JP4198751B2 - 抗体の精製 - Google Patents
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Description
本発明は、蛋白精製の分野に関する。より詳細には、本発明は、免疫グロブリンGモノマーの分離のための疎水性相互作用クロマトグラフィー(HIC)、およびIgG抗体分子の精製のための組み合わせクロマトグラフィープロトコール中へのHICの導入に関する。
発明の背景:
歴史的には、蛋白精製スキームは、精製すべき蛋白と望ましくない蛋白汚染混入物質との間のサイズ、電荷および溶解度といった分子の特性の相違に基づいている。これらのパラメーターに基づくプロトコールは、サイズ排除クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、分別沈殿等を包含する。
ゲル濾過またはゲル透過クロマトグラフィーとしても知られるサイズ排除クロマトグラフィーは、移動相中の高分子の固定相粒子の孔中への透過性に基づいている。異なる透過性は粒子の流体力学的体積の機能である。したがって、理想的な条件下ではより大型の分子は粒子の内部から排除されるが、より小型の分子はこの体積に出入りでき、溶出体積と分子量の対数との間に直線関係が存在するので蛋白のサイズにより溶出順序が予想できる。
架橋デキストラン、例えばセファデックス(SEPHADEX)(登録商標)、球状アガロースビーズ、例えばセファロース(SEPHAROSE)(登録商標)(両方とも、スェーデン、ウプサラのファルマシアAB(Pharmacia AB)から市販されている)、架橋ポリアクリルアミド、例えばバイオ−ゲル(BIO-GEL)(登録商標)(カリフォルニア州、リッチモンドのバイオラッド・ラボラトリーズ(BioRad Laboratories)から市販されている)、またはエチレングリコール−メタクリラートコポリマー、例えばトヨパール(TOYOPEARL)HW65(日本、東京のトーソー・ハース(Yoso Haas)から市販されている)を基礎としたクロマトグラフィー用支持体が、本発明のある態様の実施におけるサイズ排除クロマトグラフィー、またはHICクロマトグラフィー用の種々のクロマトグラフィー用カラムの作成において有用である。
沈殿法は、蛋白の粗混合物中の個々の蛋白の溶解度が広範囲に変化しうるという事実に基づいている。水性媒体中の蛋白の溶解度は種々の因子に依存するが、この議論の目的からすると、蛋白と溶媒との相互作用が同一種または同種の蛋白との相互作用よりも強力であれば、蛋白は可溶性であろうということが一般的に言える。沈殿現象を説明するいかなる特別な機械的理論にも拘束されることを望まないのであるが、いくつかのタイプの非荷電基との間の水素結合により、および/または静電気的に、双極子のように、さらに荷電基との相互作用により、蛋白と水分子との間の相互作用が起こる可能性があり、その結果、1価カチオンの塩(例えば、硫酸アンモニウム)のごとき沈殿生起物質は水分子を求めて蛋白と競争すると考えられている。よって、高塩濃度において蛋白は「脱水」され、水性環境との相互作用が減じられ、同様または同種の蛋白とともに凝集して媒体から沈殿を生じる。
イオン交換クロマトグラフィーは、試料中の荷電官能基と吸着剤表面上の逆の電荷のイオン性官能基との相互作用を用いる。2種の一般的なタイプの相互作用が知られている。アニオン交換クロマトグラフィーは、正に荷電した表面と相互作用する負に荷電したアミノ酸側鎖(例えば、アスパラギン酸およびグルタミン酸)により行われ、カチオン交換クロマトグラフィーは、負に荷電した表面と相互作用する正に荷電したアミノ酸側鎖(例えば、リジンおよびアルギニン)により行われる。
より最近になって、アフィニティークロマトグラフィーおよび疎水性相互作用クロマトグラフィー法が開発されて、より伝統的なサイズ排除およびイオン交換クロマトグラフィープロトコールに加わった。アフィニティークロマトグラフィーは、蛋白と固定化リガンドとの特異的相互作用によるものである。リガンドは興味ある特定の蛋白に特異的である可能性があり、この場合、リガンドは基質、基質アナログ、阻害剤、受容体または抗体である。別法として、リガンドがいくつかの関連蛋白と反応できるものであってもよい。アデノシンモノホスフェート、アデノシンジホスフェート、ニコチンアデニンジヌクレオチドまたはある種の色素のごとき基特異的リガンドを用いて特定のクラスの蛋白を回収してもよい。
抗体分子の精製に関しては、特別な方法および一般的な方法の両方が適用できる。抗体の精製のためのリガンドの最も特別な選択は、所望抗体が反応する抗原(またはそのエピトープ)である。酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)のごとき多くのよく知られた免疫吸着アッセイはかかる抗原/抗体相互作用に基づいている。
しかしながら、一般的なアフィニティー法も有用である。例えば、スタフィロコッカスの蛋白A(STAPHYLOCOCCAL PROTEIN A)(プロテインA)はIgGクラスのある種の抗体に結合することが知られている(例えば、エイ,ピー・エル(Ey,P.L.)ら、イムノケミストリー(Immunochemistry)第15巻:429〜436頁(1978年)参照)。別法として、異種生物中で生じた抗血清(例えば、ウサギ・抗−マウス抗血清)を用いて一般的なグループの抗体を分離してもよい(上記カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー(Current Protocols in Molecular Biology)、第11章参照)。
疎水性相互作用クロマトグラフィーは、最初は、炭化水素スペーサーアームからなるがアフィニティーリガンドを欠いているアフィニティーゲル上に蛋白が保持されうるという観察結果によって開発された。この分野において、用語「疎水的クロマトグラフィー」が時々用いられ、用語「疎水性相互作用クロマトグラフィー(HIC)」が好ましい。なぜなら、溶質とゲルとの間の相互作用が疎水的であって、該クロマトグラフィー法が疎水的でないからである。疎水性相互作用は高イオン強度において最強であり、それゆえ、便利には、この形態の分離は塩による沈殿またはイオン交換法の後に行う。溶媒、pH、イオン強度を変化させることにより、あるいはカオトロピック(chaotropic)試薬またはエチレングリコールもしくはプロピレングリコールのごとき有機修飾剤を添加することにより、HIC支持体からの溶離を行うことができる。疎水性相互作用クロマトグラフィーの一般的原理の記載は、米国特許第3,917,527号および米国特許第4,000,098号において見られる。特定の蛋白の精製へのHICの適用は、以下の開示を参照することにより例示される:ヒト・成長ホルモン(米国特許第4,332,717号)、毒素抱合体(米国特許第4,771,128号)、抗溶血因子(米国特許第4,743,680号)、腫瘍壊死因子(米国特許第4,894,439号)、インターロイキン−2(米国特許第4,908,434号)、ヒト・リンフォトキシン(米国特許第4,920,196号)およびリゾチーム種(ファウスナウ,ジェイ・エル(Fausnaugh,J.L.)およびエフ・イー・レグニア(F.E.Regnier)、ジャーナル・オブ・クロマトグラフィー(J.Chromatog.)第359巻:131〜146頁(1986年))および可溶性補体受容体(米国特許第5,252,216号)。高品質液体クロマトグラフィー(HPLC)との関連においてHICは、インタクトな抗体分子からの抗体フラグメント(例えば、F(ab’)2)の単一工程での分離に用いられている(モリモト,ケイ(Morimoto,K.)ら、ジャーナル・バイオケミ・バイオフィジ・メソ(J.Biochem.Biophys.Meth.)第24巻:107〜117頁(1992年))。
アフィニティーおよびHIC法のほかに、1種またはそれ以上の伝統的な蛋白精製スキームが抗体精製に適用されている。例えば、ハカラーティ,エル(Hakalahti,L.)ら(ジャーナル・オブ・イミュノロ・メソ(J.Immunol.Meth.)第117巻:131〜136頁(1989年))は、2つの連続したイオン交換工程を用いるプロトコールまたは単一のイオン交換工程の後にHIC工程を用いるプロトコールを開示している。ダニエルソン,エイ(Danielsson,A.)ら(ジャーナル・オブ・イミュノロ・メソ第115巻:79〜88頁(1988年))は、それぞれアニオン交換、カチオン交換、クロマトフォーカシングおよびHICに基づく単一工程プロトコールを比較している。
蛋白Aアフィニティーカラムクロマトグラフィーは広く使用されているが、かかるカラムからの抗体の溶離は支持体からの蛋白Aの漏出を引き起こす可能性があることも認識されている。サイズ排除HPLC(ダス(Das)ら、アナリティカル・バイオケミストリー(Analytical Biochem.)第145巻:27〜36頁(1985年))およびアニオン交換クロマトグラフィー(EPO345549、1989年12月13日公開)は、この問題を扱う手段として示唆されている。
驚くべきことに、蛋白Aクロマトグラフィー支持体から溶離したIgG混合物から混入蛋白Aを除去するためにHICが有用であることが見いだされた。
本発明は、IgGを含有する混合物からのモノマーIgGの分離へのHICの適用、および蛋白Aならびにイオン交換クロマトグラフィーを組み合わせた免疫グロブリンG分子精製のためのプロトコール中へのHICの取り入れに関する。
発明の簡単な説明:
本発明は、IgGを含有する混合物中の凝集物からIgGモノマーを分離する方法であって、該混合物を疎水性相互作用クロマトグラフィー支持体と接触させ、次いで、支持体からモノマーを選択的に溶離することによる方法に関する。
もう1つの態様において、本発明は、IgGを含有するならし細胞培地からのIgG抗体の精製方法であって、該培地を連続的に(a)蛋白Aクロマトグラフィー、(b)イオン交換クロマトグラフィー、次いで、(c)疎水性相互作用クロマトグラフィーに供することからなる方法を提供する。
もう1つの態様において、本発明は、蛋白Aおよび抗体からなる混合物からの蛋白Aの除去方法であって、該混合物を疎水性相互作用支持体と接触させ、次いで、支持体から抗体を選択的に溶離することからなる方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
図1は、本発明による抗体精製の1のプロセスのフローダイヤグラムを示す。
発明の詳細な説明:
本発明は、免疫グロブリン分子の大スケール精製に適用する蛋白精製法に関する。本発明は、>95%純度のモノマーIgGを回収可能であるため、特に有用である。本発明をいくつかの異なる免疫グロブリンG分子の精製に適用してもよい。
抗体様蛋白は本明細書記載のプロトコールにより精製されうる蛋白であり、必要ならば、過度の実験を課さない日常的で非発明的な調整により、かかるプロトコールは修飾される。かかる蛋白は、免疫グロブリン遺伝子のイソタイプ、アロタイプおよびアリール、切断形態、キメラ抗体およびヒト化抗体のごとき変化した抗体等、PEG処理のような化学的に修飾された抗体、および免疫グロブリン部分を含有する融合蛋白を包含する。これらの蛋白は抗体様といわれる。なぜなら、それらは、本発明方法により精製が可能な十分な免疫グロブリン蛋白の性質(例えば、Fc決定基)を有するかまたは保持しているからである。特記しない限り、用語「抗体」または「免疫グロブリン蛋白」も抗体様蛋白を包含する。
免疫動物の血清、腹水、ハイブリドーマまたはミエローマの上清、免疫グロブリン分子を発現する組み換え細胞系を培養することにより得られるならし培地、および免疫グロブリンを産生するすべての細胞抽出物を包含するいくつかの源(これらに限定しない)から本発明の免疫グロブリン分子を単離することができる。特に、本発明は種々の抗体産生細胞系のならし細胞培地からの抗体の精製に有用である。本明細書の開示に基づいて、細胞系ごとのいくつかの変化および種々の抗体生成物が考えられるが、抗体蛋白および産生細胞系の特定の組み合わせに本発明を適用することは十分に当業者の範囲内である。
一般的には、所望ポリペプチド領域をコードするDNA配列を組み換えDNAビヒクル(例えば、ベクター)中に組み込み、適当な原核宿主または真核宿主を形質転換またはトランスフェクションすることにより、抗体のごとき蛋白をコードする遺伝子をクローン化することができる。適当な原核宿主は、エシェリシア(Escherichia)、ストレプトマイセス(Streptomyces)、バチルス(Bacillus)等を包含するが、これらに限定しない。適当な真核宿主は、サッカロマイセス(Saccharomyces)のごとき酵母およびVERO、HeLa、マウス・C127、チャイニーズハムスター卵巣(CHO)、WI−38、BHK、COS、MDCK、ミエローマのごとき培養動物細胞、および昆虫細胞系を包含するが、これらに限定しない。特に好ましい宿主は、ATCC CRL1793、CRL9096のごときジヒドロ葉酸レダクターゼ欠損CHO細胞系および下記の他の細胞系である。かかる組み換え法は現在よく知られるようになっており、メソッズ・イン・エンザイモロジー(Methods in Enzymology)(アカデミック・プレス(Academic Press))第65巻ならびに69巻(1979年)、第100巻ならびに101巻(1983年)、およびそれらの中で引用された文献に記載されている。最も一般的に用いられる組み換えDNA法を具体化するさらなる技術的議論は、マニアティス(Maniatis)ら、モレキュラー・クローニング(Molecular Cloning)、コールド・スプリング・ハーバー・ラボラトリー(Cold Spring Harbor Laborartory)(1982年)またはカレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー(Current Protocoles in Molecular Biology)、グリーン・パブリッシング、ウィリー・インターサイエンス(Greene Publishing,Wiley Interscience)(1988、1991、1993年)に見いだされる。
抗体分子のごとき所望ポリペプチドをコードするDNAフラグメントを得るための1の方法はcDNAクローニングによるものである。この方法において、所望蛋白を産生することが知られているかまたはその可能性のある細胞からメッセンジャーRNA(mRNA)を単離する。一連の酵素反応により、細胞のmRNA集団が相補的DNA(cDNA)中にコピーされる。次いで、得られたcDNAをクローニングビヒクル中に挿入し、次いで、適当な原核または真核宿主を形質転換するのに用いる。得られたcDNAライブラリーは形質転換細胞の集団からなり、それぞれが単一遺伝子または遺伝子フラグメントを含んでいる。理論的には、ライブラリー全体は、出発材料として用いたmRNA混合物中に存在するコーディング情報の標本試料を提供する。核酸または抗体プローブを用いてライブラリーをスクリーニングして特定のDNA配列を同定することができる。単離したならば、これらのDNA配列を修飾することができ、あるいは組み立てて完全な遺伝子とすることができる。
抗体遺伝子の特定のフラグメントを、遺伝子の残りの部分とは無関係に加工することができる。相補性決定領域(CDRs)をコードするDNAフラグメントを異種生物種由来のDNAフレームワーク配列中に組み込んで変化した抗体を得ることができる。これらの変化した抗体は、望ましくない生理学的症状の治療において有意な有用性を有する。例えば、PCT/GB91/01544(WO92/04381として公開)は、呼吸器合胞体ウイルス(RSV)感染の治療および予防に有用な「ヒト化」抗体の製造を開示している。別法として、抗体遺伝子の全可変領域を第2の抗体の不変ドメインに融合させて、「キメラ抗体」としても知られる変化した抗体を形成することもできる。例えば、PCT/US92/06194(WO93/02108として公開)は、ヒトCD4受容体と反応するサル/ヒト・キメラ抗体を開示している。
抗体遺伝子または遺伝子フラグメントをクローン化したならば、DNAを発現ベクター中に導入することができ、その構築物を用いて適当な宿主細胞を形質転換する。発現ベクターは、本明細書において定義される発現調節配列であって、興味あるDNA配列がそれに作動可能に結合している発現調節配列を有するものとして特徴づけられ、該ベクターは、該ベクターを含んでいる宿主細胞中において、興味あるDNA配列によりコードされる生成物の生産を指令することができる。特に本発明に関しては、単一コーディング配列のフラグメントを組み立てて発現の際に抗体分子が形成されるようにすることが可能である。組み換え抗体製造へのこのプロトコールの特に有効な適用は、上で引用した1992年3月19日公開のハリス(Harris)らのPCT出願WO92/04381、および上で引用した1993年2月4日公開のニューマン(Newman)らのPCT公開WO93/02108に見いだされる。
組み換え生成物を製造した後に生成物を回収することが望ましい。産生細胞により生成物が排出される場合には生成物を細胞培養培地から直接回収することができる。生成物が細胞内に保持される場合には、機械的、化学的または生物学的手段により細胞を物理的に破壊して細胞内生成物を得なければならない。
蛋白生成物の場合、精製プロトコールは、標品中の全蛋白に関して少なくとも80%、好ましくは95%よりも高純度である、他の蛋白を本質的に含まない蛋白生成物を提供すべきであるのみならず、他の宿主細胞混入物質、DNA、RNA、存在しうるパイロジェン等を除去または許容できるレベルにまで減少させるべきである。さらにそのうえ、組み換え発現系による抗体製造に関して、150000ダルトンのIgG生成物のより高分子量種への凝集が起こり得ることが理解されている。したがって、生成物の純度および標準化の目的から、ネイティブな150000ダルトンの種をより高分子量の凝集物および他の誤って折り畳まれた形態から分離することも有用である。150000ダルトンのIgG種が4つのポリペプチド鎖(2つの重鎖および2つの軽鎖)からなることが理解されているのであるが、150000ダルトンの種を本明細書では「モノマー」または「モノマーIgG」という。
上記のごとく、種々の宿主細胞を本発明抗体の製造のために用いることができる。個々の宿主細胞の選択は、とりわけ、抗体の性質、その合成速度、その分解速度および抗体発現を指令する組み換えベクターの特性を考慮すると、十分に当業者の範囲内である。宿主細胞発現系の選択は、使用する細胞培養方法の性質を大いに決定する。発現系を決定したならば、バッチ法であっても連続法であっても、あるいはスピンナー(spinner)であってもエアリフト(air lift)であっても、あるいは液体であっても固定化であっても、個々の製造方法の選択を行うことができる。したがって、細胞マイクロキャリア(cell microcarrier)を伴った、あるいは伴っていない、流動床バイオリアクター、ホローファイバーバイオリアクター、ローラーボトル培養、または撹拌タンクバイオリアクターをさまざまに用いることができる。かかる選択の判断基準は細胞培養の分野において理解されている。それらを本明細書では詳述しない。なぜなら、それらは本発明の範囲外だからである。本発明は、ならし細胞培養培地、ハイブリドーマ上清、抗血清、ミエローマ上清または腹水中に存在する抗体の精製に関する。
上記のように、本発明は、とりわけ、抗体分子の分離および精製への疎水性相互作用クロマトグラフィー(HIC)の適用に関する。水性溶媒中の疎水性分子は自己会合するであろう。この会合は疎水性相互作用による。蛋白のごとき高分子は、予期される親水性基のほかに広い疎水性パッチをその表面上に有することが、現在理解されている。一部には、HICはこれらのパッチとクロマトグラフィー支持体に結合した疎水性リガンドとの相互作用に基づく。マトリックスの結合した疎水性リガンドは、本明細書において、HIC支持体、HICゲルまたはHICカラムとさまざまに呼ばれる。蛋白とHIC支持体との間の相互作用の強度は蛋白上の極性表面に対する無極性表面の割合の関数であるのみならず、無極性表面ならびにHIC支持体の化学によるものである。
数多くのクロマトグラフィー支持体がHICカラムの調製に用いられており、最も広く用いられているのがアガロース、シリカおよび有機ポリマーもしくはコポリマー樹脂である。有用な疎水性リガンドは、ブチル、プロピル、またはオクチルのごとき2ないし8個の炭素原子を有するアルキル基;フェニルのごときアリール基を包含するが、これらに限定しない。ゲルおよびカラム用の慣用的なHIC製品は、例えば、スェーデンのウプサラのファルマシアLKB AB(Pharmacia LKB AB)から商品名ブチル−セファロース(登録商標)フェニルまたはブチル−セファロース(登録商標)CL−4B、ブチル−セファロース(登録商標)FF、オクチル−セファロース(登録商標)FFおよびフェニル−セファロース(登録商標)FFとして;日本の東京のトーソー・コーポレイション(Tosoh Corporation)から商品名トヨパールエーテル650、フェニル650またはブチル650(フラクトゲル)として;イスラエルのレホボトのマイルス−イェダ(Miles-Yeda)から商品名アルキル−アガロースとして(アルキル基は2〜10個の炭素原子を含む)、およびニュージャージー州フィリップスバーグのジェイ・ティー・ベイカー(J.T.Baker)から商品名ベイクボンドWP−HI−プロピルとして市販されている。
慣用的な化学を用いて所望のHICを調製することも可能である(例えば、アー−エル,ゼット(Er-el,Z.)ら、バイオケミ・バイオフィジ・リサ・コミュ(Biochem.Biophys.Res.Comm.)第49巻:383頁(1972年)またはウルブリヒ,ブイ(Ulbrich,V.)ら、コレ・ツェック・ケミ・コミュニ(Coll.Czech.Chem.Commum.)第9巻:1466頁(1964年)参照)。
相互作用の強度のみならずカラムのキャパシティーに影響するという点で、リガンド密度は重要なパラメーターである。市販されているフェニルまたはオクチルフェニルゲルのリガンド密度は40μモル/mlゲルベッドのオーダーである。ゲルのキャパシティーは、問題としている個々の蛋白、並びにpH、温度、そして塩のタイプと濃度の関数であるが、一般的には、3〜20mg/mlゲルの範囲と考えられる。
当業者により個々のゲルの選択が決定されうる。一般的には、蛋白とHICリガンドの相互作用の強度は、アルキルリガンドの鎖長に伴って増加するが、約4個ないし約8個の炭素原子を有するリガンドがほとんどの分離に適する。フェニル基はペンチル基とほぼ同じ疎水性を有するが、蛋白の芳香族基とのパイ−パイ軌道相互作用の可能性のため、選択性が全く異なる。支持体樹脂の化学により選択性も影響される。
HICカラムへの蛋白の吸着は、高塩濃度によって支持されるが、実際の濃度は蛋白および選択した個々のHICリガンドの性質により広範囲に変動しうる。種々のイオンは、それが疎水性相互作用を促進する(塩析効果)か、あるいは水の構造を破壊して疎水性相互作用の弱体化を招く(カオトロピック効果(chaotropic effect))かどうかによって、いわゆるソルフォービックシリーズ(soluphobic series)に並ぶ。カチオンは、塩析効果の増大に関してランク付けされ、Ba++<Ca++<Mg++<Li+<Cs+<Na+<K+<Rb+<NH4 +であり、一方、アニオンは、カオトロピック効果の増大に関してランク付けでき、PO4 ---<SO4 --<CH3COO-<Cl-<Br-<NO3 -<ClO4 -<I-<SCN-である。
したがって、以下の関係式に示すように、相互作用の強度に影響する塩を公式化してもよい:
(NH4)2SO4>Na2SO4>NaCl>NH4Cl>NaBr>NaSCN
一般的には、約0.75ないし約2Mの間の塩濃度の硫酸アンモニウム、または蛋白1ないし4Mの間のNaClが有用である。
HIC分離に対する温度の影響は単純ではないが、一般的には、温度の低下は相互作用を低下させる。しかしながら、温度を上昇させることにより生じるであろう何らかの利益も、例えば、蛋白の安定性に対する悪影響に対して衡量しなければならない。
ステップワイズであってもグラジエントの形態であっても、溶離を種々の方法で行うことができる:(a)塩濃度を変化させることによる、(b)溶媒の極性を変化させることによる、または(c)界面活性剤を添加することによる。塩濃度を低下することにより、疎水性が高くなる順番で吸着蛋白が溶離される。エチレンもしくはプロピレングリコールまたは(イソ)プロパノールのごとき溶媒の添加により極性の変化も影響されるかもしれず、それにより、疎水性相互作用の強度が低下する。界面活性剤は蛋白の置換物質として機能し、主として膜蛋白の精製と組み合わせて用いられている。
上記のように、HICクロマトグラフィーのみを用いてモノマーIgG(分子量150000)を凝集物および誤って折り畳まれた種から分離することができたが、HICは他の蛋白精製法と組み合わせて用いた場合に特に有用である。すなわち、他の蛋白精製プロトコールにより部分精製された混合物にHICを適用することが好ましい。用語「部分精製された」は、興味ある蛋白が少なくとも5重量%、より好ましくは少なくとも10%、最も好ましくは少なくとも45%存在する蛋白標品を意味する。用語「混合物」は、1種またはそれ以上の免疫グロブリン凝集物、誤って折り畳まれた種宿主細胞蛋白、もし使用された場合には蛋白Aのごとき前のクロマトグラフィー工程からの残余物質(これらに限定しない)のごとき望ましくない汚染混入物質と混合している所望のモノマーIgG抗体分子を意味する。したがって、アフィニティー精製モノマー抗体のごとき免疫グロブリン蛋白を得るための全精製プロトコールに関して、HICの適用も考えられる。例えば、HIC適用前に、ならし細胞培養培地を部分精製に供することが有用であるとわかっている。用語「ならし細胞培養培地」は、細胞の増殖および/または細胞の維持を支持し、分泌生成物を含有している細胞培養培地を意味する。かかる培地の試料を、HIC工程の前に、1またはそれ以上の蛋白精製工程に供する。第1工程として、試料をスタフィロコッカスの蛋白Aを用いるアフィニティークロマトグラフィーに供してもよい。例えば、コントロールドポアガラス(controlled pore glass)に共有結合した蛋白AからなるPROSEP-A(登録商標)(英国のバイオプロセッシング・リミテッド(BioProcessing Ltd.))を有用に使用することができる。他の有用な蛋白A処方はプロテインAセファロース(登録商標)ファストフロー(ProteinA SEPHAROSE(登録商標)Fast Flow)(ファルマシア)およびトヨパール650MプロテインA(トーソー・ハース)である。第2工程として、イオン交換クロマトグラフィーを用いてもよい。このことについて、種々のアニオンまたはカチオン置換基をマトリックスに結合させてクロマトグラフィー用アニオンまたはカチオン支持体を形成してもよい。アニオン交換基は、ジエチルアミノエチル(DEAE)、4級アミノエチル(OAE)および4級アミン(Q)基を包含する。カチオン交換基は、カルボキシメチル(CM)、スルホエチル(SE)、スルホプロピル(SP)、ホスフェート(P)およびスルホネート(S)を包含する。DE23、DE32、DE52、CM−23、CM−32およびCM−52のごときセルロースイオン交換樹脂は、英国ケント州、メイドストーンのワットマン・リミテッド(Whatman Ltd.)から市販されている。セファデックス(登録商標)に基づくイオン交換体および架橋イオン交換体も知られている。例えば、DEAE−、QAE−、CM−ならびにSP−セファデックス(登録商標)、およびDEAE−、Q−、CM−ならびにS−セファロース(登録商標)、およびセファロース(登録商標)ファスト・フローはすべてファルマシアABから市販されている。さらに、トヨパールDEAE−650SもしくはM、およびトヨパールCM−650SもしくはMのごときDEAE−およびCM−誘導体化エチレングリコール−メタクリレートコポリマーはペンシルベニア州フィラデルフィアのトーソー・ハースから市販されている。通常は、イオン交換支持体からの溶離には塩の添加を用いる。なぜなら、上記のように、HICは上昇した塩濃度において促進されるからであり、イオン交換工程または他の塩を用いる精製工程の後にHIC工程を導入することは特に好ましい。さらなるイオン交換クロマトグラフィー、サイズ排除クロマトグラフィー、ウイルス不活性化、濃縮および凍結乾燥をはじめとするさらなる精製プロトコール(これらに限定されない)を付加してもよい。
説明のみの目的で、本発明をいくつかのIgGイソタイプ抗体の精製に適用した。より詳細には、ハリス(Harris)ら、1992年、国際特許出願公開第WO92/04381号(1992年3月19日公開)により記載されているRSV感染の治療に有用なヒト化抗体(以後「RSHZ−19」という)およびニューマン(Newman)ら、国際特許出願公開第WO93/021108号(1993年2月4日公開)により記載されたCD4抗原と特異的に反応するキメラ抗体(以後「CH−CD4」という)に適用した。RSHZ−19およびCH−CD4キメラ抗体の製造用の組み換え系の構築は、上記PCT出願に詳述されており、バックグラウンドのためにそれらの内容を参照により本明細書に記載されているものと見なし、以下に要約する。
RSHZ−19コーディング配列を含む発現プラスミドを、pSV2dhfrとともにdhfr要求性チャイニーズハムスター卵巣細胞系(CHODUXBII)中に同時トランスフェクションした。トランスフェクションを増殖培地中で行い、DNAクローニング(DNA Cloning)、ディー・エム・グロバー(D.M.Glover)編(第15章、シー・ゴーマン(C.Gorman))に記載されているカルシウム共沈/グリセロールショック本明細書を用いた。トランスフェクション後、選択工程の前に細胞を増殖条件下(上記)の増殖培地に46時間維持した。
選択および同時増幅工程を、本質的にはアール・ジェイ・カウフマン(R.J.Kaufman)ら、モレ・セル・バイオロ(Mol.Cell.Biol.)第5巻:1750〜1759頁(1985年)に記載のごとく行った。トランスフェクションから46時間後、細胞を選択培地(MEM ALPHA(041−02571))、1%ストックグルタミン、1%ストックペン/ストレップ(043−05070)中に移し、ウシ・胎児血清(220−6300AJ)(スコットランドのペイスリーのギブコ(Gibco)製)に対して透析した。dhfr+コロニーが出現するまで細胞を選択培地に8〜10日間維持した。コロニーを株化した後、細胞を、メトトレキセート(A6670、ミズーリ州セントルイスのシグマ(Sigma)製)を含有する選択培地中に移した。最初はメトトレキセート濃度を0.02μMとし、段階的5μMまで増加させた。増幅工程の間、増殖中の細胞から得られる増殖培地の一部を、ヒト・IgGによりRSHZ−19産生に関してアッセイした。本発明により精製されるならし培地を提供するために、いかなる抗体分泌組み換え細胞系を用いてもよく、特定の細胞系は確かに必要ない。
RSHZ−19を産生する形質転換CHO細胞系を、種々の細胞培養法により培養することができる。本発明の適用のためには、特定の培養方法は重要でない。
上記のように、特定の組み換え生産系および特定の細胞培養プロトコールは本発明の範囲外である。上記系およびプロトコールは、当業者に利用可能な多くのオプションの代表例であり、それらを説明のみの目的で本明細書に取り入れる。どのようにして製造または培養されたかにかかわらず、種々の組み換え抗体および抗体様蛋白に対して、本発明の主題である精製プロトコールは、通常の修飾のみを行って、適用可能である。例えば、CD4に対するキメラモノクローナル抗体も、本発明方法により精製された。
本発明の実施により得られる精製抗体は以下の特性を有する:1)97重量%より多い抗体蛋白;2)4℃において少なくとも3カ月間蛋白分解に対して安定;3)少ない(<0.1E.U./mg蛋白)エンドトキシン;4)少ないDNA(<1pg/mg蛋白)DNA;5)5重量%未満の非抗体蛋白;および6)ウイルス不活性である。以下の実施例はさらに本発明を説明するが、本明細書の請求の範囲の限定のために提供されるのではない。
実施例1
導入
以下に概説する方法は、呼吸器合胞体ウイルス(RSV)に対するモノクローナル抗体の単離および精製のために開発された。この抗体は、CHO細胞において発現される「ヒト化」IgGであり、撹拌タンクバイオリアクター中で増殖させられる。この抗体はPCT WO92/04381においてより十分に説明されており、断らないかぎり、本明細書ではRSHZ−19という。該方法は純度が95%よりも高いRSHZ−19を調製し、一方では、宿主細胞、細胞培養培地、または他の原料由来の汚染混入物質を除去するために設計されている。該方法は、その最も好ましい具体例において、3つの精製工程(蛋白Aアフィニティー、カチオン交換、および疎水性相互作用クロマトグラフィー)、2つのウイルス不活性化工程、および生成物を最終の選択バッファー中に移すための1つの限界濾過工程からなる(概略を図1に示す)。すべての工程を室温(18〜25℃)で行う。すべてのバッファーをWFIで調製し、使用前に0.2ミクロンのフィルターまたは10000MWCO膜のいずれかで濾過した。バッファー処方を表1に示し、表2、4、6および8は、例えば、それぞれ実施例IA、IB、ICおよびIDのカラムのパラメーターを示す。表3、5および7ならびに9は、例えば、それぞれ実施例IA、IB、ICおよびIDの精製のまとめを示す。
該方法における第1工程(ProSepAによる蛋白Aアフィニティークロマトグラフィー)を迅速に回転させて種々の量の無細胞培養液(CCF)を用意することができ、1リットルのProSepAにつき約15グラムのRSHZ−19のキャパシティーを有する。例えば、400〜500グラムのIgGを含有する500リットルのCCFを5〜6サイクルで処理することができる。該方法の下流の工程(カチオン交換クロマトグラフィー(CEC)および疎水性相互作用クロマトグラフィー(HIC))は1サイクルあたり約130〜140グラムのRSHZ−19が得られるような規模である。よって、ProSepAの後、400〜500グラムのIgGを含有する500リットルの培養物を3回の下流サイクルで処理する。
疎水性相互作用クロマトグラフィー工程(HIC)は、溶離の間に蛋白Aカラムから漏出した残存蛋白Aを除去することが示されている(実施例IA〜D参照)。さらに、実施例IC〜IDに示すように、IgGの凝集物をHICで除去することができる。
該方法の説明はいかなる規模についても標準化され;掲載した線流速はカラム直径とは無関係である。1グラム、40グラムおよび125グラムの規模における操作および回収に関する例が提供される(実施例IA〜ID)。
精製方法の説明
培養物からの細胞の除去
培養液を得るために、0.65ミクロンのフィルターを装備した交差流れ精密濾過装置(プロスタク(Prostak))または等価物を用いて細胞を除去する。生成物は透過液中に回収される。小体積培養については遠心分離を用いることができる。
蛋白Aクロマトグラフィーによるアフィニティー捕捉
前以てPBSで平衡化しておいたProSep A(バイオプロセッシング・リミテッド(BioProcessing Ltd.))のカラムによる吸着クロマトグラフィーによりCCFからIgGを回収する。流速を1000cm/時までとし、負荷比を1リットルのカラム体積あたり15グラムIgGまでとして培地をカラムに適用する。カラムに負荷した後、少なくとも3カラム体積の0.1Mグリシン含有PBSでカラムを洗浄する。RSHZ−19は、約3カラム体積の溶離バッファーを適用することにより低pHバッファーとともに溶離する。
蛋白Aクロマトグラフィーにより細胞および培地由来の不純物の大部分が除去され(詳細には、素通りおよび洗浄画分中に蛋白およびDNA)、さらなる取り扱い用に溶離バッファー中にRSHZ−19が濃縮される。
酸性pHにおけるウイルス不活性化(所望により行ってもよい)
蛋白Aカラム溶出液を集め、2.5M HClの添加によりpH3.5に調節する。溶液を次の容器に移し、少なくとも30分間pH3.5に維持してウイルス不活性化を行い、トリスバッファーの添加によりpH5.5に再調節する。得られた溶液をプレフィルター(ミリポア・ポリガード(Millipore Polygard)または等価物)および滅菌済み0.2μmフィルター(ミリポア・ミリパック(Millipore Millipak)または等価物)により濾過し、4℃において滅菌済み容器中に保存するか、または−70℃で凍結保存する。
pH3.5での処理によりウイルス不活性化が行われ、pH5.5に調節することによりカチオン交換クロマトグラフィー(CEC)用の溶液が調製される。所望ならば、pH3.5の処理は省略することができる。
カチオン交換クロマトグラフィー
pH不活性化蛋白A溶出液を、CMセファロースFF(ファルマシア LKB(Pharmacia LKB))カラムによるCECクロマトグラフィーによりさらに精製する。流速を150cm/時とし、負荷比を1リットルのCMセファロースあたり≦20グラムの蛋白として試料を平衡化されたカラムに適用する。負荷後、カラムを、3ないし5カラム体積の平衡化バッファーで洗浄する。生成物は3〜5カラム体積の溶離バッファーとともに溶離する。
該カチオン交換クロマトグラフィー工程により蛋白性および非蛋白性不純物が除去される。
グアニジンでのウイルス不活性化
2分の1体積のグアニジンストック溶液をゆっくりと添加(撹拌しながら)することにより、カチオン交換溶出液を約2.0Mのグアニジン塩酸濃度とする。5〜15分かけて添加するように試薬添加速度を調節する。溶液を次の容器に移し、30分間保持してウイルス不活性化を行う。保持後、同体積の硫酸アンモニウムストック溶液をゆっくりと添加(撹拌しながら)し、疎水性クロマトグラフィー(HIC)工程を即座に行う。5〜15分かけて添加するように試薬添加速度を調節する。
酸不活性化工程を用いた場合には、グアニジン処理により2回目のウイルス不活性化工程が提供され、硫酸アンモニウム添加後RSHZ−19は可溶性のままである。硫酸アンモニウムの添加によりグアニジンは希釈され、HIC用溶液が調製される。
疎水性相互作用クロマトグラフィー
前以て平衡化バッファーで平衡化しておいたトヨパールフェニル−650MからなるHICカラムへの適用により、グアニジン処理溶液をさらに精製する。流速を150cm/時とし、負荷比を1リットルのフェニル−650Mあたり≦20グラムの蛋白としてグアニジン処理溶液をカラムに適用する。負荷後、カラムを、3ないし5カラム体積の平衡化バッファーで洗浄する。流速100〜150cm/時で硫酸アンモニウムを減じていく直線グラジエントを適用すると、RSHZ−19は1つの主要ピークとして溶離し、不純物はグラジエントの後の方で溶離する。グラジエントの勾配はカラム体積の約20倍であり、100%平衡化バッファーから開始して100グラジエントバッファーで終了する(硫酸アンモニウム1.3Mから0Mまで)。吸光度が最大ピーク吸光度の20%に減少するまでピークを集め、次いで、生成物フラクションの収集を終了する。グラジエント終了後、約3カラム体積の洗い流し用バッファーでカラムを洗浄する。
HICクロマトグラフィー工程によりさらなる蛋白性および非蛋白性不純物が除去され、最も明らかな残存物は、蛋白A、IgG凝集物、および宿主DNAである。
濃縮、透析濾過および最終濾過
分子量30000カットオフのフィルターを装備した交差流れ限界濾過装置(ミリポアCUFのごとき)を用いてHIC溶出液を1ミリリットルあたり約10ミリグラムにまで濃縮し、適当な処方バッファー中に透析濾過し、滅菌済み0.2μmフィルター(ミリポア・ミリパック(Millipore Millipak)または等価物)で滅菌済み容器中に濾過する。
イン−プロセスアッセイ(In-Process Assays)
OD280またはブラッドフォードアッセイによる全蛋白濃度、HPLC、ドデシル硫酸ナトリウムポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS−PAGE)によるRSHZ−19濃度に関してプロセスの中間生成物をアッセイする。凝集生成物をTSK3000SWXLによるサイズ排除HPLCによってアッセイし、蛋白A残余をELISAを用いてアッセイする。
貯留の判断基準
蛋白A捕捉およびカチオン交換工程からの溶離フラクションを、クロマトグラム上のUV追跡に基づいて貯留し、ビーク全体を集める。HIC工程からの溶出液をUV追跡に基づいて貯留し、ピークのテイリングがピークの最大値の20%に達するまで主ピークを貯留しておく。HICテイリング部分のフラクションは蛋白Aおよび凝集IgGを含む。
実施例IA. トヨパールフェニル−650Mを用いる1グラムスケールのRSHZ−19精製
5.0リットル(直径20cm、長さ16cm)のProSepAアフィニティーカラムを、5.2リットル/分のPBS(表1参照)で平衡化した。1リットルあたり0.8グラムのRSHZ−19モノクローナル抗体を含有する100リットルのならし培地を上記精密濾過により清澄化し、流速5.2リットル/分でカラムに適用した。負荷後、約15リットルのPBS/グリシンを同じ流速でカラムに適用した。15〜20リットルのProSepA溶離バッファーを適用することによりIgGを溶離した。非結合物ピークおよび溶出液ピークのフラクションを集め、HPLCアッセイを用いてIgG含量についてアッセイした。溶出液は体積約15リットルであり、1ミリリットルあたり約5ミリグラムの蛋白を含有していた。
溶離後すぐに、2.5M塩酸の添加により試料をpH3.5に調節し、約30分保ち、次いで、約350ミリリットルの1Mトリス塩基の添加によりpH5.5に調節した。pH5.5に中和後、滅菌済み0.2ミクロンのミリパック200(Millipak 200)に直列接続した0.1ミクロンのポリガードCR(Polygard CR)フィルターで試料を滅菌済み容器中に濾過した。濾液を4℃で貯蔵した。濾液試料を、HPLCを用いてIgG含量について、280ナノメーターにおける吸光度により全蛋白について分析した。ELISA法により試料を蛋白A含量についても分析した。このpH3.5処理され濾過されたProSepA溶出液を、実施例IA、BおよびCにおけるCMセファロース負荷物として使用した。
400ミリリットルのpH3.5処理され濾過されたProSepA溶出液を、前以てCM平衡化バッファーで平衡化しておいた200ミリリットル(直径4.4cm、長さ15cm)のCMセファロースFFカラムに38mL/分で直接負荷した。負荷後、38mL/分の約700ミリリットルのCM平衡化バッファーで洗浄した。CM溶離バッファーを38mL/分で適用することによりIgGを溶離した。約1ベッド体積の溶離バッファーを流した後IgGが溶離してきた。ピーク全体をCMセファロース溶出液として集めた。CM非結合、溶出液、洗い流しのフラクションを集め、上記のごとくIgG含量、全蛋白含量、および蛋白A含量について分析した。溶出液は体積約160ミリリットルであり、1ミリリットルあたり約12ミリグラムの蛋白を含有していた。このCMセファロース溶出液を約80ミリリットルの2つの等しい部分に分け、HIC負荷用に実施例IAおよびIBにおいて使用した。
80ミリリットルのCMセファロース溶出液に、全部で40ミリリットルのグアニジンストック溶液を添加した(一定の撹拌をしながらゆっくりと)。これによりウイルス不活性化用のグアニジン濃度が2Mとなった。グアニジン処理された溶液を撹拌する間、全部で120ミリリットルの2.6M硫酸アンモニウムストック溶液を添加した。得られた溶液は1.0Mグアニジン、1.3M硫酸アンモニウムとなった。該硫酸アンモニウム処理溶液を、前以てフェニル平衡化バッファーで平衡化しておいた80mLのトヨパールフェニル−650Mカラム(直径3.2cmx長さ10cm)に適用した。操作中一貫流速は20mL/分であった。負荷後、約350ミリリットルのフェニル平衡化バッファーでカラムを洗浄した。85%平衡化バッファー/15%グラジエントバッファーから始めて0%平衡化バッファー/100%グラジエントバッファーで終了する、18〜19カラム体積の直線的グラジエントを適用することによりIgGを溶離した。このことは、出発硫酸アンモニウム濃度が約1.1Mで、最終濃度が0Mであることを意味する。このグラジエントの勾配は、1カラム体積あたり約4.7%の溶離バッファーの増加、あるいは1カラム体積あたり−0.061Mの硫酸アンモニウムの増加であった。IgGは、グラジエント中約7カラム体積で溶離し始め、約13カラム体積で溶離終了した(硫酸アンモニウム濃度約0.7Mから0.3Mまで)。ピークのテイリングサイドのUV吸光度がピーク高さの20%にまで低下するまで溶離フラクションを集め、次いで、別の容器に切り替えて集めた(テイルフラクション(tail fraction))。グラジエント終了時に、約250mLのHIC洗い流しバッファーを適用してカラムを再生した。フェニル非結合、溶出液、テイルおよび洗い流しフラクションを集め、上記のごとくIgG含量、全蛋白含量、および蛋白A含量について分析した。溶出液は体積約300ミリリットルであり、1ミリリットルあたり約2.4ミリグラムの蛋白を含有していた。
表2は、この実施例に関するカラムパラメーターをまとめる。1ミリグラムIgGあたりの蛋白Aのナノグラム数(ng/mg)として表示した蛋白A含量とともに、各工程に関する生成物および蛋白回収率のデータを表3に示す。表3からわかるように、フェニル−650Mで蛋白Aは約4倍に減少し、回収率は約94%である。
実施例IB. トヨパールブチル−650Mを用いる1グラムスケールでのRSHZ−19精製
この標品には上記実施例IAと同じCMセファロース溶出液を用い、フェニル−650Mのかわりにトヨパールブチル−650Mを用いてHIC工程を行った。CMセファロース溶出液の調製は上記実施例IAに記載してある。80ミリリットルのCMセファロース溶出液に、全部で40ミリリットルのグアニジンストック溶液を添加した(一定の撹拌をしながらゆっくりと)。これによりウイルス不活性化用のグアニジン濃度が2Mとなった。グアニジン処理された溶液を撹拌する間、全部で120ミリリットルの2.0M硫酸アンモニウムストック溶液を添加した。得られた溶液は1.0Mグアニジン、1.0M硫酸アンモニウムとなった。該硫酸アンモニウム処理溶液を、前以てブチル平衡化バッファーで平衡化しておいた80mLのトヨパールブチル−650Mカラム(直径3.2cmx長さ10cm)に適用した。操作中一貫流速は20mL/分であった。負荷後、約350ミリリットルのブチル平衡化バッファーでカラムを洗浄した。65%平衡化バッファー/35%グラジエントバッファーから始めて20%平衡化バッファー/80%グラジエントバッファーで終了する、12〜13カラム体積の直線的グラジエントを適用することによりIgGを溶離した。このことは、出発硫酸アンモニウム濃度が約0.65Mで、最終濃度が約0.2Mであることを意味する。このグラジエントの勾配は、1カラム体積あたり約3.3%の溶離バッファーの増加、あるいは1カラム体積あたり−0.033Mの硫酸アンモニウムの増加であった。IgGは、グラジエント中約2カラム体積で溶離し始め、約9カラム体積で溶離終了した(硫酸アンモニウム濃度約0.58Mから0.35Mまで)。ピークのテイリングサイドのUV吸光度がピーク高さの10%にまで低下するまで溶離フラクションを集め、次いで、別の容器に切り替えて集めた。グラジエント終了時に、約250mLのブチルグラジエントバッファーを適用し、溶離した小ピークを集めた。約250mLのHIC洗い流しバッファーを適用してカラムを再生した。ブチル非結合、溶出液、テイルおよび洗い流しフラクションを集め、上記のごとくIgG含量、全蛋白含量、および蛋白A含量について分析した。溶出液は体積約400ミリリットルであり、1ミリリットルあたり約1.5ミリグラムの蛋白を含有していた。
表4は、この実施例に関するカラムパラメーターをまとめる。1ミリグラムIgGあたりの蛋白Aのナノグラム数(ng/mg)として表示した蛋白A含量とともに、各工程に関する生成物および蛋白回収率のデータを表5に示す。実施例IAと比較するとIgGの回収率は低いが(94%に対して79%)、HIC工程としてブチル−650Mを用いると蛋白A含量は約20倍減少した。
実施例IC:トヨパールフェニル−650Mを用いる40グラムスケールでのRSHZ−19精製
この標品には上記実施例IAと同じProSepA溶出液を用い、HIC媒体としてトヨパールフェニル−650Mを用いて約40gの蛋白を取り扱えるように下流工程をスケールアップした。CMセファロース負荷物の調製は上記実施例IAに記載してある。7.8リットルのpH処理され濾過されたProSepA溶出液を、前以て1.2L/分のCMセファロースバッファーで平衡化しておいた4.2リットル(直径25cmx長さ8.5cm)のCMセファロースFFのカラムに直接負荷した。負荷後、1.2L/分の約8リットルのCM平衡化バッファーで洗浄した。CM溶離バッファーを1.2L/分で適用することによりIgGを溶離した。約1ベッド体積の溶離バッファーを流した後、IgGがカラムから出てきた。ピーク全体をCMセファロース溶出液として集めた。CM非結合および溶出液のカラムフラクションを集め、IgG含量、全蛋白含量、および蛋白A含量について上記のごとく分析した。溶出液は体積約5.7リットルであり、1ミリリットルあたり約6〜7ミリグラムの蛋白を含有していた。
5.6リットルのCMセファロース溶出液に、全部で2.8リットルのグアニジンストック溶液(重量で3.2キログラム)を添加した(一定の撹拌をしながらゆっくりと)。これによりウイルス不活性化用のグアニジン濃度が2M、体積8.3リットルとなった。グアニジン処理された溶液を撹拌する間、全部で8.3リットルの2.6M硫酸アンモニウムストック溶液を添加した。得られた溶液は1.0Mグアニジン、1.3M硫酸アンモニウム、最終体積16.7リットルとなった。該硫酸アンモニウム処理溶液を、前以てフェニル平衡化バッファーで平衡化しておいた4.6リットルのトヨパールフェニル−650Mカラム(直径18cmx長さ18cm)に適用した。操作中一貫流速は0.5〜0.6L/分であった。負荷後、約14リットルのフェニル平衡化バッファーでカラムを洗浄した。100%平衡化バッファーから始めて100%グラジエントバッファーで終了する、20カラム体積の直線的グラジエントを適用することによりIgGを溶離した。このことは、出発硫酸アンモニウム濃度が約1.3Mで、最終濃度が0Mであることを意味する。このグラジエントの勾配は、1カラム体積あたり約5%の溶離バッファーの増加、あるいは1カラム体積あたり−0.065Mの硫酸アンモニウムの増加であった。IgGは、グラジエント中約7カラム体積で溶離し始め、約12カラム体積で溶離終了した(硫酸アンモニウム濃度約0.85Mから0.5Mまで)。ピークのテイリングサイドのUV吸光度がピーク高さの20%にまで低下するまで溶離フラクションを集め、次いで、別の容器に切り替えて集めた(テイル)。フェニル非結合、溶出液およびテイルおよび洗い流しフラクションを集め、上記のごとくIgG含量、全蛋白含量、および蛋白A含量について分析した。溶出液は体積約15.4Lであり、1ミリリットルあたり約2.2ミリグラムの蛋白を含有していた。
分子量30000COオメガ膜(フィルトロン・コーポレイション(Filtron Corp))を装備した交差流れ装置(CUF、ミリポア・コーポレイション(Millipore Corp))を用いてフェニル溶出液を約16mg/mLにまで濃縮し、適当な処方のバッファーに対する透析濾過によりバッファー交換を行った。
表6は、この実施例に関するカラムパラメーターをまとめる。IgG1ミリグラムあたりの蛋白Aのナノグラム数(ng/mg)として表示した蛋白A含量とともに、各工程に関する生成物および蛋白回収率のデータを表7に示す。表7からわかるように、フェニル−650Mでの蛋白Aの減少は約3倍で、回収率は約90%である。IgG凝集物は、CMセファロース溶出液中0.5%から、処方された生成物中0.06%にまで減少した。
実施例1D. トヨパールフェニル−650Mを用いる125グラムスケールのRSHZ−19精製
5.5リットル(直径20cm、長さ18cm)のProSepAアフィニティーカラムを、4.8リットル/分のPBS(表1参照)で平衡化した。1リットルあたり0.94グラムのRSHZ−19モノクローナル抗体を含有する450リットルのならし培地を上記精密濾過により清澄化し、4つの別個の90〜95リットルの部分および1つの40リットルの部分として流速4.8リットル/分(以後一貫して)でカラムに適用した。カラム上での各サイクルを以下のように行った:負荷後、約17リットルのPBS/グリシンを同じ流速でカラムに適用した。15〜20リットルのProSepA溶離バッファーを適用することによりIgGを溶離した。非結合物ピークおよび溶出液ピークのフラクションを集め、HPLCアッセイを用いてIgG含量についてアッセイした。各サイクルからの溶出液は体積約9リットルであり、1ミリリットルあたり約5〜10ミリグラムの蛋白を含有していた。溶離後すぐに、2.5M塩酸の添加によりProSepA溶出液をpH3.5に調節し、約30分保ち、次いで、約250ミリリットルの1Mトリス塩基の添加によりpH5.5に調節した。pH5.5に中和後、溶出液を一緒にし、滅菌済み0.2ミクロンのミリパック200(Millipak 200)に直列接続した0.1ミクロンのポリガードCR(Polygard CR)フィルターで溶出液のうち5リットルを滅菌済み容器中に濾過した。濾液を4℃で貯蔵した。濾液試料を、HPLCを用いてIgG含量について、280ナノメーターにおける吸光度により全蛋白について分析した。ELISA法により試料を蛋白A含量について、HPLCによりIgG凝集物についても分析した。
約120〜140グラムの蛋白を取り扱えるように下流工程をスケールアップした。16.3リットルのpH3.5処理され濾過されたProSepA溶出液を、前以てCM平衡化バッファーで平衡化しておいた14.4リットル(直径35cm、長さ15cm)のCMセファロースFFカラムに2.4L/分で直接負荷した。負荷後、2.4L/分の約45リットルのCM平衡化バッファーで洗浄した。CM溶離バッファーを2.4L/分で適用することによりIgGを溶離した。約1〜2ベッド体積の溶離バッファーを流した後IgGが溶離してきた。ピーク全体をCMセファロース溶出液として集めた。CM非結合物、溶出液を集め、上記のごとくIgG含量、全蛋白含量、およびIgG凝集物について分析した。溶出液は体積約21リットルであり、約120グラムの蛋白を含有していた。
19.4リットルのCMセファロース溶出液に、全部で9.7リットルのグアニジンストック溶液を添加した(一定の撹拌をしながらゆっくりと)。これによりウイルス不活性化用のグアニジン濃度が2M、体積29.1リットルとなった。グアニジン処理された溶液を撹拌する間、全部で29.1リットルの2.6M硫酸アンモニウムストック溶液を添加した。得られた溶液は1.0Mグアニジン、1.3M硫酸アンモニウム、最終体積58.2リットルとなった。該硫酸アンモニウム処理溶液を、前以てフェニル平衡化バッファーで平衡化しておいた12.4リットルのトヨパールフェニル−650Mカラム(直径30cmx長さ18cm)に適用した。操作中一貫流速は1.1〜1.3L/分であった。負荷後、約37リットルのフェニル平衡化バッファーでカラムを洗浄した。80%平衡化バッファー/20%グラジエントバッファーから始めて20%平衡化バッファー/80%グラジエントバッファーで終了する、12カラム体積の直線的グラジエントを適用することによりIgGを溶離した。このことは、出発硫酸アンモニウム濃度が約1.0Mで、最終濃度が約0.26Mであることを意味する。このグラジエントの勾配は、1カラム体積あたり約5%の溶離バッファーの増加、あるいは1カラム体積あたり−0.065Mの硫酸アンモニウムの増加であった。IgGは、本質的にグラジエント中央部分で溶離し、ピークは約0.8Mの硫酸アンモニウムを含んでいた。ピークのテイリングサイドのUV吸光度がピーク高さの20%にまで低下するまで溶離フラクションを集め、次いで、別の容器に切り替えて集めた(テイル)。フェニル非結合、溶出液、テイルおよび洗い流しフラクションを集め、上記のごとくIgG含量、全蛋白含量、およびIgG凝集物について分析した。溶出液は体積約29リットルであり、約100グラムの蛋白を含有していた。
分子量30000COオメガ膜(フィルトロン・コーポレイション(Filtron Corp))を装備した交差流れ装置(CUF、ミリポア・コーポレイション(Millipore Corp))を用いてフェニル溶出液を約10mg/mLにまで濃縮し、適当な処方のバッファーに対する透析濾過によりバッファー交換を行った。生成物を、IgG含量、全蛋白、蛋白AおよびIgG凝集物について分析した。
表8は、この実施例に関するカラムパラメーターをまとめる。1ミリグラムIgGあたりの蛋白Aのナノグラム数(ng/mg)として表示した蛋白A含量とともに、各工程に関する生成物および蛋白回収率のデータを表9に示す。表9からわかるように、フェニル−650Mでの蛋白A減少は約7倍であり、回収率は約70%である。IgG凝集物は、CMセファロース溶出液中0.4%から、処方された生成物中0.06%に減少した。
実施例II
抗CD−4モノクローナル抗体CH−CD14を細胞培養法により作成し、アニオン交換樹脂を用いた以外は実施例Iで用いたのと同様の方法で蛋白Aおよびイオン交換クロマトグラフィーを用いて部分精製した。アミコンカラム(直径1cm、高さ10cm)に8mLのフェニルトヨパール650M樹脂(ロット番号65PHM01H)を充填した。すべての工程の間、流速を2mL/分に維持した。20mLの平衡化バッファー(1M硫酸アンモニウム、50mMリン酸ナトリウム,pH7.0)でカラムを平衡化した。5mLの部分精製CH−CD4モノクローナル抗体(280nmにおける吸光度による濃度17mg/mL)を取り、2.5mLの6MグアニジンHCl、50mMリン酸ナトリウム,pH7.0を添加し、混合し、30分間保持し、次いで、7.5mLの2M硫酸アンモニウム、50mMリン酸ナトリウム,pH7.0を添加することにより生成物をカラム負荷用に調製した。負荷物の最終硫酸アンモニウム濃度は1M、最終グアニジン濃度は1M、試料を取った後の最終体積は12mL、最終生成物濃度は5.6mg/mLであった。次いで、この材料を2mL/分でカラムに負荷し、次いで、平衡化バッファーから50mMリン酸ナトリウム,pH7.0までの10カラム体積の直線的グラジエントで溶離した。カラムから溶離される生成物として約4mLのフラクションを取った。
結果を表11に示す。結局、すべての生成物がグラジエントで溶離した。蛋白Aも溶離され、グラジエントの後ろの方のフラクションに多かった。最終生成物中の蛋白Aを減少させるためには、グラジエントの終わりのいくつかのフラクションを排除することが必要であり、かくして、生成物収率が低下した。生成物収率86%で蛋白Aの2倍の減少が可能であり、収率50%では3倍の減少が可能であった。
実施例IIB:
CH−CD4モノクローナル抗体を部分精製し、実施例IIA記載のHICカラムに負荷するために調製した。実施例IIA記載と同一のカラム、流速、平衡化および負荷を用いた。この実施例において、カラムに負荷し、平衡化バッファーで洗浄した後、カラムを18mLの洗浄バッファー(1M硫酸アンモニウム、50mMクエン酸ナトリウム,pH3.5)で洗浄した。次いで、13.5mLの平衡化バッファー(実施例IIAに記載)でさらに洗浄した。グラジエントでカラムの溶離を行い、次いで、実施例IIA記載のごとく水洗した。カラム溶出液を14個のフラクションに分け、次いで、それらを生成物および蛋白Aについて分析した。
結果を表12に示す。90%収率において蛋白Aは6倍減少し、収率78%では8倍減少した。
実施例IIBの結果を実施例IIAと比較すると、pH3.5での洗浄を用いた場合、約80%の収率で、蛋白Aは6ないし8倍減少したが、pH3.5での洗浄をしなかった場合には、CH−CDH収率80%で、蛋白Aはわずか2倍減少しただけであった。
実施例IIC:
スケールを増大させた以外は、実施例IIBと同様にしてこの実施例を行った。平衡化および洗浄バッファーは実施例IIBに記載してある。カラムは直径5cm、高さ28cmであり、流速は50mL/分であった。実施例IIA記載のごとくCH−CD4モノクローナル抗体を調製し、部分精製した。部分精製生成物(440mL)を220mLの6MグアニジンHClと31分間混合した。次いで、660mLの2M硫酸アンモニウム、50mMリン酸ナトリウム,pH7.0を添加した。最終硫酸アンモニウム濃度は1Mであり、最終抗体濃度は5.3mg/mLであった。サンプリング後の負荷体積は1290mLであった。
2カラム体積の平衡化バッファーでカラムを平衡化し、次いで、カラムに負荷した。次いで、カラムを630mLの平衡化バッファー、1000mLの洗浄バッファー、800mLの平衡化バッファーで洗浄し、次いで、0.75M硫酸アンモニウム、50mMリン酸ナトリウム,pH7.0から50mMリン酸ナトリウム,pH7.0までの5カラム体積のグラジエントで溶離した。溶離の間にフラクションを集めた。
結果を表13に示す。収率70%で、蛋白Aは100倍減少し、あるいは収率80%で、30倍減少した。
実施例IID
部分精製CH−CD4モノクローナル抗体を実施例IIAに示すように調製した。平衡化および洗浄バッファーは実施例IIBに記載されている。4ミリリットルの6MグアニジンHCl、50mMリン酸ナトリウム,pH7.0を部分精製CH−CD4モノクローナル抗体9.5mg/mL溶液8mLに添加し、30分インキュベーションした。次いで、12mLの2M硫酸アンモニウム、50mMリン酸ナトリウム,pH7.0をゆっくりと添加した。カラムは直径0.5cm、高さ20cm(4mL)であり、すべての工程に関して流速は0.5mL/分であった。カラムを2カラム体積の水および平衡化バッファーそれぞれですすいだ。次いで、22mLの負荷溶液をカラムに通し、次いで、2カラム体積の平衡化バッファーを通し、その後、カラム溶出液のpHが3.5になるまで平衡化バッファーを通した。0.3M硫酸アンモニウム、50mMリン酸ナトリウム,pH7.0でカラムを溶離した。UVトレース値が上昇し始めた後、12.6mLの溶出液を集め、生成物および蛋白Aについて分析した。生成物の収率は80%で、蛋白Aは28ng/mgから6ng/mgに減少し、4.7倍の減少であった。
Claims (40)
- モノマーIgG抗体およびプロテインAを含有する混合物からモノマーIgG抗体を精製する方法であって、(i)該混合物を疎水性相互作用クロマトグラフィー支持体と接触させ、次いで、(ii)モノマーIgG抗体を支持体から選択的に溶離することを特徴とする方法。
- 疎水性相互作用クロマトグラフィー支持体がアルキルC2〜C8アガロース、アリール−アガロース、アルキル−シリカ、アリール−シリカ、アルキル有機ポリマー樹脂およびアリール有機ポリマー樹脂からなる群より選択される請求項1記載の方法。
- 支持体がブチル−、フェニル−ならびにオクチル−アガロース、およびブチル−、フェニル−ならびにエーテル−有機ポリマー樹脂からなる群より選択される請求項2記載の方法。
- 支持体がフェニル−有機ポリマー樹脂である請求項3記載の方法。
- 支持体がブチル−有機ポリマー樹脂である請求項3記載の方法。
- 低塩バッファーで抗体が選択的に溶離される請求項1記載の方法。
- 塩を減少させて50mMリン酸塩,pH7.0に至るグラジエントで抗体が選択的に溶離される請求項6記載の方法。
- IgG抗体を含有するならし細胞培地からのIgG抗体の精製方法であって、培地を(a)プロテインAアフィニティークロマトグラフィー、(b)イオン交換クロマトグラフィー、次いで(c)疎水性相互作用クロマトグラフィーに順次供することを特徴とする方法。
- イオン交換クロマトグラフィーが、CM−23−、CM−32−、CM−52−セルロース;CM−ならびにSP−架橋デキストラン、CM−ならびにS−アガロース;CM−有機ポリマー樹脂;DEAE−、QAE−、Q−架橋デキストラン;DEAE−、QAE−、Q−結合アガロース;およびDEAE有機ポリマー樹脂からなる群より選択される支持体を用いるものであり、緩衝化された塩溶液によるものである請求項8記載の方法。
- 支持体がCM−アガロースファストフロー(CM-agarose Fast Flow)であり、塩がNaClである請求項9記載の方法。
- 緩衝化された塩溶液が100mM NaClを含有するpH6.0の40mMクエン酸塩である請求項9記載の方法。
- 疎水性相互作用クロマトグラフィーが、アルキルC2〜C8−アガロース、アリール−アガロース、アルキル−シリカ、アリール−シリカ、アルキル−有機ポリマー樹脂およびアリール−有機ポリマー樹脂からなる群より選択される支持体を用いるものである請求項8記載の方法。
- 支持体がブチル−、フェニル−ならびにオクチル−アガロース、およびブチル−、フェニル−ならびにエーテル−有機ポリマー樹脂からなる群より選択される請求項12記載の方法。
- 支持体がフェニル−有機ポリマー樹脂またはブチル−有機ポリマー樹脂である請求項13記載の方法。
- 支持体がフェニル−またはブチル−有機ポリマー樹脂であり、抗体が低塩バッファーで選択的に溶離される請求項8記載の方法。
- 50mMリン酸ナトリウムバッファー,pH7.0まで減少させるグラジエントで抗体が選択的に溶離される請求項15記載の方法。
- プロテインAクロマトグラフィーがコントロールドポアガラス(controlled pore glass)に結合したプロテインAを支持体として用い、溶離が低pHバッファーにより行われる請求項8記載の方法。
- 該バッファーが25mMクエン酸塩,pH3.5である請求項17記載の方法。
- ならし細胞培地から抗体を精製する方法であって、以下の工程:
(a)抗体をプロテインAクロマトグラフィー支持体上に吸着させ;
(b)吸着抗体を少なくとも1種のバッファーで洗浄し;
(c)工程(b)からの抗体を溶離し;
(d)工程(c)からの抗体をイオン交換クロマトグラフィー支持体上に吸着させ;
(e)吸着抗体を少なくとも1種のバッファーで洗浄し;
(f)工程(e)からの抗体を選択的に溶離し;
(g)工程(f)の溶出液を疎水性相互作用クロマトグラフィー支持体に吸着させ;
(h)吸着抗体を少なくとも1種のバッファーで洗浄し;
(i)吸着抗体を溶離し;次いで、
(j)抗体を回収する
からなる方法。 - 存在する場合には任意に行われる1またはそれ以上のウイルス不活性化工程を包含する請求項19記載の方法。
- ウイルス不活性化工程が工程(f)の後であって工程(g)の前に行われる請求項20記載の方法。
- 該ウイルス不活性工程が、ウイルスを不活性化するに十分な時間グアニジン塩酸で溶出液を処理し、次いで、硫酸アンモニウム溶液を添加することからなる請求項21記載の方法。
- グアニジン塩酸が2.0Mで存在し、処理後、工程(f)からの溶出液が1.3M硫酸アンモニウムに調節される請求項22記載の方法。
- さらなるウイルス不活性化工程が工程(c)の後であって工程(d)の前に行われる請求項21記載の方法。
- 該さらなるウイルス不活性化工程が、工程(c)の溶出液を酸で処理することからなる請求項24記載の方法。
- 溶出液のpHがpH3.5に調節され、ウイルスを不活性化するに十分な時間該pHに維持され、pHを5.5に調節することにより該処理が終了する請求項25記載の方法。
- 工程(d)のイオン交換支持体が、カルボキシメチル(CM)、スルホエチル(SE)、スルホプロピル(SP)、ホスファート(P)、ジエチルアミノエチル(DEAE)、4級アミノエチル(QAE)、および4級(Q)で置換されたセルロース樹脂、架橋デキストラン、アガロースおよび有機ポリマー樹脂からなる群より選択される請求項19記載の方法。
- カチオン支持体がCM−アガロースである請求項27記載の方法。
- 疎水性相互作用クロマトグラフィー支持体が、アルキルC2〜C8−アガロース、アリール−アガロース、アルキル−シリカ、アリール−シリカ、アルキル−有機ポリマー樹脂およびアリール−有機ポリマー樹脂からなる群より選択される請求項19記載の方法。
- 支持体が、ブチル−、フェニル−ならびにオクチル−アガロース、およびフェニル−、エーテルならびにブチル−有機ポリマー樹脂からなる群より選択される請求項29記載の方法。
- 支持体がフェニル−またはブチル−有機ポリマー樹脂である請求項30記載の方法。
- クロマトグラフィー工程(i)からの蛋白含有フラクションを貯留し、限界濾過により濃縮することにより、該蛋白が回収される請求項19記載の方法。
- 工程(a)のクロマトグラフィー支持体がコントロールドポアガラスに結合したプロテインAである請求項19記載の方法。
- 工程(h)の吸着抗体が2種のバッファー、すなわち、第1の平衡化バッファーおよび第2の低pH洗浄バッファーで洗浄される請求項19記載の方法。
- 第2のバッファーのpHが4.0未満である請求項34記載の方法。
- 第2のバッファーが1M硫酸アンモニウム、50mMクエン酸ナトリウム,pH3.5である請求項35記載の方法。
- プロテインAおよび抗体からなる混合物からプロテインAを除去する方法であって、該混合物を疎水性相互作用クロマトグラフィー支持体と接触させ、次いで、支持体から抗体を選択的に溶離させることを特徴とする方法。
- 溶離の前に7.0未満のpHを有するバッファーで支持体を洗浄することを包含する請求項37記載の方法。
- 洗浄バッファーのpHが4.0未満である請求項38記載の方法。
- バッファーが1M硫酸アンモニウム、50mMクエン酸ナトリウム,pH3.5である請求項39記載の方法。
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