアップが、Jin (2015) (Z. Jin (2015) “Expanded bed adsorption- challenges and advances in column and process design” Pharmaceutical Engineering January/February 2015, 1 - 12)によって記述されている。このセットアップは、システム設計を簡単にする。

本発明による「分離ユニット」は、任意のクロマトグラフィユニット、具体的には、吸着流動床ユニットであり得る。

分離ユニットは、１つのカラムを備えてもよく、又は複数のカラムを備えてもよい。分離ユニットが２以上のカラムを備える場合、これらのカラムは、直列に又は並列にのいずれかで動作させられてもよい。

本発明によれば、分離ユニットの各々は、分離ユニットの頂部にボイドを伴わずに、液体で完全に満たされる。具体的には、分離ユニットのカラムの各々は、その頂部に空気又は任意の他の気体を含有するボイドを伴わずに、液体で完全に満たされる。

本発明によれば、ＥＢＡ設計は固定アウトレットを伴う。これは、各分離ユニットにおいて（又は、分離ユニットが１より多くのカラムを備える場合、各カラムにおいて）、可動の頂部アダプタがなく、アウトレット流速がインレットポンプによって制御され得ることを意味する。本発明によれば、各分離ユニット（又は、分離ユニットが１より多くのカラムを備える場合、各カラム）は固定インレットを有する。これは、分離デバイス（又はカラム）のインレットにおいても、可動の（底部）アダプタが存在しないことを意味する。したがって、ＥＢＡ−ＳＭＢシステム及び自動化設計が、１つ１つのアウトレットに追加のポンプを必要とすることなく簡略化される。

むしろ、本発明による方法では、分離マトリクスの床レベルは、分離マトリクス床の頂部と分離ユニット（又は列）の頂部との間の距離を監視し、その距離があらかじめ設定された値から逸脱するときにインレットポンプの速さを調整することにより分離ユニットにおける液体の流速を修正することによって、制御され得る。当業者は、過度の実験なしで、そのようなレベル制御を行うことが可能であろう。

欧州特許出願公開第１９９４９７２Ｂ１号明細書において記述される分離プロセスは、各々が流入制御ユニット及び流出制御ユニットに結合される複数のＥＢＡカラムに関する。これらの制御ユニットは各々、それぞれのカラムを通る液体の流れを制御するための、パンプ並びにバルブからなる。加えて、流出制御ユニットは、可動アダプタも含有する。

カラムの頂部において可動アダプタを使用することの欠点は、可動アダプタの上方の空間の汚損及び汚染の危険性、並びに、設計及び分離方法の制御の複雑さである。

本発明によれば、ＥＢＡカラムの各々のアウトレットにおけるポンプ及び可動アダプタが存在しないときにも、分離プロセスを確実に実施できることが判明した。

本明細書で使用される「液体フィード混合物」は、分離されるべき１又は２以上の成分を含有する液体媒体を意味する。「液体フィード混合物」は、溶解した成分のみを含有するか、又は、分離されるべき成分の隣に微粒子状物質を含有するかのいずれかであり得る。微粒子状物質を含有する液体フィード混合物は、例えば、微生物若しくは哺乳類の細胞から得られた発酵ブロスなどの、バイオロジカルブロス、又は、植物抽出物、第１世代、第２世代、及び第３世代のバイオ燃料原料から得られた抽出物を含む、複合バイオロジカルストリーム、又は、水より粘性若しくは混濁度若しくは密度の高い、製薬、生化学、食品加工、若しくは酪農産業からのバイオロジカルストリームであり得る。

本発明に従って液体フィード混合物から分離され得る成分は、例えば、アミノ酸、糖、カルボン酸、有機酸、エステル、アミド、アミン、ニトリル、ニトロ化合物、フェノール、エーテル、アルデヒド、ケトン、アルコール、脂質、炭化水素、ハロゲン化合物、ステロイド、アルカロイド、小ペプチドなどの、低分子量の成分であり得る。

商業的に生産されるペプチドは、ジペプチド及びトリペプチドなどを包含する。これらは、ウシ、ヤギ、ヒツジ、バッファロー、及びラクダの乳加水分解物から得られるペプチドを含み、環状ジペプチド、カゼインから得られるペプチド、ホエーから得られるペプチド、加水分解されたカゼイン、加水分解されたホエーを備える。商業的に生産される有機酸は、酢酸、乳酸、クエン酸、イタコン酸、コハク酸、及びプロピオン酸を含み得る。商業的に生産される糖は、キシロース、グルコース、フルクトース、及びスクロースなどの、単糖及び二糖を含む。これらの糖は、ビート、サトウキビ、ジャガイモ、草、木、又は他の半セルロース原料などの、様々な原料から生じ得る。商業的に生産されるアルコールは、ブタノール、エタノール、プロパノール、ブタンジオール、及びプロパンジオールを含む。これ以外に、この技術は、薬理学に従った小分子という用語のもとで定義される価値の高い化合物にも適用される。これらの品目の例は、抗生物質の前駆体、植物のグリコシド、ポリケチド、及びステロイドから得られるアルカロイドである。

本発明に従って液体フィード混合物から分離され得る成分は、例えば、ポリペプチド、タンパク質、ＤＮＡ及びＲＮＡなどのポリヌクレオチド、多糖により例示される、生体高分子などの高分子であってもよい。

本発明に従って液体フィード混合物から分離され得る成分は、ウイルス又はウイルス成分などの、ウイルス粒子であってもよい。

本発明によれば、「液体フィード混合物からの少なくとも１つの成分の分離」は、フィード混合物から１つの成分を分離することを伴ってもよく、又は、フィード混合物から２以上の成分を分別することを伴ってもよい。

本発明による「擬似移動床分離デバイス」は、直列に、及び閉じられたループで動作する、複数の基本吸着又は分別ゾーンを備え、前記ゾーンの各々が、フィード若しくは溶出剤若しくは希釈されたフィード若しくは再生液若しくは洗浄液のための、又は、抽出物若しくはラフィネートの逐次的な抽出のための、２つの連続する逐次的な注入点の間に、吸着剤と、吸着剤のないループ内の循環体積とを備える。擬似移動床は、本明細書ではさらにＳＭＢと省略される。

したがって、液体フィード混合物を各分離ユニットに順番にフィードすることによって、少なくとも１つの成分の分離を確立することができ、このフィードステップの後に、洗浄ステップ、溶出ステップ、クリーニングステップ、及び任意の平衡化ステップを続けることができる。これらのステップとステップの間のいずれかに、変化するプロセス条件に関して、床レベルの制御が原因の可変のゾーン通過時間を補正するために、補正ステップが導入され得る。補正ゾーンは、ループの中で動作するとき一定のサイクル時間を維持し、周期的な安定状態を維持するのに役立つ。

例として、以下の説明においてプロセスのステップを示す。本発明のプロセスを実施する代替的なモードでは、１若しくは２以上の追加のステップが含まれてもよく、又は、１若しくは２以上のステップが削除されてもよい。

フィードステップの間、ＥＢＡカラム内の条件は、分離ユニットにおいて分離されるべき１又は２以上の成分の結合に適している。具体的には、分離マトリクス内の条件は、分離ユニットにおいて分離されるべき１又は２以上の成分の結合に適している。

洗浄ステップにおいて、液体フィード混合物からのあらゆる汚染が、分離ユニットから除去され得る。

溶出ステップにおいて、分離されるべき１又は２以上の成分を分離ユニットから溶出することができ、かかる溶出ステップにおいては、分離ユニットの中の分離マトリクスへの特定の成分の結合を分解する条件が適用される。

続くクリーニングステップにおいて、分離ユニットに残っている汚染を除去することができ、平衡化ステップにおいて、分離ユニットは、液体フィード混合物の次の装填を受け取る準備ができる。

本発明の文脈では、「分離マトリクス」は、本発明のプロセスにおいて分離されるべき成分と可逆的に結合することができる、官能基と結合される固体の微粒子状物質を意味する。微粒子物質は、有機化合物又は無機化合物からできていることがある。適切な無機物質は、例えば、セラミック、シリカ、及びガラスビーズである。好ましい無機材料はシリカである。適切な有機材料は、例えば、アガロース、セルロース、デキストラン、スチレン、又は、ジビニルベンゼンを架橋剤として使用するアクリルモノマーである。好ましい有機材料は、アガロース及びスチレンジビニルベンゼンベースのマトリクスである。マトリクスは、例えば、炭化タングステンベースのコアを伴うアガロースベースのマトリクスのような、有機物質と無機物質の組合せも伴い得る。マトリクスは、多孔性、非多孔性、又はゲル状であり得る。

分離マトリクスを構成する微粒子状物質の平均粒子直径の下限は、好ましくは３００μｍ、より好ましくは１５０μｍ、より好ましくは５０μｍであり、最低で１０μｍであってもよい。平均粒子直径の上限は、８００μｍ、より好ましくは６００μｍ、より好ましくは３００μｍであってもよい。平均粒子直径は、５０μｍ〜８００μｍ、より好ましくは２０μｍ〜４００μｍ、さらにより好ましくは５０〜３００μｍの範囲にある。粒子サイズの分布は、類似のサイズの吸着剤ビーズが９０％未満である、同じカラムにおける異なる粒子サイズの不均質分布、又は、好ましくはカラムにおける類似の粒子サイズが９０％を超える、より好ましくは９５％を超える、より好ましくは類似の粒子サイズが１００％である、均一分布のいずれかであり得る。本明細書では、類似の粒子サイズは、好ましくは平均粒子サイズから最大で±２０％の偏差、より好ましくは平均粒子サイズから最大で±１０％の偏差、より好ましくは平均粒子サイズから±１％の偏差を意味する。平均粒子密度又は比重は、フィードストリームの密度又は比重より高いことが必要であり、１．０１〜４．０ｇ／ｍｌ、好ましくは１．０５〜２ｇ／ｍｌの間で変化し得る。

本発明の文脈における「膨張床」という用語は、液体ストリームの上方流を導入することにより吸着剤ビーズが懸濁状態になり、粒子間の液体ボイド容量の、１．１〜４倍、好ましくは１．１〜２．５倍、より好ましくは１．１〜２倍の増大をもたらすことを意味する。

上記の微粒子状物質に結合される官能基は、カチオン基若しくはアニオン基、又はカチオン基及びアニオン基の混合、又は疎水基、又は分離若しくは精製されるべき特定のエンティティへのアフィニティを伴う基、又はカチオン基と疎水基の混合、又はアニオン基と疎水基の混合、又はアフィニティとイオン交換基の混合、又はアフィニティと疎水基の混合、又はクロマトグラフィベースの分離につながり得る任意の官能基若しくは非官能基であり得る。

官能基は、微粒子状物質に恒久的に又は可逆的に結合され得る。好ましくは、官能基は、共有結合を通じて恒久的に結合され、又は、静電的な相互作用、若しくは疎水的な相互作用、若しくはファンデルワールス相互作用、若しくは複数のタイプの結合の組合せを通じて、半永久的に結合される。

当業者は、特定の液体フィード混合物から所望の１若しくは複数の成分を単離及び又は精製するための適切な分離マトリクスを選択することが可能であろう。

本発明の特定の実施形態では、ＳＭＢデバイスは、デバイス内の化学パラメータ又は物理パラメータの検出に対応する出力信号を提供することができる、複数の流入検出器を備える。

本発明による「流入検出器」は、実施形態では、分離デバイスにおける液体ストリームの物理パラメータ又は化学パラメータを監視できる検出器である。

本発明による「化学又は物理パラメータ」は、例えば、ｐＨ、導電率、光吸収率、電磁波、超音波、及び／又は分離ユニットにおける分離マトリクスのレベルであり得る。

図１に例示される分離デバイスでは、８個のカラム（項目番号１１６〜１２３）が存在し、これらは、項目番号６７〜１０６の入力バルブによって、並びに、いくつかのカラムを分離ユニット内で直列に並べるために使用され得る項目番号５９〜６６のバルブによって、例えば６個の分離ユニットへと動作可能につながれ得る。入力ポート（項目番号７〜１１）を使用することによって、それぞれのフィードストリーム（洗浄、溶出、及び再生などのステップのための、液体フィード混合物並びにフィードストリームなど）は、ポンプ（１２５〜１２９）によって分離ユニットに輸送され得る。出力ポート（項目番号２〜６）を通って、プロダクトストリーム（分離されるべき成分、並びに、ステップ（洗浄、溶出、及び再生など）からの廃棄ストリームを含有する）が、項目番号１９〜５８の出力バルブによって分離デバイスから出ることができる。カラムの各々における床レベルは、レベルセンサ（項目番号１０８〜１１５）によって監視される。さらに、分離システムは、出力ポート３（項目番号４）を通って流れるストリームにおけるｐＨ（項目番号１５）、導電率（項目番号１６）、及び吸収率（項目番号１７）のためのセンサを備える。

本発明の特定の実施形態では、ＳＭＢデバイスは、分離ユニットの各々の中の分離マトリクスの膨張床の所定のレベルを可能にしながら流入検出器からの出力信号を処理して流入制御ユニット及び流出制御ユニットを調整することが可能なプロセッサなどの、制御システム（Ｃ）を備える。その概略的な表現が図２に示されており、システムは、本発明に従った分離デバイスの一部である単一のカラム（Ｃ−００１）について例示されている。

本発明の文脈では、「流入制御ユニット」は、分離ユニットの上流端、すなわち液体ストリームが分離ユニットに入るところに接続されるユニットである。流入制御ユニットは、ポンプとバルブの両方の機能を組み合わせた単一の機器であり得る。代替的に、流入制御ユニットは、各々が別個の機器として配置されたポンプ及びバルブの機能ユニットであり得る。流入制御ユニットは、分離ユニットの上流端に位置しているか、又は、分離デバイス内のより離れた場所に位置しているかのいずれかであり得る。

本発明の文脈では、「流出制御ユニット」は、分離ユニットの下流端、すなわち液体ストリームが分離ユニットから出るところに接続されるバルブである。流出制御ユニットは、分離ユニットの下流端に位置しているか、又は、分離デバイス内のより離れた場所に位置しているかのいずれかであり得る。

「上流」及び「下流」という用語は、分離デバイスにおける流れの方向に対する、項目又は特徴の相対的な配置に関し、流れ生成手段（ポンプなど）の第１のポジションに対して、流れ生成手段により近い液体の流れの中の第２のポジションは「上流」であり、流れ生成手段からさらに離れた液体の流れの中の第３のポジションは「下流」である。

分離デバイスは、実施形態では、インレット制御ユニット及びアウトレット制御ユニットを伴う複数の分離ユニットを備える。インレット制御ユニット及びアウトレット制御ユニットは、各分離ユニットを通る、特に、各分離ユニット内の１又は２以上のカラムを上向きに通る液体流を確立して、各分離ユニットに対してインレットストリーム及びアウトレットストリームをもたらすように構成される。

分離ユニット、特に各分離ユニット内の１又は２以上のカラムは、各々実質的に垂直なポジションに並べられる。これは、カラムの長さ方向の、垂直方向の、及び縦方向の軸が、１０度より大きく、好ましくは９度より大きく、好ましくは８度より大きく、好ましくは７度より大きく、好ましくは６度より大きく、好ましくは５度より大きく、好ましくは４度より大きく、好ましくは３度より大きく、好ましくは２度より大きく、好ましくは１度より大きく、好ましくは０．５度より大きく、好ましくは０．２度より大きく、好ましくは０．１度より大きく、好ましくは０．０５度より大きく、完璧に垂直なポジションからずれないことを意味する。

上向きの流れとは、ここでは、カラムの底部からカラムの頂部への流れを意味する。

説明のための例１及び図１において、本発明は、全部で８個のカラムを伴う実施形態において記述される。しかしながら、本発明は、２個より多くの任意の数のカラムを伴うデバイスに関する。実際には、デバイスは、好ましくは５０個未満のカラム、より好ましくは４０個未満のカラム、より好ましくは３０個未満のカラム、より好ましくは２０個未満のカラム、より好ましくは１０個未満のカラムを含有する。

「複数の」という用語は、２以上を指す。言及される「複数の分離ユニット」に関して、分離ユニットの最小の数は２である。実際には、デバイスは、好ましくは２０個未満の分離ユニット、好ましくは１５個未満の分離ユニット、より好ましくは１００個未満の分離ユニット、より好ましくは８個未満の分離ユニット、より好ましくは６個未満の分離ユニットを含有する。

本明細書の「実質的に」又は「基本的に」という用語、及び類似の用語は、当業者により理解されるだろう。「実質的に」又は「基本的に」という用語は、「全体に」、「完全に」、「すべて」などを伴う実施形態も含み得る。したがって、実施形態では、実質的に又は基本的にという形容詞は削除されてもよい。適用可能な場合、「実質的に」という用語又は「基本的に」という用語は、９５％以上、特に９９％以上、またさらに特に１００％を含む９９．５％以上などの、９０％以上にも関し得る。

「備える（comprise）」という用語は、「備える(comprises)」という用語が「からなる」を意味する実施形態も含む。

「及び／又は」という用語は特に、「及び／又は」の前及び後に言及された項目の１又は２以上に関する。例えば、「項目１及び／又は項目２」という語句及び類似の語句は、項目１及び項目２の１又は２以上に関し得る。「備える（comprising）」という用語は、ある実施形態では、「からなる」を指し得るが、別の実施形態では、「少なくとも定義された種類及び任意で１又は２以上の他の種類を含有する」も指し得る。

さらに、説明及び特許請求の範囲における第１、第２、第３などの用語は、類似する要素を区別するために使用され、必ずしも逐次的な又は時間的な順序を記述するために使用されない。そのように使用される用語は適切な状況のもとでは交換可能であること、及び、本明細書で記述される本発明の実施形態は、本明細書で記述又は例示されるもの以外の順序で動作が可能であることが理解されるべきである。

デバイス、装置、又はシステムは、本明細書ではとりわけ、動作中に記述され得る。当業者には明らかとなるように、本発明は、動作の方法、又は、動作中のデバイス、装置、若しくはシステムには限定されない。

上で言及された実施形態は本発明を限定するのではなく例示すること、及び、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく多くの代替的な実施形態を当業者が設計することが可能であろうことに、留意されたい。

「備える（to comprise）」という動詞及びその活用形の使用は、特許請求の範囲において述べられるもの以外の要素又はステップの存在を排除しない。文脈が明確に別段要求しない限り、説明及び特許請求の範囲全体で、「備える（comprise）」、「備える（comprising）」などの語は、排他的又は網羅的な意味とは対照的な包含的な意味で、すなわち、「限定はされないが含む」という意味で解釈されるべきである。

要素に先行する冠詞「a」又は「an」は、複数のそのような要素の存在を排除しない。

本発明は、いくつかの別個の要素を備えるハードウェアによって、及び、適切にプログラムされたコンピュータによって実装され得る。いくつかの手段を列挙するデバイスの請求項、又は装置の請求項、又はシステムの請求項において、これらの手段のいくつかは、まったく同一のハードウェア項目によって具現化され得る。相互に異なる従属請求項においていくつかの方策が記載されているという単なる事実は、これらの方策の組合せを有利に使用することができないということを示さない。

本発明はまた、デバイス、装置、若しくはシステムを制御し得る、又は、本明細書で説明される方法若しくはプロセスを実行し得る、プロセッサなどの制御システムを提供する。またさらに、本発明は、デバイス、装置、若しくはシステムに機能的に結合され、又はそれらからなり、そのようなデバイス、装置、若しくはシステムの１又は２以上の制御可能要素を制御する、コンピュータ上でランされると、コンピュータプログラム製品も提供する。

本発明はさらに、説明において記述される、及び／又は添付の図面に示される特徴的な機能の１又は２以上を備える、デバイス、装置、又はシステムに適用される。本発明はさらに、説明において記述される、及び／又は添付の図面に示される特徴的な機能の１又は２以上を備える、方法又はプロセスに関する。

この特許において論じられる様々な態様は、追加の利点をもたらすために組み合わされ得る。さらに、実施形態を組み合わせることができ、２より多くの実施形態を組み合わせることもできることを、当業者は理解するであろう。さらに、機能の一部は、１又は２以上の部分的な適用例のための基礎を形成し得る。

「制御すること」という用語及び類似の語句は特に、挙動を決定して要素のランを監督することを少なくとも指す。したがって、本明細書の「制御すること」及び類似の用語は、例えば、要素に挙動を課すこと（挙動を決定すること又は要素のランを監督すること）など、例えば、測定すること、表示すること、作動させること、開くこと、移行すること、温度を変えることなどを指し得る。それ以外に、「制御すること」という用語及び類似の用語は、監視することを追加で含み得る。したがって、「制御すること」という用語及び類似の用語は、要素に挙動を課すことと、また、要素に挙動を課して要素を監視することを含み得る。要素の制御は、「コントローラ」としても示され得る制御システムを用いて行われ得る。制御システム及び要素は、したがって、少なくとも一時的に、又は恒久的に、機能的に結合され得る。要素は制御システムを備え得る。実施形態では、制御システム及び要素は、物理的に結合されないことがある。制御は、有線及び／又はワイヤレスの制御を介して行われ得る。「制御システム」という用語は、複数の異なる制御システムも指すことがあり、それらは特に、機能的に結合され、例えばそれらのうちの１つの制御システムがマスター制御システムであり、１又は２以上の他のシステムがスレーブ制御システムであり得る。制御システムは、ユーザインターフェースを備えることがあり、又はそれに機能的に結合されることがある。

システム、又は装置、又はデバイスは、ある「モード」又は「動作モード」又は「動作のモード」において活動を実行し得る。同様に、方法において、活動又は段階又はステップは、ある「モード」又は「動作モード」又は「動作のモード」で実行され得る。「モード」という用語は、「制御モード」としても示され得る。これは、システム、又は装置、又はデバイスが、別の制御モード、又は複数の他の制御モードを提供するためにも適合され得ることを排除しない。同様に、これは、モードを実行する前、及び／又はモードを実行した後に、１又は２以上の他のモードが実行され得ることを排除しないことがある。

しかしながら、実施形態では、少なくとも制御モードを提供するように適合される、制御システムが利用可能であり得る。他のモードが利用可能である場合、そのようなモードの選択は特にユーザインターフェースを介して実行され得るが、センサ信号又は（時間）計画に依存してモードを実行することのような他の選択肢も可能であり得る。動作モードは、実施形態では、単一の動作モードでのみ動作することができる（すなわち、さらなる調整可能性のない「オン」）、システム、又は装置、又はデバイスも指し得る。

擬似移動床分離デバイスは、制御システムを備えてもよく、又はそれに機能的に結合されてもよい。

制御システムは、複数の分離ユニットを制御するように構成され得る。特に、制御システムは、インレット制御ユニット及びアウトレット制御ユニットを制御するように構成され得る。したがって、制御システムは、インレットストリーム及びアウトレットストリームを制御するように構成され得る。したがって、制御システムは、複数のステップの間に複数の分離ユニットを通る上方流を制御するように構成され得る。またさらに、実施形態では、制御システムは、各流入制御ユニットの少なくとも１つのポンプ及び少なくとも１つのバルブを制御するように構成され得る。特に、制御システムは、各分離ユニットのインレットへの液体のフィードを順序通りに制御するように構成される（動作中、液体が順序通りに各分離ユニットのインレットにフィードされるように）。制御システムは、（分離ユニットの各々が続いて受けることができる）ステップの開始を制御し、（マトリクス床レベル及び流速などの）分離ユニットにおいて所望の条件を維持し、ステップの終了を制御するように構成される。またさらに、制御システムは特に、（分離ユニットの各々が続いて受けることができる）洗浄ステップ、溶出ステップ、クリーニングステップ、平衡化ステップ、又は補正ステップの１又は２以上を制御するように構成される。さらに、制御システムは、各流出制御ユニットを制御するように構成され得る。具体的な実施形態では、制御システムは、流出制御ユニットの各々の少なくとも１つのバルブを制御するように構成される。

制御システムは、化学パラメータ若しくは物理パラメータのうちの１又は２以上に依存して制御し得る。したがって、制御システムは、パラメータに依存して制御し得る。「パラメータ」という用語は、複数の異なるパラメータも指し得る。実施形態では、制御システムは、パラメータのあらかじめ定義された閾値に依存して制御するように構成される。さらに他の実施形態では、制御システムは、時間に依存して制御するように構成され得る。またさらなる実施形態では、制御システムは、液体フィード混合物のタイプに依存して制御するように構成され得る。またさらなる実施形態では、制御システムは、デバイスへの液体フィード混合物の流動に依存して制御するように構成され得る。

ＥＢＡ−ＳＭＢセットアップが例１においてさらに説明される。図１の番号の意味は、以下の表において与えられる。

項目番号１１６〜１２３は、８個のカラム（Ｃ−００１〜Ｃ−００８）を表現する。
項目番号１０８〜１１５（ＬＩ／００１〜ＬＩ／００８）は、それぞれのカラムの中の分離マトリクスのレベル（ｍｍで表される）を各々監視するレベルセンサを表現する。
項目番号１９〜１０６はすべて、２ｍｍの内部直径を伴うソレノイドバルブを表現する。
分離デバイスは、上向きの混合物の液体流が各カラムにおいてそれを通じて確立され得るインレット及びアウトレットを伴う８個のカラム（１１６〜１２３の番号を付けられている）を備える。
カラムの各々は分離マトリクスの膨張床を備える。
カラムの各々は、流入制御ユニット及び流出制御ユニットに通信可能に結合される。
各流入制御ユニットは、ポンプ（Ｐ）及びバルブ（６７〜１０６の番号を付けられた項目の１又は２以上）を備える。
各流出制御ユニットは、ポンプなしでバルブ（項目番号１９〜５８の１又は２以上）からなる。
含まれる流入検出器は、ｐＨ測定のための項目１５、導電率を測定するための項目１６、及びＵＶ光吸収率の測定のための項目１７である。
アクティブカラムインレットポンプ（Ｐ−００１）へさらに信号を送信するコントローラＣに信号を送信するレベルセンサ（ＬＩ−００１）、ｐＨセンサ（ＱＩ−００１）、導電率センサ（ＱＩ−００２）、及びＵＶセンサ（ＱＩ−００３）を含む異なるセンサを伴う、ＥＢＡ−ＳＭＢコントロールの概略的な表現である。 サイクル時間対ｐＨを示す図である。

［実施例１］
ＥＢＡ−ＳＭＢセットアップ
特許請求の範囲において記述されるようなＥＢＡ−ＳＭＢ技術は、１つ１つのカラムが、少なくとも１つのバルブ及び１つのポンプからなる入力制御ユニット並びに少なくとも１つのバルブからなる出力制御ユニットに接続される、複数のＥＢＡカラムからなる。ＥＢＡ−ＳＭＢモードにおいて試験するために使用されるＥＢＡカラムの仕様は、表１に記述される。

ＥＢＡ−ＳＭＢソフトウェア
本発明に従った使用のためのＥＢＡ−ＳＭＢソフトウェアは、ＳＭＢサイクル内でのカラムポジションの時間ベースの切り替えの適応である、レシピをランする。ＥＢＡ−ＳＭＢのレシピは、カラムポジションに応じて床レベルの制御を実行することを必要とすることがあるので、ポジション当たりの一定の時間はポジション当たりの入力ストリームの可変の床容量をもたらすことに留意することが重要である。したがって、アクティブな床レベル制御を伴うポジションの場合、切り替えるための設定点として一定容量が使用される。しかしながら、このことによりさらに、そのようなポジションに対して切り替え時間が一貫しなくなり、これは、いくつかのポジションにおいてカラムが累積すること又は利用不可能になることにつながり得る。これを避けるために、アクティブな床レベル制御を伴うポジションの場合の一貫しない切り替え時間を考慮する、補正ポジションを用いて手法が導出され得る。これらの補正ポジションは、プロセスの柔軟性に応じて、ＥＢＡ−ＳＭＢの最適化のためにも利用され得る。

試験条件：
ＳＭＢサイクルの間の均一の及び可変のゾーン切り替え時間を伴うＥＢＡ−ＳＭＢセットアップを使用して、様々なプロセス条件を試験することによって、結果が得られた。マトリクス特性及びフィード組成は、表３及び表４に記述されている。

以下の表（表５）に記述されるように、実験は以下の条件で行われた。
１．フィードされるフィードの量／ｍｌ固定床マトリクス容量（ＳＢＶ）の変化
２．溶出バッファにおけるＮａＯＨ濃度の変動
３．フィードステップ及び溶出ステップにおけるカラムの数の変動
４．次のステップに移行するカラムにおける液体ボイドがその特定のステップの入力液体ストリームで置換される、エントレインメントリジェクション（ＥＲ）
５．１ステップより多くをフィードする単一のポンプの非理想的な流れ分布を防ぐための延長された溶出
６．プロダクトリッチ溶出ストリームの断片が特定の出力ポートを使用して溶出ピークサンプルを収集することになる

試験結果：
いくつかの切り替えのサイクル時間の間のｐＨプロファイルが図３に記述されている。システムは、表４に記述される条件のもとで、周期的な安定状態の性能を示すことが観察される。

結論：
表７に記述される結果から、以下の結論が導かれる。

１．フィード／カラムの量を減らし、フィードゾーンカラムの数をＥＲとともに１から２に増やすと、５０ｇ／ＬのＳＢＶというより低い結合能力でも、約５０％（実験００２、００３、００５）から約７４％（実験００６、００７）にフィードゾーンＧＡＢＡ回収率が上昇した。しかしながら、８カラムの構成並びに重要な吸着洗浄ゾーン及び溶出ゾーンを考慮すると、フィードゾーンのために融通され得るカラムの最大の数は２に過ぎない。したがって、より高い結合能力における収率のさらなる向上を達成し、現れるＧＡＢＡを捕捉するには、フィードゾーンにおいて２以上のカラムを構成することが必要とされる。

２．溶出バッファにおいてＮａＯＨ濃度を５ｗｔ％から８ｗｔ％に上げると、フィードゾーンにおけるＧＡＢＡ回収率は約５５％（実験００２）から約８４％（実験００５）に上昇した。この変化は、３３ｇ／Ｌから４７ｇ／Ｌへのプロダクトタイターの増大ももたらした。

３．上記の要因に加えて、溶出プロダクト断片の一部が、溶出洗浄ゾーンにおいてＥＲの間に収集されたことが観察された（実験００６）。このレシピの間、溶出洗浄ゾーンは、再生洗浄と同じポンプを利用した。２つの異なるゾーンへの等しい流れを確実にするための流れ分配機構がなかったので、溶出プロダクトストリームの非理想的な流れがＳＭＢサイクルの過程の間に生じ、これにより溶出回収率は６０％に下がった。これは、延長された溶出とともにランを実施することによって避けられ（実験００７）、カラムが溶出洗浄ゾーンに進む前に完全なプロダクト断片を収集するために、溶出ゾーンの通過時間が増やされた。この手法により、結合能力が５０ｇ／ＳＢＶであったとき、８４％の溶出回収率及び５０ｇ／Ｌのプロダクトタイターが得られた。

これらのＥＢＡ−ＳＭＢの実験的研究の全体的な結論は、フィードゾーンにおけるＧＡＢＡ回収率を改善して全体の収率を高めるために、システムをさらに最適化することができるということである。結果として、より多くのカラムがフィードゾーンにおいて利用可能であるとき、収率を犠牲にすることなく、より高い結合能力によりプロダクトタイターを高めることができる。個別のインレットポンプ／カラムにより、延長された溶出ゾーンは必要ではなくなり得る。ＥＢＡ−ＳＭＢ技術自体は、定義された床レベル制御機構を用いた最適化の研究の間、安定した性能を示した。不純物の分析に基づくと、ＥＢＡ−ＳＭＢプロセスは、清澄化されていない発酵ブロスから９２％以上のＧＡＢＡ純度を達成し、これは、清澄化されているブロスからの充填床吸着を使用したＧＡＢＡの精製の場合における９３％以上のＧＡＢＡ純度に匹敵する。これまでの結果から、最適な条件のもとでは、ＳＭＢ充填床と比較して、生産性が２倍改善された。したがって、清澄化ステップをなくしたケースを構築することで生産性を向上する。

Claims (13)

1. 擬似移動床分離デバイスにおける液体フィード混合物からの少なくとも１つの成分の分離のための方法であって、
   前記分離デバイスが、前記擬似移動床分離デバイスの動作中に各分離ユニット内で上向きに液体流がそれを通じて確立されて、各分離ユニットに対して入力ストリーム及び出力ストリームをもたらすことができる、固定インレット及び固定アウトレットを各々伴う複数の分離ユニットを備え、
   前記複数の分離ユニットの各々が、分離マトリクスの膨張床を備え、
   前記分離ユニットの各々において、前記分離マトリクス床の上方の空間が、前記分離マトリクス床の上方に気泡を伴うことなく液体で完全に満たされ、
   前記複数の分離ユニットの各々が、少なくとも１つの流入制御ユニット及び少なくとも１つの流出制御ユニットに通信可能に結合され、
   各流入制御ユニットが、少なくとも１つのポンプ及び少なくとも１つのバルブを備え、
   各流出制御ユニットが、ポンプなしで少なくとも１つのバルブを備え、
   前記液体フィード混合物が、順番に各分離ユニットの前記インレットにフィードされ、
   前記分離ユニットの各々が続いて、洗浄ステップ、溶出ステップ、クリーニングステップ、平衡化ステップ、又は補正ステップのうちの１つを受け、
   前記少なくとも１つの成分を含有する精製されたプロダクトアウトレットストリームが収集される、前記方法。
2. 各分離ユニットが１又は２以上のカラムを備える、請求項１に記載の方法。
3. 分離ユニットが、直列に動作する２又は３以上のカラムを備える、請求項２に記載の方法。
4. 分離ユニットが、並列に動作する２又は３以上のカラムを備える、請求項２に記載の方法。
5. デバイスが、化学パラメータ又は物理パラメータの検出に対応する出力信号を提供することができる複数の流入検出器を備える、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. デバイスがさらに、前記流入検出器からの前記出力信号を処理し、前記分離ユニットの各々における前記分離マトリクスの前記膨張床の所定のレベルを維持しながら前記流入制御ユニット及び流出制御ユニットを調整することが可能な、プロセッサを備える、請求項５に記載の方法。
7. 前記液体フィード混合物がバイオロジカルブロスである、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. 擬似移動床分離デバイスであって、
   前記擬似移動床分離デバイスの動作中に各分離ユニット内で上向きに混合物の液体流がそれを通じて確立されて、各分離ユニットに対して入力ストリーム及び出力ストリームをもたらすことができる、固定インレット及び固定アウトレットを各々伴う複数の分離ユニットを備え、
   前記複数の分離ユニットの各々が、分離マトリクスの膨張床を備え、
   前記分離ユニットの各々において、前記分離マトリクス床の上方の空間が、前記分離マトリクス床の上方に気泡を伴うことなく液体で完全に満たされ、
   前記複数の分離ユニットの各々が、少なくとも１つの流入制御ユニット及び少なくとも１つの流出制御ユニットに通信可能に結合され、
   各流入制御ユニットが、少なくとも１つのポンプ及び少なくとも１つのバルブを備え、
   各流出制御ユニットが、ポンプなしで少なくとも１つのバルブを備える、前記擬似移動床分離デバイス。
9. 各分離ユニットが１又は２以上のカラムを備える、請求項８に記載の擬似移動床分離デバイス。
10. 分離ユニットが、直列に動作する２又は３以上のカラムを備える、請求項９に記載の擬似移動床分離デバイス。
11. 分離ユニットが、並列に動作する２又は３以上のカラムを備える、請求項９に記載の擬似移動床分離デバイス。
12. 化学パラメータ又は物理パラメータの検出に対応する出力信号を提供することができる複数の流入検出器を備える、請求項８〜１１のいずれかに記載の擬似移動床分離デバイス。
13. 前記流入検出器からの前記出力信号を処理し、前記分離ユニットの各々における前記分離マトリクスの前記膨張床の所定のレベルを維持しながら前記流入制御ユニット及び流出制御ユニットを調整することが可能な、プロセッサをさらに備える、請求項１２に記載の擬似移動床分離デバイス。
    

Images