JP5745263B2 - Chromatogram simulation method, system and program, and simulation result evaluation method - Google Patents

Chromatogram simulation method, system and program, and simulation result evaluation method Download PDF

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本発明はフロンタルゲルろ過法クロマトグラフィーに関し、より詳細には、微量の試料でフロンタルゲルろ過法を行うのに必要なミクロゲルろ過カラムの設計パラメータと分析条件を求めることができるクロマトグラムシミュレーション方法、システム、およびプログラムと、ゲルろ過カラムの設計方法と、当該設計パラメータに基づいて作製したカラムを評価する方法とに関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to frontal gel filtration chromatography, and more specifically, a chromatogram simulation method and system capable of obtaining design parameters and analysis conditions of a microgel filtration column necessary for performing frontal gel filtration with a small amount of sample. And a program, a method for designing a gel filtration column, and a method for evaluating a column produced based on the design parameters.

タンパク質と低分子化合物(以下、リガンドともいう)との分子間相互作用を、タンパク質およびリガンドのどちらに対してもラベルやセンサー表面への固定など行わずに測定する方法のうち、タンパク質に結合しているリガンドの分子数とタンパク質に結合していないリガンド(以下、遊離型リガンドともいう)の濃度とを一回の測定だけで測定できる方法は、透析平衡法、限外ろ過法及びフロンタルゲルろ過法である。この3種の方法の中で、予め指定したタンパク質およびリガンドの濃度を変えることなく測定を行えるのは、フロンタルゲルろ過法だけである。透析平衡法および限外ろ過法は、リガンドのみが透過できる膜を使用するので、微量の試料では膜の持つ容積が相対的に大きくなり、膜へのリガンドの吸着・分配のため正確な測定が原理的に困難である。一方、フロンタルゲルろ過法は、タンパク質をセンサーチップに固定し、リガンドの結合に伴うセンサーチップの物性変化を測定することで相互作用を間接的に測定する各種方法に比べて、測定に必要な試料の量が多いことが欠点となり、その普及が阻まれてきた。   Of the methods for measuring the molecular interaction between a protein and a low molecular weight compound (hereinafter also referred to as a ligand) without performing labeling or immobilization on the sensor surface for either the protein or the ligand, the protein binds to the protein. The methods that can be used to measure the number of ligand molecules and the concentration of ligands that are not bound to proteins (hereinafter also referred to as free ligands) in a single measurement are the dialysis equilibrium method, ultrafiltration method, and frontal gel filtration. Is the law. Of these three methods, only the frontal gel filtration method can perform measurement without changing the concentration of the protein and ligand specified in advance. The dialysis equilibrium method and the ultrafiltration method use a membrane that allows only the ligand to pass through. Therefore, the volume of the membrane is relatively large for a small amount of sample, and accurate measurement is possible for adsorption and distribution of the ligand to the membrane. It is difficult in principle. On the other hand, the frontal gel filtration method requires a sample that is necessary for measurement compared to various methods that indirectly measure the interaction by immobilizing the protein on the sensor chip and measuring the physical property change of the sensor chip accompanying the binding of the ligand. The large amount of sewage has become a drawback, and its spread has been hindered.

ゲルろ過クロマトグラフィー ゲルろ過クロマトグラフィーでは流体力学的に大きい分子ほど速く移動する。そして、多孔性充填剤を均質に詰めたカラムを利用し、多孔性充填剤の孔領域にどれだけ入り込めるかは高分子の大きさ(ストークス半径)で決まる。カラム内部で充填剤の外にある部分を移動相といい、充填剤の孔の内部はカラムの入り口から出口への正味の流れがなく固定相という。高分子が孔領域(固定相領域)にどれだけ入り込めるかで高分子のカラム移動速度が決まり、ストークス半径が小さい高分子ほど固定相に寄り道し、カラム移動相度が遅くなる。 Gel filtration chromatography In gel filtration chromatography, molecules that are hydrodynamically larger move faster. Then, using a column in which the porous filler is uniformly packed, how much can enter the pore region of the porous filler is determined by the size of the polymer (Stokes radius). The portion outside the packing material inside the column is called the mobile phase, and the inside of the packing hole is called the stationary phase without a net flow from the inlet to the outlet of the column. The column movement speed of the polymer is determined by how much the polymer enters the pore region (stationary phase region), and the smaller the Stokes radius, the closer to the stationary phase, the slower the column movement phase.

ゲルろ過クロマトグラフィーは、高分子の混合液から特定の高分子のみを精製する目的で通常は使用する。試料中の各高分子は、ゲルろ過カラムに注入した時点での試料の幅よりも必ず広がってカラムから溶出する。そのため、試料はできるだけ濃縮して少ない容積にし(カラム容積の50分の1以下)、カラムに注入する。精製目的には、大きさの異なる成分ができるだけ離れて溶出し、かつ各ピークの広がりが小さいほど良い。高分子成分間の分離をできるだけ良くするため、ミクロカラムは不適で、小型のカラムでも内径が4.6 mm以上で長さが30 cm程度のものが使われる(カラム容量は少なくとも数ミリリットルある)。   Gel filtration chromatography is usually used for the purpose of purifying only a specific polymer from a polymer mixture. Each polymer in the sample elutes from the column, necessarily being wider than the width of the sample at the time of injection into the gel filtration column. Therefore, the sample is concentrated as much as possible to a small volume (less than 1/50 of the column volume) and injected into the column. For purification purposes, it is better that components of different sizes elute as far apart as possible and that the spread of each peak is smaller. In order to improve separation between polymer components as much as possible, micro columns are not suitable, and even small columns with an inner diameter of 4.6 mm or more and a length of about 30 cm (column capacity is at least several milliliters) are used.

フロンタル解析(前端分析、frontal analysis、frontal chromatography) 2〜3種類程度のみの成分からなる混合液が多量にあり、各成分の移動速度が異なるカラムが存在するとする。上記のカラムにこの混合液を連続的に流し続けると、一番早く移動する成分が、元の混合液での濃度のまま単独で溶出してくる。2番目に早く移動する成分が溶出し始めるまでは、一番速く移動する成分のみの溶出が続く。以上のような方法で、多量にある試料から特定の成分のみを元の濃度のまま取り出す方法をフロンタル分析という。 Frontal analysis (frontal analysis, frontal chromatography) It is assumed that there are a large amount of a mixed solution composed of only two or three kinds of components, and there are columns in which the moving speed of each component is different. When this mixed liquid is continuously supplied to the above-mentioned column, the component that moves the fastest elutes alone with the concentration of the original mixed liquid. Until the second fastest moving component begins to elute, only the fastest moving component continues to elute. A method of taking out only a specific component from a large amount of a sample in its original concentration by the above method is called frontal analysis.

フロンタル分析の実用例:タンパク質溶液の脱塩 1 mL程度のタンパク質試料に対し、それに含まれる塩化ナトリウムなどの塩を除去する目的で、脱塩用のゲルろ過カラムが市販されている(例えば、GEヘルスケアのHiTrap Desalting)。カラムには、タンパク質のような高分子が全く入り込めない小さな孔を持つ多孔性充填剤が、約5 mL詰められている。ナトリウムイオンのような小さなイオンや低分子有機化合物は、この小さな孔の隅々まで入り込める。カラムに1 mL程度のタンパク質試料を流すと、あまり希釈されずにタンパク質が溶出し、塩類は十分に遅れて溶出する。 Example of frontal analysis: Desalination of protein solution For the purpose of removing salts such as sodium chloride from protein samples of about 1 mL, gel filtration columns for desalting are commercially available (for example, GE Healthcare HiTrap Desalting). The column is packed with approximately 5 mL of a porous packing with small pores that cannot contain any macromolecules such as proteins. Small ions such as sodium ions and low-molecular-weight organic compounds can enter every corner of this small hole. When a protein sample of about 1 mL flows through the column, the protein elutes without being diluted much, and the salts elute sufficiently late.

フロンタル分析の実用例:フロンタルゲルろ過クロマトグラフィー(FGC) タンパク質と低分子リガンドとの結合反応を直接調べるには、遊離型リガンドの平衡濃度の測定が必要である。FGC法では、ゲルろ過カラムを用いて反応液のフロンタル分析を行う。その際、反応液をカラムに流し続けるのでなく、一定量がカラムに流し込まれた後、緩衝液による溶出に切り替える。その結果、クロマトグラムの後端に、元の濃度のままの遊離型リガンドを純粋に取り出すことができる。もちろん、クロマトグラムの前端には、元の濃度のままのタンパク質が取り出される。両者の間に、元の反応液が台形部分としてそのまま取り出される。反応液の遊離型リガンド濃度は、FGCで得られる後端の台形部分のリガンド濃度を測定するだけで分かる。 Practical example of frontal analysis: In order to directly examine the binding reaction between a frontal gel filtration chromatography (FGC) protein and a small molecule ligand, it is necessary to measure the equilibrium concentration of the free ligand. In the FGC method, frontal analysis of a reaction solution is performed using a gel filtration column. At that time, instead of continuing the flow of the reaction solution to the column, after a certain amount is flowed to the column, switching to the elution with the buffer solution is performed. As a result, the free ligand with the original concentration can be purely extracted at the rear end of the chromatogram. Of course, the protein at the original concentration is taken out at the front end of the chromatogram. Between them, the original reaction liquid is taken out as a trapezoidal part. The free ligand concentration in the reaction solution can be determined simply by measuring the ligand concentration in the trapezoidal portion at the rear end obtained by FGC.

結合反応をする試料のフロンタル解析を行い、クロマトグラムの後端に元の反応液の平衡濃度のまま遊離型リガンドのみを取り出すためには、以下の条件が必要である。(1)タンパク質の方が低分子リガンドよりも速くカラムを移動する。(2)タンパク質の移動速度はリガンドが結合しても変わらない。(3)カラムの分離メカニズムが機能するために必要な時間スケールに対して結合反応速度が速く、カラムの局所で結合反応が平衡状態にある。ほとんどの試料に対して上記の条件を満たすのは、ゲルろ過カラムを分析に用いるフロンタルゲルろ過クロマトグラフィー(FGC)だけである(キャピラリー電気泳動によるフロンタル解析例もあるが、ごく限られたリガンドにしか適応できない)。   The following conditions are necessary to perform frontal analysis of a sample that undergoes a binding reaction and to extract only the free ligand with the equilibrium concentration of the original reaction solution at the rear end of the chromatogram. (1) The protein moves through the column faster than the small molecule ligand. (2) The protein migration rate does not change even when the ligand is bound. (3) The binding reaction rate is fast with respect to the time scale necessary for the separation mechanism of the column to function, and the binding reaction is in an equilibrium state locally in the column. The frontal gel filtration chromatography (FGC) that uses a gel filtration column for analysis only satisfies the above conditions for most samples. (There are some examples of frontal analysis by capillary electrophoresis, but there are only a limited number of ligands. Only applicable).

フロンタル解析では、元の試料がそのまま溶出するまで、試料をカラムに連続的に流す。そのため、分析に使うカラム容積の数倍量の試料が必要である。微量の試料でフロンタル解析ができないと、優れた特徴があっても実用性がない。本発明者らは、従来の十分の1のサンプル量(1-2.5 ml)でフロンタルクロマトグラムが得られたことを以前報告している(非特許文献1及び2)。   In the frontal analysis, the sample is continuously passed through the column until the original sample elutes as it is. Therefore, a sample several times the volume of the column used for analysis is required. If frontal analysis is not possible with a small amount of sample, it will not be practical even if it has excellent characteristics. The present inventors have previously reported that a frontal chromatogram was obtained with a conventional sufficient sample amount (1-2.5 ml) (Non-patent Documents 1 and 2).

また、非特許文献3では、A+B=C型の相互作用をする系に対するFGCの理論クロマトグラムを計算したことが報告されている。   Non-Patent Document 3 reports that the theoretical chromatogram of FGC was calculated for a system with an A + B = C type interaction.

M. Honjo, T. Ishida, and K. Horiike, J. Biochem., 122, 258-263(1997)M. Honjo, T. Ishida, and K. Horiike, J. Biochem., 122, 258-263 (1997) O. Sawada, T. Ishida, and K. Horiike, J. Biochem., 129, 899-907(2001)O. Sawada, T. Ishida, and K. Horiike, J. Biochem., 129, 899-907 (2001) JR. Cann, and DJ. Winzor, Arch. Biochem. Biophys., 256, 78-89(1987)JR. Cann, and DJ. Winzor, Arch. Biochem. Biophys., 256, 78-89 (1987)

FGCを超微量の試料で行うには、ミクロサイズのゲルろ過カラムが必要である。100マイクロリットル以下の微量試料でフロンタル解析を行うには、分析カラムを小さくする、すなわちカラム容量が100マイクロリットル未満のミクロカラムを使う必要がある。   In order to perform FGC with a very small amount of sample, a micro-size gel filtration column is required. In order to perform frontal analysis with a trace amount sample of 100 microliters or less, it is necessary to make the analytical column small, that is, to use a microcolumn having a column capacity of less than 100 microliters.

ミクロフロンタルゲルろ過法(mFGC法)では、内径が1 mm以下のミクロゲルろ過カラムを用い、100マイクロリットル以下の微量試料を、図1に示すように、3つの部分に分離する。
・中央の2で示す台形部分では、元の試料がそのまま溶出している(希釈も濃縮もされず)。
・前端部分の1で示す部分では、タンパク質が元の濃度のまま溶出している。
・後端の3で示す台形部分では遊離型の低分子のみが溶出し、その濃度は元の試料における遊離型低分子の平衡濃度と等しい。
In the microfrontal gel filtration method (mFGC method), a microgel filtration column having an inner diameter of 1 mm or less is used, and a micro sample of 100 microliters or less is separated into three parts as shown in FIG.
-In the trapezoidal portion indicated by 2 in the center, the original sample is eluted as it is (not diluted or concentrated).
In the part indicated by 1 in the front end part, the protein is eluted with the original concentration.
-In the trapezoidal part indicated by 3 at the rear end, only free low molecules are eluted, and the concentration is equal to the equilibrium concentration of free low molecules in the original sample.

mFGC法ではこのような微量試料の前処理を簡単に行うことができ、以下の利点がある。
・試料中の遊離型リガンド濃度を直接求めることができる。
・試料に複数のリガンドが含まれる場合、タンパク質と強く結合するリガンドほど、3よりも1に多く出現するので、強結合型リガンドを簡単にスクリーニングできる。
・3にはタンパク質が含まれないので、質量分析などによるリガンドの解析が簡単にできる。
The mFGC method can easily perform such pretreatment of a small amount of sample, and has the following advantages.
-The free ligand concentration in the sample can be determined directly.
-When a sample contains a plurality of ligands, a ligand that strongly binds to a protein appears in 1 more than 3, so that a strong binding ligand can be easily screened.
・ Since no protein is included in 3, ligand analysis by mass spectrometry can be easily performed.

これらの特徴があるので、mFGC法は、分子間相互作用の直接測定だけでなく、薬物動態解析・創薬・新規バイオマーカー探索にも極めて効果的な試料前処理法である。   Because of these features, the mFGC method is a sample pretreatment method that is extremely effective not only for direct measurement of intermolecular interactions, but also for pharmacokinetic analysis, drug discovery, and search for new biomarkers.

しかし、ミクロゲルろ過カラムでのFGC(mFGC)に用いるためのカラムの設計指針や実験装置の構築方法や実験方法の評価をするための客観的な方法は、現在存在していない。通常のゲルろ過クロマトグラフィーは、タンパク質の精製やタンパク質試料の脱塩や緩衝液交換が目的であるので、従来のカラムの評価方法や実験指針はmFGCには役に立たない。更に、非特許文献3に記載の方法も、具体的にmFGC実験を行うために役立つシミュレーションができる方法ではない。   However, there is currently no objective method for evaluating column design guidelines, experimental apparatus construction methods, and experimental methods for use in FGC (mFGC) in microgel filtration columns. Conventional gel filtration chromatography is intended for protein purification, protein sample desalting, and buffer exchange, so conventional column evaluation methods and experimental guidelines are not useful for mFGC. Furthermore, the method described in Non-Patent Document 3 is not a method capable of performing a simulation useful for conducting an mFGC experiment.

そこで、本発明は、シミュレーションモデルに基づいて予測クロマトグラムを得ることができ、mFGCに必要なカラムのミニマムサイズと試料量と流速とを決定することができるクロマトグラムシミュレーション方法、システム、およびプログラム、並びにゲルろ過カラムの設計方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a chromatogram simulation method, system, and program capable of obtaining a predicted chromatogram based on a simulation model and determining a minimum column size, a sample amount, and a flow rate necessary for mFGC. An object of the present invention is to provide a method for designing a gel filtration column.

さらに、本発明は、当該クロマトグラムシミュレーション方法により求めたカラムの設計パラメータに基づいて作製したカラムを、実際の試料を用いて評価する方法を提供することを目的とする。   Furthermore, an object of the present invention is to provide a method for evaluating a column produced based on a column design parameter obtained by the chromatogram simulation method using an actual sample.

上記目的の達成のために、本発明に係るフロンタルゲルろ過クロマトグラムのシミュレーション方法は、演算装置および記録部を備えるコンピュータにおいて、ミクロゲルろ過カラムを用いるフロンタル法におけるクロマトグラムのシミュレーション方法であって、前記演算装置が、移動相および固定相を有するゲルろ過カラムの充填剤のサイズrgを設定する第1のステップと、前記ゲルろ過カラムの最小機能単位の容積vuを、前記充填剤の前記サイズrgに基づいて設定する第2のステップと、前記ゲルろ過カラムの分離特性である、移動相容積v0u、固定相容積viu、およびタンパク質が入り込める前記固定相中の容積vipを、前記最小機能単位の前記容積vuに基づいて設定し、且つ、リガンドの前記充填剤への可逆的な結合を意味する係数ngとKgまたはkを設定する第3のステップと、前記ゲルろ過カラムにおける前記最小機能単位の積層数mを設定する第4のステップと、1回の計算ステップにおいて前記ゲルろ過カラムに流す液量dVを、前記移動相容積v0uに基づいて、前記移動相容積v0u未満の値に設定する第5のステップと、前記ゲルろ過カラムに適用する試料の液量Vsを、前記積層数mおよび前記移動相容積v0uに基づいて設定する第6のステップと、前記ゲルろ過カラムに適用する総液量Vmaxを、前記積層数m、前記移動相容積v0u、および前記タンパク質が入り込める前記固定相中の前記容積vipに基づいて設定する第7のステップと、前記試料の総タンパク質濃度P0および前記試料の総リガンド濃度C0を設定する第8のステップと、前記タンパク質および前記リガンドの結合反応に対する解離定数Kdを設定する第9のステップと、前記移動相の総タンパク質濃度Pt、総タンパク質量QP、前記移動相の総リガンド濃度Lt、および総リガンド量QLの初期値を設定し、且つ、第1番目の前記最小機能単位から順番に、1番目の前記最小機能単位については、前記試料の前記ゲルろ過カラムへの流入が続いている間は、
総タンパク質量QP=QP(1)+P0×dV−Pt(1)×dV
総リガンド量QL =QL(1)+C0×dV−Lt(1)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、前記試料の前記ゲルろ過カラムへの流入が完了した後は、
総タンパク質量QP=QP(1)−Pt(1)×dV
総リガンド量QL =QL(1)−Lt(1)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記全タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、i(iは2以上の自然数)番目の前記最小機能単位については、
総タンパク質量QP=QP(i)+Pt(i−1)×dV−Pt(i)×dV
総リガンド量QL =QL(i)+Lt(i−1)×dV−Lt(i)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、1番目の前記最小機能単位およびi番目の前記最小機能単位について、新しい移動相の前記総タンパク質濃度Ptおよび前記総リガンド濃度Ltを、
In order to achieve the above object, a frontal gel filtration chromatogram simulation method according to the present invention is a chromatogram simulation method in a frontal method using a microgel filtration column in a computer including an arithmetic unit and a recording unit, The computing device sets the size rg of the packing material of the gel filtration column having a mobile phase and a stationary phase, and sets the volume vu of the minimum functional unit of the gel filtration column to the size rg of the packing material. A second step to set based on the separation characteristics of the gel filtration column, the mobile phase volume v0u, the stationary phase volume viu, and the volume vip in the stationary phase into which protein can enter, the volume of the minimum functional unit reversible binding of the ligand to the filler. A third step of setting a coefficient ng and Kg or k meaning, a fourth step of setting the number m of layers of the minimum functional unit in the gel filtration column, and the gel filtration column in one calculation step The fifth step of setting the liquid amount dV to flow to the value less than the mobile phase volume v0u based on the mobile phase volume v0u, and the liquid amount Vs of the sample applied to the gel filtration column, m and the sixth step that is set based on the mobile phase volume v0u, and the total liquid volume Vmax applied to the gel filtration column is the number m of the stack, the mobile phase volume v0u, and the stationary phase into which the protein can enter And an eighth step for setting a total protein concentration P0 of the sample and a total ligand concentration C0 of the sample. A ninth step of setting a dissociation constant Kd for the binding reaction of the protein and the ligand, a total protein concentration Pt of the mobile phase, a total protein amount QP, a total ligand concentration Lt of the mobile phase, and a total The initial value of the ligand amount QL is set, and the first minimum functional unit is sequentially ordered from the first minimum functional unit while the sample continues to flow into the gel filtration column. ,
Total protein amount QP = QP (1) + P0 × dV−Pt (1) × dV
Total ligand amount QL = QL (1) + C0 × dV−Lt (1) × dV
Based on the relationship, the total protein amount QP and the total ligand amount QL of a new mobile phase are calculated, and after the flow of the sample into the gel filtration column is completed,
Total protein amount QP = QP (1) −Pt (1) × dV
Total ligand amount QL = QL (1) −Lt (1) × dV
Based on the relationship, the total protein amount QP and the total ligand amount QL of a new mobile phase are calculated, and the i-th (i is a natural number of 2 or more) th smallest functional unit is
Total protein amount QP = QP (i) + Pt (i−1) × dV−Pt (i) × dV
Total ligand amount QL = QL (i) + Lt (i−1) × dV−Lt (i) × dV
Based on the relationship, the total protein amount QP and the total ligand amount QL of the new mobile phase are calculated, and the total protein concentration of the new mobile phase is calculated for the first minimum functional unit and the i th minimum functional unit. Pt and the total ligand concentration Lt,

および and

に基づいて計算する第10のステップと、溶出容積、溶出液の総タンパク質濃度、溶出液の総リガンド濃度に基づいて、予測クロマトグラムを得る第11のステップと、を含むことを特徴とする。 And an eleventh step of obtaining a predicted chromatogram based on the elution volume, the total protein concentration of the eluate, and the total ligand concentration of the eluate.

また、本発明に係るクロマトグラムのシミュレーションシステムは、演算装置および記録部を備え、フロンタルゲルろ過法におけるクロマトグラムをシミュレーションするシステムであって、前記演算装置が、移動相および固定相を有するゲルろ過カラムの充填剤のサイズrgを設定する第1のステップと、前記ゲルろ過カラムの最小機能単位の容積vuを、前記充填剤の前記サイズrgに基づいて設定する第2のステップと、前記ゲルろ過カラムの分離特性である、移動相容積v0u、固定相容積viu、およびタンパク質が入り込める前記固定相中の容積vipを、前記最小機能単位の前記容積vuに基づいて設定し、且つ、リガンドの前記充填剤への可逆的な結合を意味する係数ngとKgまたはkを設定する第3のステップと、前記ゲルろ過カラムにおける前記最小機能単位の積層数mを設定する第4のステップと、1回の計算ステップにおいて前記ゲルろ過カラムに流す液量dVを、前記移動相容積v0uに基づいて、前記移動相容積v0u未満の値に設定する第5のステップと、前記ゲルろ過カラムに適用する試料の液量Vsを、前記積層数mおよび前記移動相容積v0uに基づいて設定する第6のステップと、前記ゲルろ過カラムに適用する総液量Vmaxを、前記積層数m、前記移動相容積v0u、および前記タンパク質が入り込める前記固定相中の前記容積vipに基づいて設定する第7のステップと、前記試料の総タンパク質濃度P0および前記試料の総リガンド濃度C0を設定する第8のステップと、前記タンパク質および前記リガンドの結合反応に対する解離定数Kdを設定する第9のステップと、前記移動相の総タンパク質濃度Pt、総タンパク質量QP、前記移動相の総リガンド濃度Lt、および総リガンド量QLの初期値を設定し、且つ、第1番目の前記最小機能単位から順番に、1番目の前記最小機能単位については、前記試料の前記ゲルろ過カラムへの流入が続いている間は、
総タンパク質量QP=QP(1)+P0×dV−Pt(1)×dV
総リガンド量QL =QL(1)+C0×dV−Lt(1)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、前記試料の前記ゲルろ過カラムへの流入が完了した後は、
総タンパク質量QP=QP(1)−Pt(1)×dV
総リガンド量QL =QL(1)−Lt(1)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、i(iは2以上の自然数)番目の前記最小機能単位については、
総タンパク質量QP=QP(i)+Pt(i−1)×dV−Pt(i)×dV
総リガンド量QL =QL(i)+Lt(i−1)×dV−Lt(i)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、1番目の前記最小機能単位およびi番目の前記最小機能単位について、新しい移動相の前記総タンパク質濃度Ptおよび前記総リガンド濃度Ltを、
A chromatogram simulation system according to the present invention includes a calculation device and a recording unit, and is a system for simulating a chromatogram in a frontal gel filtration method, wherein the calculation device has a mobile phase and a stationary phase. A first step of setting a column packing size rg; a second step of setting a minimum functional unit volume vu of the gel filtration column based on the size rg of the packing; and the gel filtration. The mobile phase volume v0u, the stationary phase volume viu, and the volume vip in the stationary phase into which the protein can enter are set based on the volume vu of the minimum functional unit, and the packing of the ligand. A third step of setting coefficients ng and Kg or k which mean reversible binding to the agent; A fourth step of setting the number m of layers of the minimum functional unit in the excess column, and a liquid volume dV to be passed through the gel filtration column in one calculation step based on the mobile phase volume v0u. a fifth step of setting the value to less than v0u, a sixth step of setting the liquid volume Vs of the sample applied to the gel filtration column based on the number of layers m and the mobile phase volume v0u, and the gel A seventh step of setting a total liquid volume Vmax to be applied to the filtration column based on the number of layers m, the mobile phase volume v0u, and the volume vip in the stationary phase into which the protein can enter; An eighth step of setting the protein concentration P0 and the total ligand concentration C0 of the sample; and a dissociation constant for the binding reaction of the protein and the ligand A ninth step of setting Kd, and setting initial values of total protein concentration Pt, total protein amount QP, total ligand concentration Lt, and total ligand amount QL of the mobile phase, and the first In order from the smallest functional unit, the first smallest functional unit, while the flow of the sample into the gel filtration column continues,
Total protein amount QP = QP (1) + P0 × dV−Pt (1) × dV
Total ligand amount QL = QL (1) + C0 × dV−Lt (1) × dV
Based on the relationship, the total protein amount QP and the total ligand amount QL of a new mobile phase are calculated, and after the flow of the sample into the gel filtration column is completed,
Total protein amount QP = QP (1) −Pt (1) × dV
Total ligand amount QL = QL (1) −Lt (1) × dV
Based on the relationship, the total protein amount QP and the total ligand amount QL of a new mobile phase are calculated, and the i-th (i is a natural number of 2 or more) th smallest functional unit is
Total protein amount QP = QP (i) + Pt (i−1) × dV−Pt (i) × dV
Total ligand amount QL = QL (i) + Lt (i−1) × dV−Lt (i) × dV
Based on the relationship, the total protein amount QP and the total ligand amount QL of the new mobile phase are calculated, and the total protein concentration of the new mobile phase is calculated for the first minimum functional unit and the i th minimum functional unit. Pt and the total ligand concentration Lt,

および and

に基づいて計算する第10のステップと、溶出容積、溶出液の全タンパク質濃度、溶出液の全リガンド濃度に基づいて、予測クロマトグラムを得る第11のステップと、を実行することを特徴とする。 And an eleventh step of obtaining a predicted chromatogram based on the elution volume, the total protein concentration of the eluate, and the total ligand concentration of the eluate. .

また、本発明に係るクロマトグラムのシミュレーションプログラムは、演算装置および記録部を備えるコンピュータにおいて、フロンタルゲルろ過法におけるクロマトグラムをシミュレーションするプログラムであって、前記コンピュータに、移動相および固定相を有するゲルろ過カラムの充填剤のサイズrgを設定する第1の機能と、前記ゲルろ過カラムの最小機能単位の容積vuを、前記充填剤の前記サイズrgに基づいて設定する第2の機能と、前記ゲルろ過カラムの分離特性である、移動相容積v0u、固定相容積viu、およびタンパク質が入り込める前記固定相中の容積vipを、前記最小機能単位の前記容積vuに基づいて設定し、且つ、リガンドの前記充填剤への可逆的な結合を意味する係数ngとKgまたはkを設定する第3の機能と、前記ゲルろ過カラムにおける前記最小機能単位の積層数mを設定する第4の機能と、1回の計算ステップにおいて前記ゲルろ過カラムに流す液量dVを、前記移動相容積v0uに基づいて、前記移動相容積v0u未満の値に設定する第5の機能と、前記ゲルろ過カラムに適用する試料の液量Vsを、前記積層数mおよび前記移動相容積v0uに基づいて設定する第6の機能と、前記ゲルろ過カラムに適用する総液量Vmaxを、前記積層数m、前記移動相容積v0u、および前記タンパク質が入り込める前記固定相中の前記容積vipに基づいて設定する第7の機能と、前記試料の総タンパク質濃度P0および前記試料の総リガンド濃度C0を設定する第8の機能と、前記タンパク質および前記リガンドの結合反応に対する解離定数Kdを設定する第9の機能と、前記移動相の総タンパク質濃度Pt、総タンパク質量QP、前記移動相の総リガンド濃度Lt、および総リガンド量QLの初期値を設定し、且つ、第1番目の前記最小機能単位から順番に、1番目の前記最小機能単位については、前記試料の前記ゲルろ過カラムへの流入が続いている間は、
総タンパク質量QP=QP(1)+P0×dV−Pt(1)×dV
総リガンド量QL =QL(1)+C0×dV−Lt(1)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、前記試料の前記ゲルろ過カラムへの流入が完了した後は、
総タンパク質量QP=QP(1)−Pt(1)×dV
総リガンド量QL =QL(1)−Lt(1)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、i(iは2以上の自然数)番目の前記最小機能単位については、
総タンパク質量QP=QP(i)+Pt(i−1)×dV−Pt(i)×dV
総リガンド量QL =QL(i)+Lt(i−1)×dV−Lt(i)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、1番目の前記最小機能単位およびi番目の前記最小機能単位について、新しい移動相の前記総タンパク質濃度Ptおよび前記総リガンド濃度Ltを、
Further, a chromatogram simulation program according to the present invention is a program for simulating a chromatogram in a frontal gel filtration method in a computer including an arithmetic device and a recording unit, and the computer has a mobile phase and a stationary phase. A first function for setting the size rg of the filler of the filtration column, a second function for setting the volume vu of the minimum functional unit of the gel filtration column based on the size rg of the filler, and the gel The mobile column volume v0u, the stationary phase volume viu, and the volume vip in the stationary phase into which the protein can enter, which are separation characteristics of the filtration column, are set based on the volume vu of the smallest functional unit, and the ligand A third that sets the coefficients ng and Kg or k, which means reversible binding to the filler A function, a fourth function for setting the number m of the minimum functional units in the gel filtration column, and a liquid amount dV to be passed through the gel filtration column in one calculation step based on the mobile phase volume v0u. , A fifth function for setting a value less than the mobile phase volume v0u, and a sixth function for setting the liquid volume Vs of the sample applied to the gel filtration column based on the number m of layers and the mobile phase volume v0u. And a seventh function for setting the total liquid volume Vmax applied to the gel filtration column based on the number m of the layers, the mobile phase volume v0u, and the volume vip in the stationary phase into which the protein can enter. An eighth function for setting the total protein concentration P0 of the sample and the total ligand concentration C0 of the sample, and a dissociation constant for the binding reaction of the protein and the ligand a ninth function for setting d, and initial values of the total protein concentration Pt, total protein amount QP, total ligand concentration Lt, and total ligand amount QL of the mobile phase, and the first In order from the smallest functional unit, the first smallest functional unit, while the flow of the sample into the gel filtration column continues,
Total protein amount QP = QP (1) + P0 × dV−Pt (1) × dV
Total ligand amount QL = QL (1) + C0 × dV−Lt (1) × dV
Based on the relationship, the total protein amount QP and the total ligand amount QL of a new mobile phase are calculated, and after the flow of the sample into the gel filtration column is completed,
Total protein amount QP = QP (1) −Pt (1) × dV
Total ligand amount QL = QL (1) −Lt (1) × dV
Based on the relationship, the total protein amount QP and the total ligand amount QL of a new mobile phase are calculated, and the i-th (i is a natural number of 2 or more) th smallest functional unit is
Total protein amount QP = QP (i) + Pt (i−1) × dV−Pt (i) × dV
Total ligand amount QL = QL (i) + Lt (i−1) × dV−Lt (i) × dV
Based on the relationship, the total protein amount QP and the total ligand amount QL of the new mobile phase are calculated, and the total protein concentration of the new mobile phase is calculated for the first minimum functional unit and the i th minimum functional unit. Pt and the total ligand concentration Lt,

および and

に基づいて計算する第10の機能と、溶出容積、溶出液の総タンパク質濃度、溶出液の総リガンド濃度に基づいて、予測クロマトグラムを得る第11の機能と、を実現させることを特徴とする。 And an eleventh function for obtaining a predicted chromatogram based on the elution volume, the total protein concentration of the eluate, and the total ligand concentration of the eluate. .

また、本発明に係るゲルろ過カラムの設計方法は、ゲルろ過カラムの設計パラメータと分析条件とを求める方法であって、ゲルろ過カラムの設計パラメータおよび分析条件を入力値として、結合反応系のモデルに基づいてクロマトグラムのシミュレーションを行い、前記分析条件または前記モデルのいずれかを変えて前記クロマトグラムのシミュレーションを繰り返し行うことで、前記ゲルろ過カラムの前記設計パラメータの最適な値を求め、前記設計パラメータが、前記ゲルろ過カラムの充填剤のサイズと、前記ゲルろ過カラムの最小機能単位の容積と、前記最小機能単位の分離特性と、前記最小機能単位の積層数とを含み、前記分析パラメータが、1回の計算ステップにおいて前記ゲルろ過カラムに流す液量と、前記ゲルろ過カラムに適用する試料の液量と、前記ゲルろ過カラムに適用する総液量とを含み、前記モデルが、前記試料の総タンパク質濃度および前記試料の総リガンド濃度と、タンパク質およびリガンドの結合反応に対する解離定数と、前記リガンドおよび前記充填剤の相互作用とに基づくことを特徴とする。   The gel filtration column design method according to the present invention is a method for obtaining the design parameters and analysis conditions of the gel filtration column, and using the design parameters and analysis conditions of the gel filtration column as input values, the model of the binding reaction system The chromatogram simulation is performed based on the analysis conditions, and the analysis parameters or the model is changed, and the chromatogram simulation is repeatedly performed to obtain the optimum value of the design parameter of the gel filtration column. The parameters include the size of the packing material of the gel filtration column, the volume of the minimum functional unit of the gel filtration column, the separation characteristics of the minimum functional unit, and the number of layers of the minimum functional unit, and the analysis parameter The amount of liquid to be passed through the gel filtration column in one calculation step and suitable for the gel filtration column And a total liquid amount to be applied to the gel filtration column, wherein the model includes a total protein concentration of the sample and a total ligand concentration of the sample, and a dissociation constant for a protein-ligand binding reaction. , Based on the interaction of the ligand and the filler.

また、本発明に係るゲルろ過カラムの評価方法は、本発明に係るクロマトグラムのシミュレーション方法、システムおよびプログラム、のいずれかにより得た設計パラメータに基づいて作製したゲルろ過カラムを評価する方法であって、リガンドのみを含む第1の試料の第1のクロマトグラムを測定する第1のステップと、タンパク質のみを含む第2の試料の第2のクロマトグラムを測定する第2のステップと、前記ゲルろ過カラムの容積に占める移動相の比率と固定相の比率とを計算する第3のステップと、前記タンパク質および前記リガンドの混合液の第3のクロマトグラムを測定する第4のステップと、前記第2のクロマトグラムおよび前記第3のクロマトグラムの間の前記タンパク質の溶出パターンと、前記第3のクロマトグラムから前記第1のクロマトグラムを引き算した差クロマトグラムとに基づいて、前記設計パラメータの妥当性を判断する第5のステップと、を含むことを特徴とする。   The gel filtration column evaluation method according to the present invention is a method for evaluating a gel filtration column produced based on the design parameter obtained by any one of the chromatogram simulation method, system and program according to the present invention. A first step of measuring a first chromatogram of a first sample containing only the ligand, a second step of measuring a second chromatogram of a second sample containing only the protein, and the gel A third step of calculating a mobile phase ratio and a stationary phase ratio occupying the volume of the filtration column; a fourth step of measuring a third chromatogram of a mixture of the protein and the ligand; The elution pattern of the protein between the second chromatogram and the third chromatogram, and the third chromatogram Based on the difference chromatogram obtained by subtracting the first chromatogram, characterized in that it comprises a and a fifth step of determining the validity of the design parameters.

本発明のクロマトグラムシミュレーション方法、システム、またはプログラムによると、シミュレーションモデルに基づいて予測されたクロマトグラムを得ることができる。また、カラムサイズ、流速、及び最低必要試料量を得ることができ、ミクロフロンタルゲルろ過法の分析カラム設計と分析装置の設計と実験条件の最適化とが可能になる。   According to the chromatogram simulation method, system, or program of the present invention, a chromatogram predicted based on a simulation model can be obtained. In addition, the column size, flow rate, and minimum required sample amount can be obtained, and analysis column design of the microfrontal gel filtration method, analysis device design, and experimental conditions can be optimized.

すなわち、既に実現されているよりもさらに微量試料でのFGCが、既に市販されている充填剤を用いても実現できる可能性を示すことができ、タンパク質−タンパク相互作用を含むFGCの適用対象を拡大するために必要な充填剤の開発目標を、定量的に指示することができる。   That is, it is possible to show that FGC in a trace amount sample can be realized even by using a commercially available filler, and the application target of FGC including protein-protein interaction can be shown. The development goals of the filler needed to expand can be indicated quantitatively.

また、本発明のゲルろ過カラムの評価方法によると、本発明のクロマトグラムシミュレーション方法、システム、またはプログラムにより得た設計パラメータに基づいて作製したゲルろ過カラムを評価することができる。   Moreover, according to the gel filtration column evaluation method of the present invention, it is possible to evaluate the gel filtration column produced based on the design parameters obtained by the chromatogram simulation method, system or program of the present invention.

典型的なmFGCのクロマトグラムを示す図である。FIG. 2 shows a typical mFGC chromatogram. 本発明の実施の形態に係るクロマトグラムシミュレーション方法において用いるカラムの最小機能単位を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the minimum functional unit of the column used in the chromatogram simulation method which concerns on embodiment of this invention. カラムの最小機能単位間でのタンパク質およびリガンドの移動モデルを示す図である。It is a figure which shows the movement model of the protein and ligand between the minimum functional units of a column. カラムの最小機能単位間でのタンパク質およびリガンドの移動モデルを示す図である。It is a figure which shows the movement model of the protein and ligand between the minimum functional units of a column. カラムの最小機能単位間でのタンパク質およびリガンドの移動モデルを示す図である。It is a figure which shows the movement model of the protein and ligand between the minimum functional units of a column. 本発明の実施形態に係るクロマトグラムシミュレーション方法を行うコンピュータ・システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the computer system which performs the chromatogram simulation method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るクロマトグラムシミュレーション方法を用いてカラムの設計パラメータと分析情報とを求める方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method of calculating | requiring a column design parameter and analysis information using the chromatogram simulation method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るクロマトグラムシミュレーション方法の処理順序を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing order of the chromatogram simulation method which concerns on embodiment of this invention. ミクロフロンタルゲルろ過法を行う装置構成の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the apparatus structure which performs a microfrontal gel filtration method. 本発明の実施形態に係るクロマトグラムシミュレーションにより予想したクロマトグラムの一例である。It is an example of the chromatogram estimated by the chromatogram simulation which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るクロマトグラムシミュレーションにより予想したクロマトグラムの一例である。It is an example of the chromatogram estimated by the chromatogram simulation which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係るクロマトグラムシミュレーション方法に関して、まず(I)において、シミュレーションにおける数学的な関係を説明する。次に(II)において、フローチャートを参照して、シミュレーション方法の処理内容を説明する。その後(III)において、当該クロマトグラムシミュレーション方法により求めたカラムの設計パラメータに基づいて作製したカラムを、実際の試料を用いて評価する方法について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Regarding the chromatogram simulation method according to the embodiment of the present invention, first, in (I), a mathematical relationship in the simulation will be described. Next, in (II), the processing content of the simulation method will be described with reference to a flowchart. Then, in (III), a method for evaluating a column produced based on the column design parameters obtained by the chromatogram simulation method using an actual sample will be described.

(I)シミュレーションにおける数学的な関係
図2〜図5は、本発明の実施の形態に係るクロマトグラムシミュレーション方法において用いる、カラムの最小機能単位(Minimum Functional Unit:MFU)の概念を説明するための図である。
(I) Mathematical Relationship in Simulation FIGS. 2 to 5 are used to explain the concept of the minimum functional unit (MFU) of a column used in the chromatogram simulation method according to the embodiment of the present invention. FIG.

図2に、カラムの最小機能単位の内容を示す。図2中、総容積をvu、移動相容積をv0u、固定相容積をviu、固定相中のタンパク質が入り込める容積をvipで示すと、1で示す領域が、遊離型タンパク質、遊離型リガンド、タンパク質−リガンド複合体(結合型リガンド)のすべてが存在する容積v00(=v0u+vip)であり、2で示す領域が、遊離型リガンドのみが存在する容積である。   FIG. 2 shows the contents of the minimum functional unit of the column. In FIG. 2, when the total volume is vu, the mobile phase volume is v0u, the stationary phase volume is viu, and the volume in which the protein in the stationary phase can enter is vip, the regions indicated by 1 are free protein, free ligand, protein -The volume v00 (= v0u + vip) in which all of the ligand complex (bound ligand) is present, and the region indicated by 2 is the volume in which only the free ligand is present.

MFUからMFUへのタンパク質やリガンドの移動は、移動相の移動に伴ってのみ起こる。次に、この移動を記述するための基本変数とその変数間の関係について説明する。   The transfer of proteins and ligands from MFU to MFU occurs only with the movement of the mobile phase. Next, the basic variable for describing this movement and the relationship between the variables will be described.

(1)MFU間でのタンパク質およびリガンドの移動モデル
本発明の実施の形態に係るクロマトグラムシミュレーション方法では、溶出が容積dVだけ進む際の、MFU間でのタンパク質およびリガンドの移動モデルを導入する。
(1) Protein and ligand movement model between MFUs
In the chromatogram simulation method according to the embodiment of the present invention, a migration model of proteins and ligands between MFUs when elution proceeds by a volume dV is introduced.

(1.1)i番目の(i≧2)MFUについて
i番目のMFUについては、図3に示す関係が成立する。図3中、QP(i)は、i番目のMFUに存在する総タンパク質の量(pmol)であり、QL(i)は、i番目のMFUに存在する総リガンドの量(pmol)であり、Pt(i)は、i番目のMFUの移動相中の総タンパク質濃度(μmol/L)であり、Lt(i)は、i番目のMFUの移動相中の総リガンド濃度(μmol/L)である。
(1.1) i-th (i ≧ 2) For i-th MFU, the relationship shown in FIG. 3 is established. In FIG. 3, QP (i) is the amount (pmol) of total protein present in the i-th MFU, QL (i) is the amount (pmol) of total ligand present in the i-th MFU, Pt (i) is the total protein concentration (μmol / L) in the mobile phase of the i-th MFU, and Lt (i) is the total ligand concentration (μmol / L) in the mobile phase of the i-th MFU. is there.

容積dVだけ溶出が進むと、i番目のMFUには、(i−1)番目のMFUからPt(i−1)×dV pmolのタンパク質と、Lt(i−1)×dv pmolのリガンドとが流入する。一方、i番目のMFUからは、Pt(i)×dV pmolのタンパク質とLt(i)×dV pmolのリガンドとが流出する。その結果、i番目のMFUに存在する全タンパク質と全リガンドの量は以下のようになる。   When elution progresses by the volume dV, the i-th MFU has a protein of Pt (i-1) × dV pmol and a ligand of Lt (i-1) × dv pmol from the (i-1) -th MFU. Inflow. On the other hand, from the i-th MFU, a protein of Pt (i) × dV pmol and a ligand of Lt (i) × dV pmol flow out. As a result, the amount of total protein and total ligand present in the i-th MFU is as follows.

総タンパク質量 = QP(i) + Pt(i−1)×dV − Pt(i)×dV
総リガンド量 = QL(i) + Lt(i−1)×dV − Lt(i)×dV
Total protein amount = QP (i) + Pt (i−1) × dV−Pt (i) × dV
Total ligand amount = QL (i) + Lt (i−1) × dV−Lt (i) × dV

(1.2)カラムの入り口にある最初のMFU(第1番目のMFU)について
カラムへの試料の流入が続いている間は、図4に示す関係が成立する。カラムへの試料の注入が完了し、緩衝液による送液に変わった後では、図5に示す関係が成立する。
(1.2) While the sample flows into the column for the first MFU (first MFU) at the column entrance, the relationship shown in FIG. 4 is established. After the injection of the sample into the column is completed and the solution is changed to liquid delivery using a buffer solution, the relationship shown in FIG.

図4および図5中、QP(1)は、1番目のMFUに存在する総タンパク質の量(pmol)であり、QL(1)は、1番目のMFUに存在する総リガンドの量(pmol)であり、Pt(2)は、2番目のMFUの移動相中の総タンパク質濃度(μmol/L)であり、Lt(2)は、2番目のMFUの移動相中の総リガンド濃度(μmol/L)である。ここで、P0は、試料の総タンパク質濃度(μmol/L)であり、C0は、試料の総リガンド濃度(μmol/L)である。   4 and 5, QP (1) is the amount of total protein (pmol) present in the first MFU, and QL (1) is the amount of total ligand (pmol) present in the first MFU. Pt (2) is the total protein concentration (μmol / L) in the mobile phase of the second MFU, and Lt (2) is the total ligand concentration (μmol / L) in the mobile phase of the second MFU. L). Here, P0 is the total protein concentration (μmol / L) of the sample, and C0 is the total ligand concentration (μmol / L) of the sample.

図4を参照して、dVだけ溶出が進むと、1番目のMFUには、試料液からP0×dV pmolのタンパク質と、L0×dv pmolのリガンドとが流入する。一方、1番目のMFUからは、Pt(1)×dV pmolのタンパク質とLt(1)×dV pmolのリガンドとが流出する。その結果、1番目のMFUに存在する総タンパク質と総リガンドの量は次のようになる。   Referring to FIG. 4, when elution progresses by dV, P0 × dV pmol protein and L0 × dv pmol ligand flow into the first MFU from the sample solution. On the other hand, Pt (1) × dV pmol protein and Lt (1) × dV pmol ligand flow out from the first MFU. As a result, the amount of total protein and total ligand present in the first MFU is as follows.

総タンパク質量 = QP(1) + P0×dV − Pt(1)×dV
総リガンド量 = QL(1) + C0×dV − Lt(1)×dV
図5を参照して、dV溶出が進むと、1番目のMFUには、もはやタンパク質もリガンドも流入しない。一方、1番目のMFUからは、Pt(1)×dV pmolのタンパク質とLt(1)×dV pmolのリガンドとが流出する。その結果、1番目のMFUに存在する総タンパク質と総リガンドの量は次のようになる。
Total protein amount = QP (1) + P0 × dV−Pt (1) × dV
Total ligand amount = QL (1) + C0 × dV−Lt (1) × dV
Referring to FIG. 5, as dV elution progresses, the protein and ligand no longer flow into the first MFU. On the other hand, Pt (1) × dV pmol protein and Lt (1) × dV pmol ligand flow out from the first MFU. As a result, the amount of total protein and total ligand present in the first MFU is as follows.

総タンパク質量 = QP(1) − Pt(1)×dV
総リガンド量 = QL(1) − Lt(1)×dV
以上、図2〜図5を参照して説明したように、容積dVだけさらに溶出が進んだ後の、各MFUに存在するタンパク質の総量とリガンドの総量とを計算するには、
・各MFUに存在するタンパク質の総量QP(i)
・各MFUに存在するリガンドの総量QL(i)
・各MFUの移動相の総タンパク質濃度Pt(i)
・各MFUの移動相の総リガンド濃度Lt(i)
が予め分かっていれば良いことがわかる。
Total protein amount = QP (1) −Pt (1) × dV
Total ligand amount = QL (1) −Lt (1) × dV
As described above with reference to FIGS. 2 to 5, to calculate the total amount of protein and the total amount of ligand present in each MFU after elution further proceeds by the volume dV,
-Total amount of protein QP (i) present in each MFU
-Total amount of ligands QL (i) present in each MFU
-Total protein concentration of mobile phase of each MFU Pt (i)
-Total ligand concentration Lt (i) of mobile phase of each MFU
It is understood that it is sufficient to know in advance.

(2)MFUの移動相の総タンパク質濃度Ptおよび総リガンド濃度Ltの計算
MFUに存在するタンパク質の総量QPとリガンドの総量QLとが分かると、そのMFUの移動相の総タンパク質濃度Ptと総リガンド濃度Ltとを計算できる。なお、以下では、あらゆる種類の結合反応系を取り扱えるように、タンパク質とリガンドとの結合反応について、最も一般的な反応式で考えることにする。
(2) Calculation of Total Protein Concentration Pt and Total Ligand Concentration Lt of MFU Mobile Phase Once the total amount of protein QP and total amount QL of ligand present in MFU are known, the total protein concentration Pt and total ligand of the MFU mobile phase The concentration Lt can be calculated. In the following, the binding reaction between a protein and a ligand will be considered with the most general reaction equation so that all types of binding reaction systems can be handled.

・タンパク質にはリガンドに対するn個の結合部位があるものとする。すなわち、1分子のタンパク質に最大n個までのリガンド分子が結合できるとする。結合部位の間に協同性がある場合も含まれる以下の形式0aで、この多重結合系を表現する。   • The protein has n binding sites for the ligand. That is, it is assumed that up to n ligand molecules can bind to one molecule of protein. This multiple bond system is expressed by the following format 0a, which includes the case where there is cooperativity between the binding sites.

以上の式で、Kはi番目の結合反応の平衡定数で、イタリックで書いた文字は対応する成分のモル濃度(単位はμmol/Lとする)を表す。 In the above equation, K i is the equilibrium constant of the i-th binding reaction, and the letters written in italics represent the molar concentration of the corresponding component (unit is μmol / L).

・この結合平衡系において、タンパク質の総濃度Ptと遊離型タンパク質濃度Pおよび遊離型リガンド濃度Lとの間には以下の関係式が成立する。   In this binding equilibrium system, the following relational expression holds between the total protein concentration Pt and the free protein concentration P and free ligand concentration L.

また、リガンド総濃度LtとPtとLとの間には以下の関係式が成立する。 Further, the following relational expression holds between the total ligand concentrations Lt, Pt, and L.

・MFUにおいて、タンパク質は移動相(容積v0u)と固定相内の入り込める領域(容積vip)に、リガンドの結合状態に関係なく、自由に分布できると考えているので、この両者を合わせた容積(v0u+vip)の領域で、タンパク質の総濃度Ptは一定である。従って、MFUのタンパク質の総量QPとPtとの間には以下の関係が成立する。   -In MFU, protein is considered to be freely distributed in the mobile phase (volume v0u) and the region (volume vip) that can enter the stationary phase regardless of the binding state of the ligand. In the region of v0u + vip), the total protein concentration Pt is constant. Therefore, the following relationship is established between the total amount QP of the MFU protein and Pt.

この式から、QPからPtが簡単に求められる。 From this equation, Pt can be easily obtained from QP.

・本実施の形態に係るシミュレーションでは、リガンドと充填剤自体との可逆的な吸着を次のように考えて取り扱う。すなわち、MFUの充填剤は合計nピコモル(pmo)lのリガンド結合部位を持ち、これらの部位は互いに独立でかつ等価であると考える。この時、遊離型リガンド濃度Lと充填剤に結合したリガンド量Lbg(単位はpmol)との間には次の関係式が成立する。 In the simulation according to the present embodiment, reversible adsorption between the ligand and the filler itself is considered as follows. That is, the MFU filler has a total of ng picomoles (pmo) l of ligand binding sites, which are considered to be independent and equivalent to each other. At this time, the following relational expression holds between the free ligand concentration L and the amount of ligand L bg (unit: pmol) bound to the filler.

ここでKは充填剤の各結合部位への結合反応に対する解離定数(単位はμmol/L)である。 Here, K g is a dissociation constant (unit: μmol / L) for the binding reaction of the filler to each binding site.

・MFUにおいて、リガンドは、移動相(容積v0u)とタンパク質が入り込める固定相内の領域(容積vip)においては、あらゆる結合状態で存在でき、固定相内のタンパク質が入り込めない領域(容積はviu−vip)では遊離型でのみ存在する。従って、MFUの総リガンド量は、充填剤に結合しているもの加えることで、以下の式で与えられる。   In MFU, the ligand can exist in any binding state in the mobile phase (volume v0u) and the region in the stationary phase where the protein can enter (volume vip), and the region in which the protein in the stationary phase cannot enter (volume is viu) -Vip) exists only in the free form. Thus, the total ligand amount of MFU is given by the following equation by adding what is bound to the filler.

この式に、先ほど導いた式3aを代入すると、次の式が得られる。 Substituting the previously derived equation 3a into this equation yields the following equation:

式7aはLの多次元方程式である。 Equation 7a is a multidimensional equation for L.

式4aと式7aを用いることで、MFUの総タンパク質量QPと総リガンド数QLとから、MFUの移動相の総タンパク質濃度Ptと総リガンド濃度Ltとを計算できる。式7aは通常の多次元方程式の解法(ニュートン法など)を用いて解くことができる。   By using Equation 4a and Equation 7a, the total protein concentration Pt and the total ligand concentration Lt of the mobile phase of MFU can be calculated from the total protein amount QP of MFU and the total number of ligands QL. Equation 7a can be solved using a normal multidimensional equation solving method (such as Newton's method).

・最も単純な結合反応、1:1の結合反応で、しかも、リガンドと充填剤との相互作用が比較的弱く、式5aでK≫Lと考えていい場合には、式7aは、非常に簡単な以下の式になる。 -In the simplest binding reaction, 1: 1 binding reaction, and when the interaction between the ligand and the filler is relatively weak and it can be considered that K g >> L in Formula 5a, Formula 7a is very It becomes the following simple formula.

ここで、k=n/K。方程式9aはLの2次方程式なので、簡単に解くことができる。後述する(II)シミュレーション方法の処理内容、および実施例に添付するプログラムの一例では、この一番簡単な系を扱っている。 Here, k = n g / K g . Since equation 9a is a quadratic equation of L, it can be easily solved. The simplest system is used in the processing contents of (II) simulation method described later and an example of a program attached to the embodiment.

以上説明した(1)の移動モデルおよび(2)の計算に基づいて、本発明の実施の形態に係るクロマトグラムシミュレーション方法では、次の特徴1)〜特徴5)に示す事項をシミュレーションに導入している。   Based on the movement model of (1) and the calculation of (2) described above, in the chromatogram simulation method according to the embodiment of the present invention, the following items 1) to 5) are introduced into the simulation. ing.

特徴1) カラムの最小機能単位(MFU)の概念の導入。
・実際の充填剤の直径を基に、充填剤をカラムに均一に充填可能な最小の厚さとして充填剤粒子の直径の50倍を想定する(実際にはカラムの充填技術によってこの厚みは決まる)。
・最小機能単位には少なくとも数万個以上のゲル粒子が収まるようにし、通常のキャピラリーHPLC装置の流路容積を考慮して、MFUの移動相容積が数十ナノリットル以上となるようにMFUの直径(=カラムの内径)を設定する。
Feature 1) Introduction of the concept of minimum functional unit (MFU) of a column.
• Based on the actual packing diameter, assume 50 times the diameter of the packing particles as the minimum thickness that can be packed uniformly into the column (actually this thickness is determined by the packing technique of the column) ).
-At least tens of thousands of gel particles are accommodated in the minimum functional unit, and considering the flow path volume of a normal capillary HPLC device, the MFU mobile phase volume is several tens of nanoliters or more. Set the diameter (= inner diameter of the column).

特徴2) カラムは直列した最小機能単位で構成され、ひとつのMFUから隣のMFUへの物質の移動はMFUの移動相溶液の移動のみで起こる。
・カラムは少なくとも200以上のMFUが直列していると想定。
・FGCではクロマトグラムの立ち上がりや下がりの形そのものは問題にせず、台形部分を用いる。この領域では各物質の濃度は一定であるので、軸方向への濃度勾配による物質の拡散を無視できる。
Feature 2) The column is composed of the smallest functional units in series, and the transfer of substances from one MFU to the next MFU occurs only by the transfer of the mobile phase solution of MFU.
・ Assuming that the column has at least 200 MFUs in series.
・ In FGC, the rise and fall of the chromatogram itself is not a problem, and a trapezoidal part is used. In this region, since the concentration of each substance is constant, the diffusion of the substance due to the concentration gradient in the axial direction can be ignored.

特徴3) 計算の上の1単位時間(デフォルトでは2秒)の溶出液量を最小機能単位の移動相の容積を基準に設定。
・最小機能単位の移動相の容積以下であればよく、デフォルトではその80%に設定
Characteristic 3) The amount of eluate for 1 unit time (2 seconds by default) is calculated based on the mobile phase volume of the minimum functional unit.
・ It may be less than the volume of the mobile phase of the minimum functional unit, and the default is set to 80%

特徴4) 充填剤と低分子リガンドとの間に可逆的な吸着が存在する場合も取り扱えるように設定している。   Characteristic 4) It is set so that it can handle the case where reversible adsorption exists between the filler and the low molecular ligand.

特徴5) タンパク質が固定相の一部に浸透できる場合も取り扱えるように設定している。
・例えば血清アルブミンはSuperdex Peptideでは移動相のみに局在するが、TSKgel SuperSW2000では固定相の約30%に浸透できる。
Characteristic 5) It is set so that it can be handled even when the protein can penetrate a part of the stationary phase.
For example, serum albumin is localized only in the mobile phase in Superdex Peptide, but can penetrate about 30% of the stationary phase in TSKgel SuperSW2000.

(II)シミュレーション方法の処理内容
図6は、本発明の実施形態に係るクロマトグラムシミュレーション方法を行うコンピュータ・システムの概略構成を示すブロック図である。実施形態に係るクロマトグラムシミュレーション方法を行うコンピュータ・システム1(以下、単に、コンピュータ1とも記す)は、後述するデータの演算を行うCPU10と、演算の作業領域に使用するメモリ11と、演算データを記録する記録部12と、各部の間でデータを伝送するバス13と、外部機器とのデータの入出力を行うインタフェース部14(以下、I/F部と記す)とを備えている。なお、図6では記載を省略しているが、コンピュータが通常備えている操作手段(キーボード等)や表示手段(ディスプレイ等)も備えている。
(II) Processing Contents of Simulation Method FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a computer system that performs the chromatogram simulation method according to the embodiment of the present invention. A computer system 1 (hereinafter also simply referred to as a computer 1) that performs a chromatogram simulation method according to the embodiment includes a CPU 10 that performs calculation of data to be described later, a memory 11 that is used in a calculation work area, and calculation data. A recording unit 12 for recording, a bus 13 for transmitting data between the units, and an interface unit 14 (hereinafter referred to as an I / F unit) for inputting / outputting data to / from an external device are provided. Although omitted from FIG. 6, the computer is also provided with operation means (keyboard or the like) or display means (display or the like) normally provided in the computer.

以下の説明においては、特に断らない限り、コンピュータ1が行うクロマトグラムシミュレーション方法として説明する。また、コンピュータ1が行う処理は、実際にはコンピュータ1のCPU10が行う処理を意味する。CPU10はメモリ11を作業領域として必要なデータ(処理途中の中間データ等)を一時記憶し、記録部12に演算結果等の長期保存するデータを適宜記録する。また、コンピュータ1は、以下で説明するステップS1〜S11の処理を行うために使用するプログラムを、例えば実行形式(例えば、C言語等のプログラミング言語からコンパイラにより変換されて生成される)で記録部12に予め記録しており、コンピュータ1は、記録部12に記録したプログラムを使用して処理を行う。   In the following description, it will be described as a chromatogram simulation method performed by the computer 1 unless otherwise specified. Further, the processing performed by the computer 1 actually means processing performed by the CPU 10 of the computer 1. The CPU 10 temporarily stores necessary data (intermediate data during processing, etc.) using the memory 11 as a work area, and appropriately records data to be stored for a long time such as calculation results in the recording unit 12. In addition, the computer 1 records a program used for performing the processes of steps S1 to S11 described below in an execution format (for example, generated by being converted from a programming language such as C language by a compiler). 12 is recorded in advance, and the computer 1 performs processing using the program recorded in the recording unit 12.

本発明の実施形態に係るクロマトグラムシミュレーション方法において使用する入力パラメータは次の通りである。   The input parameters used in the chromatogram simulation method according to the embodiment of the present invention are as follows.

・使用する充填剤粒子の直径rg
・総カラム容積に占める移動相の容積(充填剤の外の容積)の比率rout
・総カラム容積に占める固定相の容積(充填剤の細孔の容積)の比率rin
・総固定相容積に占める分析対象タンパク質が浸透可能な領域の比率rip
これら4つのパラメータが、ゲルろ過カラム自体の基本パラメータである。それ以外は、分析するタンパク質の大きさ、分析するリガンドと充填剤との吸着相互作用の程度で決まるので、以下で説明するシミュレーションでは、図7に示すように、これらのパラメータをいろいろに変えて調べる。また、試料の添加量や総溶出量などもデフォルト値から自由に変えてクロマトパタンを調べる。インタラクティブにシミュレーションできることが重要である。
-Diameter rg of filler particles used
The ratio rout of the mobile phase volume (volume outside the packing material) to the total column volume
The ratio rin of the volume of the stationary phase (volume of pores of the filler) in the total column volume
The ratio of the area where the protein to be analyzed can penetrate to the total stationary phase volume rip
These four parameters are the basic parameters of the gel filtration column itself. Other than that, it is determined by the size of the protein to be analyzed and the degree of adsorption interaction between the ligand to be analyzed and the packing material. Therefore, in the simulation described below, these parameters are changed variously as shown in FIG. Investigate. In addition, the chromatographic pattern is examined by changing the sample addition amount and the total elution amount freely from the default values. It is important to be able to simulate interactively.

上記した4つの入力パラメータのうち、充填剤粒子の直径rgについては、市販のゲルろ過用充填剤については添付されているデータシートの値を使用することができる。移動相の容積の比率rout、固定相の容積の比率rin、および分析対象タンパク質が浸透可能な領域の比率ripについては、市販のカラムに添付される標準タンパク質の分析データから予め読み取って、使用することができる。   Of the four input parameters described above, for the diameter rg of the filler particles, the values in the attached data sheet can be used for the commercially available filler for gel filtration. The mobile phase volume ratio rout, the stationary phase volume ratio rin, and the ratio rip of the region into which the protein to be analyzed can permeate are read from the standard protein analysis data attached to a commercially available column and used. be able to.

また、本発明の実施形態に係るクロマトグラムシミュレーション方法により得られる出力パラメータは次の通りである。   The output parameters obtained by the chromatogram simulation method according to the embodiment of the present invention are as follows.

・カラムサイズ
・流速
・最低必要試料量
・予測クロマトグラム
図8は、本発明の実施の形態に係るクロマトグラムシミュレーション方法の処理を示すフローチャートである。以下、本発明の実施の形態に係るクロマトグラムシミュレーション方法の処理の構成について、図8に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。
Column size Flow rate Minimum required sample amount Predicted chromatogram FIG. 8 is a flowchart showing processing of a chromatogram simulation method according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the processing configuration of the chromatogram simulation method according to the embodiment of the present invention will be described in detail based on the flowchart shown in FIG.

ステップS1において、充填材の直径を設定する。充填剤の直径rg[単位:mm]は、市販のゲルろ過用充填剤に添付されているデータシートに記入されている値を使用する。コンピュータ1は、入力された充填剤の直径rgを記録する。コンピュータ1への値の入力は、例えばオペレータが操作手段を用いて入力する。或いは、操作手段を用いない例として、例えば、コンピュータ1が、入力値が記録されたデータファイルを予め記録部12に記録しておき、各ステップの処理において、コンピュータ1が、データファイルに記録した入力値を記録部12から適宜読み込んで使用してもよい。   In step S1, the diameter of the filler is set. As the diameter rg [unit: mm] of the filler, the value written in the data sheet attached to the commercially available filler for gel filtration is used. The computer 1 records the input filler diameter rg. For example, an operator inputs values using the operation means. Alternatively, as an example in which no operation means is used, for example, the computer 1 records a data file in which input values are recorded in the recording unit 12 in advance, and the computer 1 records the data file in the data file in the processing of each step. The input value may be appropriately read from the recording unit 12 and used.

ステップS2において、最小機能単位(MFU)の容積を設定する。MFUのサイズとして直径をru[単位:mm]、長さをlu[単位:mm]とすると、コンピュータ1は、例えばデフォルト値として、直径ru=50rg、長さlu=50rgを記録する。このデフォルト値は、上記した特徴1)に基づく。使用するカラムの内径や長さがあらかじめ決まっている場合はそれらの値を入力する。そして、コンピュータ1は、MFUの容積vu[単位:μL]を計算して記録する。容積vuは、例えばvu=π・ru・ru・lu/4から求める。   In step S2, the minimum functional unit (MFU) volume is set. Assuming that the diameter is ru [unit: mm] and the length is lu [unit: mm] as the size of the MFU, the computer 1 records, for example, a diameter ru = 50 rg and a length lu = 50 rg as default values. This default value is based on the above feature 1). If the inner diameter and length of the column to be used are predetermined, enter those values. Then, the computer 1 calculates and records the volume vu [unit: μL] of the MFU. The volume vu is obtained from, for example, vu = π · ru · ru · lu / 4.

ステップS3において、MFUの分離特性を設定する。移動相容積をv0u[単位:μL]、固定相容積をviu[単位:μL]、固定相中のタンパク質が入り込める容積をvip[単位:μL]とすると、コンピュータ1は、例えばデフォルト値として、v0u=0.4vu、vin=0.4vu、vip=0を記録する。これらデフォルト値の値は、充填カラムに添付のメーカ評価データに基づく。例えば、上記説明したrout=v0u/vu、rin=viu/vu、rip=vip/vinの各々の値を、メーカ評価データから計算して使用する。実際に分析するタンパク質やリガンドに対する分析データがある場合には、それらの値を入力する。また、コンピュータ1は、値kのデフォルト値として、例えばk=0を記録する。値k[単位:μL]は、リガンドの充填剤への可逆的な弱い結合を示す。値kの導入は、上記した特徴4)に基づく。   In step S3, MFU separation characteristics are set. When the mobile phase volume is v0u [unit: μL], the stationary phase volume is viu [unit: μL], and the volume in which the protein in the stationary phase can enter is vip [unit: μL], the computer 1 uses, for example, v0u as a default value. = 0.4 vu, vin = 0.4 vu, and vip = 0 are recorded. These default values are based on manufacturer evaluation data attached to the packed column. For example, the above-described values of rout = v0u / vu, rin = viu / vu, rip = vip / vin are calculated from the manufacturer evaluation data and used. If there is analysis data for the protein or ligand to be actually analyzed, enter these values. Further, the computer 1 records, for example, k = 0 as a default value of the value k. The value k [unit: μL] indicates reversible weak binding of the ligand to the filler. The introduction of the value k is based on the above feature 4).

ステップS4において、分析カラムのMFU積層数を設定する。積層数をmとすると、コンピュータ1は、例えばデフォルト値としてm=200を記録する。このデフォルト値は、上記した特徴2)に基づく。あらかじめカラムサイズが決まっている場合はカラムの長さをMFUの長さで割った値の整数部を積層数として入力する。   In step S4, the number of MFU stacks in the analysis column is set. If the number of stacks is m, the computer 1 records m = 200 as a default value, for example. This default value is based on the above feature 2). If the column size is determined in advance, the integer part of the value obtained by dividing the column length by the MFU length is input as the number of layers.

ステップS5において、1ステップの計算で流す液量を設定する。1ステップの計算で流す液量をdV[単位:μL]とすると、コンピュータ1は、例えばデフォルト値として、dV=0.8・v0uを記録する。このデフォルト値は、上記した特徴3)に基づく。なお、dVはv0u未満(dV<v0u)である。   In step S5, the amount of liquid to be flowed is set by calculation in one step. Assuming that the amount of liquid flowing in one step of calculation is dV [unit: μL], the computer 1 records, for example, dV = 0.8 · v0u as a default value. This default value is based on the above feature 3). Note that dV is less than v0u (dV <v0u).

ステップS6において、アプライする試料の液量を設定する。アプライする試料の液量をVs[単位:μL]とすると、コンピュータ1は、例えばデフォルト値として、Vs=2・m・v0uを記録する。   In step S6, the liquid amount of the sample to be applied is set. Assuming that the liquid volume of the sample to be applied is Vs [unit: μL], the computer 1 records, for example, Vs = 2 · m · v0u as a default value.

ステップS7において、アプライする総液量を設定する。アプライする総液量をVmax[単位:μL]とすると、コンピュータ1は、例えばデフォルト値として、Vmax=2.5・m・(v0u+vip)を記録する。   In step S7, the total amount of liquid to be applied is set. Assuming that the total liquid volume to be applied is Vmax [unit: μL], the computer 1 records, for example, Vmax = 2.5 · m · (v0u + vip) as a default value.

ステップS8において、試料の全タンパク質濃度および全リガンド濃度を設定する。試料の全タンパク質濃度をP0[単位:μM]、全リガンド濃度をC0[単位:μM]とすると、コンピュータ1は、入力されたこれらP0、C0の値を記録する。   In step S8, the total protein concentration and total ligand concentration of the sample are set. When the total protein concentration of the sample is P0 [unit: μM] and the total ligand concentration is C0 [unit: μM], the computer 1 records the input values of P0 and C0.

ステップS9において、解離定数を設定する。解離定数をKd[単位:μM]とすると、コンピュータ1は、例えばデフォルト値として、Kd=20を記録する。   In step S9, a dissociation constant is set. Assuming that the dissociation constant is Kd [unit: μM], the computer 1 records Kd = 20 as a default value, for example.

ステップS10において、移動モデルに基づく計算を行う。移動モデルとは、上記した「(1)MFU間でのタンパク質およびリガンドの移動モデル」にて説明した移動モデルである。すなわち、コンピュータ1は、第1番目のMFUから順番に、各MFUについて、まず新しい総タンパク質量QPおよび総リガンド数QLを計算し、次に式4aと式9a(一般の場合には式7a)に従って、新しい移動相の総タンパク質濃度Ptおよび総リガンド濃度Ltを計算する。コンピュータ1は、この計算を、移動相をdV移動させて最後のMFUまで繰り返し計算し、計算結果を記録する。この時点において、予測クロマトグラムは、溶出容積、溶出液の総タンパク質濃度、溶出液の総リガンド濃度としてコンピュータ1に記録されている。   In step S10, calculation based on the movement model is performed. The migration model is the migration model described in “(1) Migration model of protein and ligand between MFUs”. That is, the computer 1 calculates the new total protein amount QP and the total number of ligands QL for each MFU in order from the first MFU, and then formulas 4a and 9a (formula 7a in the general case) To calculate the total protein concentration Pt and total ligand concentration Lt of the new mobile phase. The computer 1 repeats this calculation by moving the mobile phase by dV to the last MFU, and records the calculation result. At this time, the predicted chromatogram is recorded in the computer 1 as the elution volume, the total protein concentration of the eluate, and the total ligand concentration of the eluate.

ステップS11において、ステップS10の計算結果を出力する。コンピュータ1が出力する計算結果の項目は次の通りである。   In step S11, the calculation result of step S10 is output. The items of the calculation result output from the computer 1 are as follows.

・カラムサイズ
・流速(カラム内部の局所的平衡到達時間)
・最低必要試料量
・予測クロマトグラム
(なお、実施例に添付するプログラムの一例に示すように、カラムサイズ、流速、最低必要試料量、遊離型リガンド濃度などのパラメータはセルの17列目に出力し、予測クロマトグラムはセルの10,11,12列目に出力している。)
コンピュータ1は、予測クロマトグラムのパターンを例えば表示手段にグラフ表示する。そして、オペレータが、表示手段にグラフ表示された予測クロマトグラムのパターンに基づいて、元の試料がそのまま溶出している部分を持つ典型的なFGCのクロマトグラムが得られているかどうか、リガンドの溶出パターンの2番目の台形部分(図1の3の部分)のリガンド濃度が元の試料の遊離型リガンドの平衡濃度と等しいかどうか、を判断する。分析する仮想の試料のタンパク質の総濃度とリガンドの総濃度と解離定数を入力すると、コンピューター1はその結合反応系の遊離型リガンドの平衡濃度を計算する。この計算値と予測クロマトグラムのリガンドの溶出パターンの2番目の台形部分のリガンド濃度が一致しなければならない。
-Column size-Flow rate (local equilibrium arrival time inside the column)
・ Minimum required sample amount ・ Predicted chromatogram (Note that, as shown in the example of the program attached to the example, parameters such as column size, flow rate, minimum required sample amount, and free ligand concentration are output in the 17th column of the cell. (The predicted chromatograms are output in columns 10, 11, and 12 of the cell.)
The computer 1 displays the predicted chromatogram pattern as a graph on the display means, for example. Then, based on the predicted chromatogram pattern displayed graphically on the display means, the operator can obtain a typical FGC chromatogram having a portion where the original sample is eluted as it is. Determine whether the ligand concentration in the second trapezoidal portion of the pattern (portion 3 in FIG. 1) is equal to the equilibrium concentration of free ligand in the original sample. When the total protein concentration, the total ligand concentration, and the dissociation constant of the hypothetical sample to be analyzed are input, the computer 1 calculates the equilibrium concentration of the free ligand in the binding reaction system. This calculated value should match the ligand concentration in the second trapezoidal part of the elution pattern of the ligand in the predicted chromatogram.

オペレータが、典型的なFGCのクロマトグラムが得られていないと判断した場合、また、仮想試料のタンパク質やリガンドの濃度や相互作用の強さなどいろいろな条件を変えてクロマトグラムのパターンの変化を詳しく調べたい場合は、オペレータが、操作手段を用いて各設定値のデフォルト値を変えて再度コンピュータ1に入力し、コンピュータ1が、ステップS1〜S11に示すシミュレーションを再度実行する。   If the operator determines that a typical FGC chromatogram has not been obtained, it can also change the chromatogram pattern by changing various conditions such as the concentration of protein and ligand in the virtual sample and the strength of interaction. When it is desired to investigate in detail, the operator changes the default value of each set value using the operation means and inputs it again to the computer 1, and the computer 1 executes the simulation shown in steps S1 to S11 again.

なお、実際の実験では、試料の遊離型リガンド濃度を求めることが目的であるが、シミュレーションではあらかじめ仮想試料の濃度と解離定数を入力するので、自動的に遊離型リガンド濃度も決まる。この値と2番目の台形部分のリガンド濃度とが一致しなければ、シミュレーションが正しくないことになる。また、mFGC法は、一次的には図1に示す独特の試料の分割(前処理方法)であって、試料の遊離型リガンド濃度が測定できるのはその分割で得られる重要な結果のひとつにすぎない。   In the actual experiment, the purpose is to determine the free ligand concentration of the sample, but since the virtual sample concentration and dissociation constant are input in advance in the simulation, the free ligand concentration is also automatically determined. If this value does not match the ligand concentration of the second trapezoidal part, the simulation is not correct. The mFGC method is primarily a unique sample division (pretreatment method) shown in FIG. 1, and the measurement of the free ligand concentration of the sample is one of the important results obtained by this division. Only.

(III)実際の試料を用いたカラムの設計パラメータの評価
図9は、ミクロフロンタルゲルろ過法を行う装置構成の一例を示す概略図である。装置は、ゲルろ過カラム20と、試料注入ポート21と、サンプルループ22と、第1のポンプ23と、第2のポンプ24と、検出器25とを備える。図9に示すように、試料注入ポート21、サンプルループ22、および第1のポンプ23は、ゲルろ過カラム21の上流側に接続され、第2のポンプ24および検出器25は、ゲルろ過カラム20の下流側に接続される。ゲルろ過カラム20への試料/緩衝液の注入は、第1のポンプ23で行い、第1のポンプ23は流速を正確に制御する。第2のポンプ24は、ゲルろ過カラム20の出口で溶出液を希釈する必要がある場合に使用する。
(III) Evaluation of Column Design Parameters Using Actual Samples FIG. 9 is a schematic diagram showing an example of the configuration of an apparatus for performing the microfrontal gel filtration method. The apparatus includes a gel filtration column 20, a sample injection port 21, a sample loop 22, a first pump 23, a second pump 24, and a detector 25. As shown in FIG. 9, the sample injection port 21, the sample loop 22, and the first pump 23 are connected to the upstream side of the gel filtration column 21, and the second pump 24 and the detector 25 are connected to the gel filtration column 20. Connected to the downstream side. The sample / buffer solution is injected into the gel filtration column 20 by the first pump 23, and the first pump 23 accurately controls the flow rate. The second pump 24 is used when it is necessary to dilute the eluate at the outlet of the gel filtration column 20.

ゲルろ過カラム20は、微量試料のフロンタル解析が可能となるカラム容量が1000μl未満のミクロサイズのものであれば良く、充填剤はゲルろ過クロマトグラフィーに通常使用されるゲルろ過用充填剤を使用することができ、そのような充填剤としては、例えば、TSKgel Super SW2000、Superdex Peptide、Superdex 75等が挙げられる。試料注入ポート21は、シリンジ等により分析するための試料や緩衝液をサンプルループ22に注入するためのものであり、サンプルループ22はゲルろ過カラムに注入される前の試料と緩衝液を一旦保持しておくためのものである。第1のポンプ23は低流速で流量精度が高いものが適しており、第2のポンプ24はHPLC等で一般的に使用されるポンプを使用できる。検出器25はカラムから出てくるタンパク質及び/又はリガンドを検出するものであり、例えば、フォトダイオードアレイ、紫外可視モニター、蛍光モニター等が挙げられる。   The gel filtration column 20 only needs to have a micro size with a column volume of less than 1000 μl that enables frontal analysis of a small amount of sample, and a packing material for gel filtration that is usually used for gel filtration chromatography is used. Examples of such fillers include TSKgel Super SW2000, Superdex Peptide, Superdex 75, and the like. The sample injection port 21 is for injecting a sample or a buffer solution to be analyzed by a syringe or the like into the sample loop 22, and the sample loop 22 temporarily holds the sample and the buffer solution before being injected into the gel filtration column. It is for keeping. The first pump 23 is suitable to have a low flow rate and high flow accuracy, and the second pump 24 can be a pump generally used in HPLC or the like. The detector 25 detects proteins and / or ligands coming out of the column, and examples thereof include a photodiode array, an ultraviolet-visible monitor, and a fluorescence monitor.

次に、「(II)シミュレーション方法の処理内容」にて説明したモデル計算の結果に基づいて作製したミクロカラムを用いて、実際の試料を分析し評価する方法について説明する。 Next, a method for analyzing and evaluating an actual sample using the microcolumn prepared based on the result of the model calculation described in “ (II) Processing contents of simulation method ” will be described.

シミュレーション結果に基づいて適切なサイズの空カラムを準備し、充填剤の充填を行う。実際の分析では種々の要因による試料成分の界面の広がりが起こるので、シミュレーション結果より大きめのカラム、具体的には、例えば入手可能で充填が容易な内径1mmの空カラムでその長さがシミュレーションでのカラム容積より大きいものを準備し、市販の充填剤の中から最適なもの選んで自家充填する。分析の流速と試料量はシミュレーションで得られた値に実際のカラムサイズとシミュレーションでの仮想カラムのサイズとの比を掛け算して補正した値でまず行い、実測のクロマトグラムに基づいて最適化する。   Prepare an empty column of appropriate size based on the simulation results and fill with packing material. In the actual analysis, the interface of the sample component due to various factors occurs, so the length of the sample can be simulated by using a column larger than the simulation result, specifically, for example, an available empty column with an inner diameter of 1 mm that can be easily packed. Prepare one larger than the column volume, and select the optimal one from among the commercially available packing materials and pack them in-house. Analytical flow rate and sample volume are first calculated by correcting the values obtained by simulation by multiplying the ratio between the actual column size and the virtual column size in the simulation, and then optimized based on the actual chromatogram. .

(1)低分子リガンド単独の試料のクロマトグラムを測定
測定はカラムに注入する試料の液量(体積)を変えて行い、リガンドが元の濃度のまま台形状に溶出するのに必要な試料の液量を決定する。カラムに注入したリガンドの総量がカラムから溶出していることを確認する(リガンドの充填剤への不可逆的な吸着の有無を確認)。クロマトグラムの立ち上がりのパターンからリガンドの溶出容積を求める。
(1) Measure the chromatogram of a sample of a low-molecular-weight ligand alone. The measurement is performed by changing the volume (volume) of the sample to be injected into the column. Determine the volume. Check that the total amount of ligand injected into the column is eluted from the column (check for irreversible adsorption of the ligand to the packing material). The elution volume of the ligand is determined from the rising pattern of the chromatogram.

(2)タンパク質単独の試料のクロマトグラムの測定
(1)で求めた試料量をカラムに注入する。クロマトグラムの立ち上がりのパターンからタンパク質の溶出容積を求める。
(2) Measurement of chromatogram of sample of protein alone The sample amount obtained in (1) is injected into the column. The protein elution volume is determined from the rising pattern of the chromatogram.

(3)カラム容積に占める移動相の比率と固定相の比率の実効値を計算
タンパク質は移動相のみに局在すると仮定して、(2)のデータからカラム容積に占める移動相の比率を計算する(rout = タンパク質の溶出容積/カラム容積)。(1)のデータと(2)のデータとからカラム容積に占める固定相の比率の実効値を計算する(rin =(リガンドの溶出容積−タンパク質の溶出容積)/カラム容積)。なお、リガンドと充填剤との間に可逆的吸着があると、見かけ上固定相が大きくなる。
(3) Calculate the effective value of the ratio of the mobile phase to the column volume and the ratio of the stationary phase Calculate the ratio of the mobile phase to the column volume from the data in (2) assuming that the protein is localized only in the mobile phase (Rout = protein elution volume / column volume). The effective value of the ratio of the stationary phase to the column volume is calculated from the data of (1) and the data of (2) (rin = (elution volume of ligand−elution volume of protein) / column volume). In addition, if there is reversible adsorption between the ligand and the filler, the stationary phase appears to be large.

(4)タンパク質−リガンド混合液のクロマトグラムの測定
(1)、(2)と同じ濃度のタンパク質とリガンドを含む混合液を(1)、(2)と同じ量カラムに注入する。得られたクロマトグラムに元の試料がそのまま溶出している台形部分が認められない場合は、それが出現するまでカラムに注入する試料量を増やす。もし、試料量を増やした場合は、その試料量で(1)と(2)の測定を行う。
(4) Measurement of chromatogram of protein-ligand mixture liquid A mixture liquid containing protein and ligand at the same concentration as in (1) and (2) is injected into the column in the same amount as in (1) and (2). If the obtained chromatogram does not show a trapezoidal portion in which the original sample is eluted as it is, increase the amount of sample injected into the column until it appears. If the sample amount is increased, the measurements (1) and (2) are performed with the sample amount.

(5)FGC前提条件の確認
(2)と(4)のクロマトグラムでタンパク質の溶出パターンが完全に一致することを確認する。(4)のクロマトグラムから(2)のクロマトグラムを引き算した差クロマトグラムを計算し、その前の正のピークと後の負のピークの面積の絶対値が等しいことを確認する。
(5) Confirmation of FGC preconditions It is confirmed in the chromatograms of (2) and (4) that the protein elution patterns completely match. A difference chromatogram obtained by subtracting the chromatogram of (2) from the chromatogram of (4) is calculated, and it is confirmed that the absolute values of the areas of the positive peak before and the negative peak after that are equal.

これは、タンパク質との相互作用のために速く溶出したリガンドの分だけ、遊離型リガンドを示している2番目の台形部分が元の高さから削られるからである(図1参照)。   This is because the second trapezoidal portion showing the free ligand is scraped from the original height by the amount of the ligand that elutes quickly due to the interaction with the protein (see FIG. 1).

(1)〜(5)が無事完了すれば、FGCが正しく実行できることが保証される。
・得られた実効パラメータrout及びrinを用いて理論シミュレーションを行い、最終的なカラムの設計を行う。
If (1) to (5) are completed successfully, it is guaranteed that FGC can be executed correctly.
・ Theoretical simulation is performed using the obtained effective parameters rout and rin, and the final column is designed.

(6)結合曲線の測定
タンパク質−リガンド混合液の濃度を変えて測定を行い、タンパク質単独、リガンド単独の分析も間に入れる。測定結果から結合曲線(遊離型リガンド濃度とタンパク質1分子当たりに結合しているリガンド分子の平均数との関係)を算出する。タンパク質1分子当たりに結合しているリガンド分子の平均数(r)は、遊離型リガンド濃度から求めることができる。
(6) Measurement of binding curve Measurement is performed by changing the concentration of the protein-ligand mixture, and analysis of protein alone and ligand alone is also put in between. A binding curve (relationship between the concentration of free ligand and the average number of ligand molecules bound per protein molecule) is calculated from the measurement results. The average number (r) of ligand molecules bound per protein molecule can be determined from the free ligand concentration.

結合曲線は、式0aの多重結合系では次式で表現される。   The coupling curve is expressed by the following formula in the multiple coupling system of Formula 0a.

ここで関数fは式2aである。   Here, the function f is Equation 2a.

結合曲線を上式にフィッティングし(修正マーカット法を使用する)、結合パラメータを求める。例えば、n個の独立で等価な結合部位がある場合には、上式は以下の簡単な式になる。
r=n・L(Kd+L)
Kd: 解離定数
L: 遊離型リガンド濃度
r: タンパク質1分子当たりに結合しているリガンド分子の平均数
n: 結合部位の数
Fit the binding curve to the above equation (using the modified Markat method) and determine the binding parameters. For example, when there are n independent and equivalent binding sites, the above formula becomes the following simple formula.
r = n ・ L (K d + L)
Kd: dissociation constant
L: Free ligand concentration
r: average number of ligand molecules bound per protein molecule
n: number of binding sites

以下に、本発明の実施例を示し、本発明の特徴をより明確にする。以下のステップ1)〜ステップ6)に示す計算の進め方では、計算シミュレーションに、米国マイクロソフト・コーポレイションの「MICROSOFT EXCEL」および「VISUAL BASIC」(いずれも登録商標)を使用した。   Examples of the present invention will be described below to clarify the features of the present invention. In the calculation method shown in Step 1) to Step 6) below, “MICROSOFT EXCEL” and “VISUAL BASIC” (both registered trademarks) of Microsoft Corporation of the United States were used for calculation simulation.

ステップ1) 1つ前の計算段階でのi番目のMFUの移動相の総タンパク質濃度Ptを5列目のi行目のセル(cells(i,5))に、総タンパク質量QPを6列目のi行目のセル(cells(i,6))に、移動相の総リガンド濃度Ltを7列目のi行目のセル(cells(i,7))に、総リガンド量QLを8列目のi行目のセル(cells(i,8))に保存しておく。第一回目の計算のときは、当然これらのセルの値はすべてゼロである(i = 1〜m)。   Step 1) The total protein concentration Pt of the mobile phase of the i-th MFU in the previous calculation stage is set to the cell (cells (i, 5)) in the fifth row and the total protein amount QP is set to six columns. The total ligand concentration Lt of the mobile phase is set to the cell (cells (i, 7)) in the seventh column, the total ligand amount QL is set to 8 in the cell (cells (i, 6)) in the i-th row of the eye. It is stored in the cell (cells (i, 8)) in the i-th row of the column. In the first calculation, the values of these cells are naturally zero (i = 1 to m).

ステップ2) 移動相をdV移動させて、ステップ1)の値と、上記した「(I)シミュレーションにおける数学的な関係」の「(1)MFU間でのタンパク質およびリガンドの移動モデル」で説明した式とに従って、第一番目のMFUから順番に、各MFUについて、まず新しい総タンパク質量QPと総リガンド量QLを計算し、次に式4aと式9a(一般の場合には式7a)に従って、新しい移動相の総タンパク質濃度Ptと総リガンド濃度Ltを計算する。   Step 2) The mobile phase was moved by dV, and the value of Step 1) and “(1) Mathematical relationship in simulation” described in “(1) Model of protein and ligand transfer between MFUs” described above. According to the formula, in order from the first MFU, for each MFU, first, a new total protein amount QP and a total ligand amount QL are calculated, and then according to formula 4a and formula 9a (generally formula 7a), Calculate the total protein concentration Pt and total ligand concentration Lt of the new mobile phase.

ステップ3) ステップ2)で計算したi番目のMFUの新しいPt、QP、Lt、QLの値をそれぞれ1列目、2列目、3列目、4列目のi番目のセルに保存する。   Step 3) The new Pt, QP, Lt, and QL values of the i-th MFU calculated in step 2) are stored in the i-th cells in the first, second, third, and fourth columns, respectively.

ステップ4) 最後のMFU、すなわちm番目のカラム出口のMFUの移動相のPtおよびLtの値を、それぞれ11列目と12列目のj番目のセルとに保存する(jは計算回数)。10列目のj番目のセルにはj×dVの値(この時点でのカラムからの溶出容積になる)を保存する。   Step 4) The Pt and Lt values of the mobile phase of the last MFU, that is, the MFU at the m-th column outlet, are stored in the j-th cell in the 11th and 12th columns, respectively (j is the number of calculations). The value of j × dV (the elution volume from the column at this time) is stored in the 10th cell in the 10th row.

ステップ5) ステップ3)で保存した各値を、対応する5列目、6列目、7列目、8列目のセルに移動させる。   Step 5) The values stored in step 3) are moved to the corresponding cells in the fifth, sixth, seventh and eighth columns.

ステップ6) ステップ1)〜ステップ5)の操作を繰り返す。予測クロマトグラムは、10列目(溶出容積)、11列目(溶出液の総タンパク質濃度)、12列目(溶出液の総リガンド濃度)に保存される。   Step 6) Repeat steps 1) to 5). Predicted chromatograms are stored in the 10th column (elution volume), 11th column (total protein concentration of eluate), and 12th column (total ligand concentration of eluate).

(実施例1) TSK−gel SuperSW2000の場合
この場合は、充填剤粒子径は0.004ミリメートルで、全カラム容積に占める移動相と固定相の割合は、それぞれ0.38と0.36である。これらの値を入力して得られた結果は以下の通りである。カラムサイズは内径0.8ミリメートル、長さ40ミリメートル、流速は0.9マイクロリットル/分、試料量は7.6マイクロリットル。この条件で予想されたクロマトグラムを図10に示す。図中の符号1はタンパク質の溶出を示し、符号2は低分子の溶出を示す。なお、タンパク質濃度30マイクロモル/リットル、低分子濃度20マイクロモル/リットル、解離定数20マイクロモル/リットルとした。
(Example 1) In the case of TSK-gel SuperSW2000 In this case, the filler particle diameter is 0.004 millimeters, and the ratio of the mobile phase and the stationary phase in the total column volume is 0.38 and 0.36, respectively. . The results obtained by inputting these values are as follows. The column size is 0.8 millimeters inside diameter, 40 millimeters long, the flow rate is 0.9 microliters / minute, and the sample volume is 7.6 microliters. A chromatogram predicted under these conditions is shown in FIG. Reference numeral 1 in the figure indicates protein elution, and reference numeral 2 indicates low molecule elution. The protein concentration was 30 micromol / liter, the low molecular concentration was 20 micromol / liter, and the dissociation constant was 20 micromol / liter.

(実施例2) Superdex Peptideの場合
この場合は、充填剤粒子径は0.013ミリメートルで、全カラム容積に占める移動相と固定相の割合は、それぞれ0.32と0.49である。これらの値を入力して得られた結果は以下の通りである。カラムサイズは内径0.65ミリメートル、長さ130ミリメートル、流速は1.7マイクロリットル/分、試料量は19マイクロリットル。この条件で予想されたクロマトグラムを図11に示す。図中の符号1はタンパク質の溶出を示し、符号2は低分子の溶出を示す。なお、タンパク質濃度30マイクロモル/リットル、低分子濃度20マイクロモル/リットル、解離定数20マイクロモル/リットルとした。
(Example 2) Superdex Peptide In this case, the particle diameter of the filler is 0.013 millimeters, and the ratio of the mobile phase and the stationary phase in the total column volume is 0.32 and 0.49, respectively. The results obtained by inputting these values are as follows. The column size is 0.65 millimeters inside diameter, 130 millimeters long, the flow rate is 1.7 microliters / minute, and the sample volume is 19 microliters. A chromatogram expected under these conditions is shown in FIG. Reference numeral 1 in the figure indicates protein elution, and reference numeral 2 indicates low molecule elution. The protein concentration was 30 micromol / liter, the low molecular concentration was 20 micromol / liter, and the dissociation constant was 20 micromol / liter.

(実施例に示す計算に使用したプログラムの記載例)
以下に、「VISUAL BASIC」で記載したプログラムの記載例を示す。本プログラムの記載例は一例であり、プログラムの処理内容はこの記載例に示す内容に限定されるものではない。
(Example of the program used for the calculation shown in the examples)
A description example of the program described in “VISUAL BASIC” is shown below. The description example of this program is an example, and the processing content of the program is not limited to the content shown in this description example.


Sub SimulationFGC1()

rg = 0.013 'mm gel particle diameter
lu = 50 * rg 'mm length of the functional unit
ru = 50 * rg 'mm diameter of the functinal unit
vu = 3.14 * ru * ru * lu / 4 'uL volume of the functinal unit
rout = 0.32
v0u = rout * vu 'uL void volume of the functinal unit
rin = 0.49
viu = rin * vu 'uL internal volume of the functinal unit
rip = 0
vip = rip * viu 'uL the volume of the internal space accesible for protein
rk = 0
k = rk * viu 'uL k=ng/Kg binding to the gel matrix Kg>>C0

m = 200 'total number of the functinal unit
B = m * lu 'the length of the column
V0 = m * v0u 'uL void volume of the column
Vi = m * viu 'uL internal volume of the column
Vp = m * vip
dV = 0.8 * v0u 'elution volume per unit calculation step

Vmax = (V0 + Vi) * 2.5 'total elution volume (including sample volume)
nv = Int(Vmax / dV) 'total number of calculation step

Vs = 2 * V0 'sample volume applied

ns = Int(Vs / dV)

C0 = 20 'uM the total concentration of ligand (L)
P0 = 30 'uM the total concentration of acceptor protein (P)
kd = 20 'uM dissociation constant (one to one stoichiometry)

d00 = kd + P0 - C0
d01 = d00 ^ 2 + 4 * kd * C0
d02 = d01 ^ 0.5
lf = 2 * kd * C0 / (d00 + d02)

Cells(2, 15) = nv
Cells(1, 17) = B ‘mm length of the column
Cells(2, 17) = ru ‘mm internal diameter of the column
Cells(3, 17) = V0 ‘uL void volume of the column
Cells(4, 17) = Vi ‘uL internal volume of the column
Cells(5, 17) = V0 + Vp ‘uL elution volume of the protein
dt = 2 ‘sec
Cells(6, 17) = dV * 60 / dt ‘uL/min flow rate
Cells(7, 17) = Vmax
Cells(8, 17) = Vs ‘uL sample volume applied
Cells(9, 17) = C0
Cells(10, 17) = P0
Cells(11, 17) = kd
Cells(12, 17) = lf ‘free ligand concentration of the original sample
Cells(13, 17) = k
Cells(14, 17) = m * vu ‘bed volume of the column

v00 = v0u + vip
v01 = v0u + viu + k


QP = P0 * dV
QL = C0 * dV

Pt = QP / v00
a00 = v01 * kd + Pt * v00 - QL
b00 = 4 * v01 * QL * kd
a01 = a00 ^ 2 + b00
a02 = a01 ^ 0.5

CL = 2 * QL * kd / (a00 + a02)
CP = Pt / (1 + CL / kd)
CPL = Pt * CL / (kd + CL)
Lt = CL + CPL


Cells(1, 1) = Pt
Cells(1, 2) = QP
Cells(1, 3) = Lt
Cells(1, 4) = QL


For j = 2 To m
Cells(j, 1) = 0
Cells(j, 2) = 0
Cells(j, 3) = 0
Cells(j, 4) = 0
Next j

Cells(1, 10) = dV
Cells(1, 11) = Cells(m, 1) 'Pt
Cells(1, 12) = Cells(m, 3) 'Lt

For j = 1 To m
Cells(j, 5) = Cells(j, 1)
Cells(j, 6) = Cells(j, 2)
Cells(j, 7) = Cells(j, 3)
Cells(j, 8) = Cells(j, 4)
Next j


For i = 2 To ns

QP = Cells(1, 6) + P0 * dV - Cells(1, 5) * dV
QL = Cells(1, 8) + C0 * dV - Cells(1, 7) * dV

Pt = QP / v00
a00 = v01 * kd + Pt * v00 - QL
b00 = 4 * v01 * QL * kd
a01 = a00 ^ 2 + b00
a02 = a01 ^ 0.5

CL = 2 * QL * kd / (a00 + a02)
CP = Pt / (1 + CL / kd)
CPL = Pt * CL / (kd + CL)
Lt = CL + CPL


Cells(1, 1) = Pt
Cells(1, 2) = QP
Cells(1, 3) = Lt
Cells(1, 4) = QL

For j = 2 To m
QP = Cells(j, 6) + Cells(j - 1, 5) * dV - Cells(j, 5) * dV
QL = Cells(j, 8) + Cells(j - 1, 7) * dV - Cells(j, 7) * dV

Pt = QP / v00
a00 = v01 * kd + Pt * v00 - QL
b00 = 4 * v01 * QL * kd
a01 = a00 ^ 2 + b00
a02 = a01 ^ 0.5

CL = 2 * QL * kd / (a00 + a02)
CP = Pt / (1 + CL / kd)
CPL = Pt * CL / (kd + CL)
Lt = CL + CPL


Cells(j, 1) = Pt
Cells(j, 2) = QP
Cells(j, 3) = Lt
Cells(j, 4) = QL

Next j

Cells(i, 10) = i * dV
Cells(i, 11) = Cells(m, 1) 'Pt
Cells(i, 12) = Cells(m, 3) 'Lt

For j = 1 To m
Cells(j, 5) = Cells(j, 1)
Cells(j, 6) = Cells(j, 2)
Cells(j, 7) = Cells(j, 3)
Cells(j, 8) = Cells(j, 4)
Next j

Cells(1, 15) = i

Next i

For i = ns + 1 To nv

QP = Cells(1, 6) - Cells(1, 5) * dV
QL = Cells(1, 8) - Cells(1, 7) * dV

Pt = QP / v00
a00 = v01 * kd + Pt * v00 - QL
b00 = 4 * v01 * QL * kd
a01 = a00 ^ 2 + b00
a02 = a01 ^ 0.5

CL = 2 * QL * kd / (a00 + a02)
CP = Pt / (1 + CL / kd)
CPL = Pt * CL / (kd + CL)
Lt = CL + CPL


Cells(1, 1) = Pt
Cells(1, 2) = QP
Cells(1, 3) = Lt
Cells(1, 4) = QL



For j = 2 To m

QP = Cells(j, 6) + Cells(j - 1, 5) * dV - Cells(j, 5) * dV
QL = Cells(j, 8) + Cells(j - 1, 7) * dV - Cells(j, 7) * dV

Pt = QP / v00
a00 = v01 * kd + Pt * v00 - QL
b00 = 4 * v01 * QL * kd
a01 = a00 ^ 2 + b00
a02 = a01 ^ 0.5

CL = 2 * QL * kd / (a00 + a02)
CP = Pt / (1 + CL / kd)
CPL = Pt * CL / (kd + CL)
Lt = CL + CPL


Cells(j, 1) = Pt
Cells(j, 2) = QP
Cells(j, 3) = Lt
Cells(j, 4) = QL

Next j

Cells(i, 10) = i * dV
Cells(i, 11) = Cells(m, 1) 'Pt
Cells(i, 12) = Cells(m, 3) 'Lt

For j = 1 To m
Cells(j, 5) = Cells(j, 1)
Cells(j, 6) = Cells(j, 2)
Cells(j, 7) = Cells(j, 3)
Cells(j, 8) = Cells(j, 4)
Next j

Cells(1, 15) = i


Next i




End Sub

Sub SimulationFGC1 ()

rg = 0.013 'mm gel particle diameter
lu = 50 * rg 'mm length of the functional unit
ru = 50 * rg 'mm diameter of the functinal unit
vu = 3.14 * ru * ru * lu / 4 'uL volume of the functinal unit
rout = 0.32
v0u = rout * vu 'uL void volume of the functinal unit
rin = 0.49
viu = rin * vu 'uL internal volume of the functinal unit
rip = 0
vip = rip * viu 'uL the volume of the internal space accesible for protein
rk = 0
k = rk * viu 'uL k = ng / Kg binding to the gel matrix Kg >> C0

m = 200 'total number of the functinal unit
B = m * lu 'the length of the column
V0 = m * v0u 'uL void volume of the column
Vi = m * viu 'uL internal volume of the column
Vp = m * vip
dV = 0.8 * v0u 'elution volume per unit calculation step

Vmax = (V0 + Vi) * 2.5 'total elution volume (including sample volume)
nv = Int (Vmax / dV) 'total number of calculation step

Vs = 2 * V0 'sample volume applied

ns = Int (Vs / dV)

C0 = 20 'uM the total concentration of ligand (L)
P0 = 30 'uM the total concentration of acceptor protein (P)
kd = 20 'uM dissociation constant (one to one stoichiometry)

d00 = kd + P0-C0
d01 = d00 ^ 2 + 4 * kd * C0
d02 = d01 ^ 0.5
lf = 2 * kd * C0 / (d00 + d02)

Cells (2, 15) = nv
Cells (1, 17) = B 'mm length of the column
Cells (2, 17) = ru 'mm internal diameter of the column
Cells (3, 17) = V0 'uL void volume of the column
Cells (4, 17) = Vi 'uL internal volume of the column
Cells (5, 17) = V0 + Vp 'uL elution volume of the protein
dt = 2 'sec
Cells (6, 17) = dV * 60 / dt 'uL / min flow rate
Cells (7, 17) = Vmax
Cells (8, 17) = Vs' uL sample volume applied
Cells (9, 17) = C0
Cells (10, 17) = P0
Cells (11, 17) = kd
Cells (12, 17) = lf 'free ligand concentration of the original sample
Cells (13, 17) = k
Cells (14, 17) = m * vu 'bed volume of the column

v00 = v0u + vip
v01 = v0u + viu + k


QP = P0 * dV
QL = C0 * dV

Pt = QP / v00
a00 = v01 * kd + Pt * v00-QL
b00 = 4 * v01 * QL * kd
a01 = a00 ^ 2 + b00
a02 = a01 ^ 0.5

CL = 2 * QL * kd / (a00 + a02)
CP = Pt / (1 + CL / kd)
CPL = Pt * CL / (kd + CL)
Lt = CL + CPL


Cells (1, 1) = Pt
Cells (1, 2) = QP
Cells (1, 3) = Lt
Cells (1, 4) = QL


For j = 2 To m
Cells (j, 1) = 0
Cells (j, 2) = 0
Cells (j, 3) = 0
Cells (j, 4) = 0
Next j

Cells (1, 10) = dV
Cells (1, 11) = Cells (m, 1) 'Pt
Cells (1, 12) = Cells (m, 3) 'Lt

For j = 1 To m
Cells (j, 5) = Cells (j, 1)
Cells (j, 6) = Cells (j, 2)
Cells (j, 7) = Cells (j, 3)
Cells (j, 8) = Cells (j, 4)
Next j


For i = 2 To ns

QP = Cells (1, 6) + P0 * dV-Cells (1, 5) * dV
QL = Cells (1, 8) + C0 * dV-Cells (1, 7) * dV

Pt = QP / v00
a00 = v01 * kd + Pt * v00-QL
b00 = 4 * v01 * QL * kd
a01 = a00 ^ 2 + b00
a02 = a01 ^ 0.5

CL = 2 * QL * kd / (a00 + a02)
CP = Pt / (1 + CL / kd)
CPL = Pt * CL / (kd + CL)
Lt = CL + CPL


Cells (1, 1) = Pt
Cells (1, 2) = QP
Cells (1, 3) = Lt
Cells (1, 4) = QL

For j = 2 To m
QP = Cells (j, 6) + Cells (j-1, 5) * dV-Cells (j, 5) * dV
QL = Cells (j, 8) + Cells (j-1, 7) * dV-Cells (j, 7) * dV

Pt = QP / v00
a00 = v01 * kd + Pt * v00-QL
b00 = 4 * v01 * QL * kd
a01 = a00 ^ 2 + b00
a02 = a01 ^ 0.5

CL = 2 * QL * kd / (a00 + a02)
CP = Pt / (1 + CL / kd)
CPL = Pt * CL / (kd + CL)
Lt = CL + CPL


Cells (j, 1) = Pt
Cells (j, 2) = QP
Cells (j, 3) = Lt
Cells (j, 4) = QL

Next j

Cells (i, 10) = i * dV
Cells (i, 11) = Cells (m, 1) 'Pt
Cells (i, 12) = Cells (m, 3) 'Lt

For j = 1 To m
Cells (j, 5) = Cells (j, 1)
Cells (j, 6) = Cells (j, 2)
Cells (j, 7) = Cells (j, 3)
Cells (j, 8) = Cells (j, 4)
Next j

Cells (1, 15) = i

Next i

For i = ns + 1 To nv

QP = Cells (1, 6)-Cells (1, 5) * dV
QL = Cells (1, 8)-Cells (1, 7) * dV

Pt = QP / v00
a00 = v01 * kd + Pt * v00-QL
b00 = 4 * v01 * QL * kd
a01 = a00 ^ 2 + b00
a02 = a01 ^ 0.5

CL = 2 * QL * kd / (a00 + a02)
CP = Pt / (1 + CL / kd)
CPL = Pt * CL / (kd + CL)
Lt = CL + CPL


Cells (1, 1) = Pt
Cells (1, 2) = QP
Cells (1, 3) = Lt
Cells (1, 4) = QL



For j = 2 To m

QP = Cells (j, 6) + Cells (j-1, 5) * dV-Cells (j, 5) * dV
QL = Cells (j, 8) + Cells (j-1, 7) * dV-Cells (j, 7) * dV

Pt = QP / v00
a00 = v01 * kd + Pt * v00-QL
b00 = 4 * v01 * QL * kd
a01 = a00 ^ 2 + b00
a02 = a01 ^ 0.5

CL = 2 * QL * kd / (a00 + a02)
CP = Pt / (1 + CL / kd)
CPL = Pt * CL / (kd + CL)
Lt = CL + CPL


Cells (j, 1) = Pt
Cells (j, 2) = QP
Cells (j, 3) = Lt
Cells (j, 4) = QL

Next j

Cells (i, 10) = i * dV
Cells (i, 11) = Cells (m, 1) 'Pt
Cells (i, 12) = Cells (m, 3) 'Lt

For j = 1 To m
Cells (j, 5) = Cells (j, 1)
Cells (j, 6) = Cells (j, 2)
Cells (j, 7) = Cells (j, 3)
Cells (j, 8) = Cells (j, 4)
Next j

Cells (1, 15) = i


Next i




End Sub

1 コンピュータ
10 CPU
11 メモリ
12 記録部
13 バス
14 インタフェース部
20 ゲルろ過カラム
21 試料注入ポート
22 サンプルループ
23 第1の無脈流ポンプ
24 第2の無脈流ポンプ
25 検出器
1 computer 10 CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Memory 12 Recording part 13 Bus 14 Interface part 20 Gel filtration column 21 Sample injection port 22 Sample loop 23 1st non-pulsating flow pump 24 2nd non-pulsating flow pump 25 Detector

Claims (5)

演算装置および記録部を備えるコンピュータにおいて、フロンタルゲルろ過法におけるクロマトグラムのシミュレーション方法であって、
前記演算装置が、
移動相および固定相を有するゲルろ過カラムの充填剤のサイズrgを設定するステップと、
前記ゲルろ過カラムの最小機能単位の容積vuを、前記充填剤の前記サイズrgに基づいて設定するステップと、
前記ゲルろ過カラムの分離特性である、移動相容積v0u、固定相容積viu、およびタンパク質が入り込める前記固定相中の容積vipを、前記最小機能単位の前記容積vuに基づいて設定し、且つ、リガンドの前記充填剤への可逆的な結合を意味する係数kを設定するステップと、
前記ゲルろ過カラムにおける前記最小機能単位の積層数mを設定するステップと、
1回の計算ステップにおいて前記ゲルろ過カラムに流す液量dVを、前記移動相容積v0uに基づいて、前記移動相容積v0u未満の値に設定するステップと、
前記ゲルろ過カラムに流す試料の液量Vsを、前記積層数mおよび前記移動相容積v0uに基づいて設定するステップと、
前記ゲルろ過カラムに流す総液量Vmaxを、前記積層数m、前記移動相容積v0u、および前記タンパク質が入り込める前記固定相中の前記容積vipに基づいて設定するステップと、
前記試料の総タンパク質濃度P0および前記試料の総リガンド濃度C0を設定するステップと、
前記タンパク質および前記リガンドの結合反応に対する解離定数Kdを設定するステップと、
前記移動相の総タンパク質濃度Pt、総タンパク質量QP、前記移動相の総リガンド濃度Lt、および総リガンド量QLの初期値を設定し、且つ、第1番目の前記最小機能単位から順番に、
1番目の前記最小機能単位については、
前記試料の前記ゲルろ過カラムへの流入が続いている間は、
総タンパク質量QP=QP(1)+P0×dV−Pt(1)×dV
総リガンド量QL =QL(1)+C0×dV−Lt(1)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、
前記試料の前記ゲルろ過カラムへの流入が完了した後は、
総タンパク質量QP=QP(1)−Pt(1)×dV
総リガンド量QL =QL(1)−Lt(1)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、
i(iは2以上の自然数)番目の前記最小機能単位については、
総タンパク質量QP=QP(i)+Pt(i−1)×dV−Pt(i)×dV
総リガンド量QL =QL(i)+Lt(i−1)×dV−Lt(i)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、
1番目の前記最小機能単位およびi番目の前記最小機能単位について、新しい移動相の前記総タンパク質濃度Ptおよび前記総リガンド濃度Ltを、
および
に基づいて計算するステップと、
溶出容積、溶出液の全タンパク質濃度、溶出液の全リガンド濃度に基づいて、予測クロマトグラムを得るステップと、
を含むクロマトグラムのシミュレーション方法。
In a computer comprising an arithmetic unit and a recording unit, a chromatogram simulation method in a frontal gel filtration method,
The arithmetic unit is
And Luz step to set the size rg of filler gel filtration column with a mobile phase and a stationary phase,
The volume vu minimal functional unit of the gel filtration column, and answering step be set based on the size rg of the filler,
The mobile phase volume v0u, the stationary phase volume viu, and the volume vip in the stationary phase into which the protein can enter, which are separation characteristics of the gel filtration column, are set based on the volume vu of the minimum functional unit, and a ligand and Luz step to set the coefficient k to mean reversible binding of to the filler,
And Luz step to set the stacking number m of the minimal functional unit in the gel filtration column,
A liquid volume dV passing the gel filtration column in one calculation step, based on said mobile phase volume V0u, and answering step be set to a value less than said mobile phase volume V0u,
The liquid volume Vs of the sample to flow to the gel filtration column, and answering step be set based on the stack number m and the mobile phase volume V0u,
The total volume Vmax to be supplied to the gel filtration column, the number of stacked layers m, and answering step be set based on the volume vip of the mobile phase volume V0u, and the stationary phase in which the protein is Hairikomeru,
And Luz step to set the total ligand concentration C0 of the total protein concentration P0 and the sample of the sample,
And Luz step to set the dissociation constant Kd for the binding reaction of the protein and the ligand,
Set initial values of total protein concentration Pt, total protein amount QP, total ligand concentration Lt, and total ligand amount QL of the mobile phase, and in order from the first minimum functional unit,
For the first minimum functional unit,
While the sample continues to flow into the gel filtration column,
Total protein amount QP = QP (1) + P0 × dV−Pt (1) × dV
Total ligand amount QL = QL (1) + C0 × dV−Lt (1) × dV
And calculating the total protein amount QP and the total ligand amount QL of the new mobile phase,
After the flow of the sample into the gel filtration column is complete,
Total protein amount QP = QP (1) −Pt (1) × dV
Total ligand amount QL = QL (1) −Lt (1) × dV
And calculating the total protein amount QP and the total ligand amount QL of the new mobile phase,
With respect to the i-th (i is a natural number of 2 or more) th smallest functional unit,
Total protein amount QP = QP (i) + Pt (i−1) × dV−Pt (i) × dV
Total ligand amount QL = QL (i) + Lt (i−1) × dV−Lt (i) × dV
And calculating the total protein amount QP and the total ligand amount QL of the new mobile phase,
For the first minimal functional unit and the ith minimal functional unit, the total protein concentration Pt and the total ligand concentration Lt of the new mobile phase are:
and
And Luz steps be calculated on the basis of,
Elution volume, total protein concentration of the eluate, based on the total ligand concentration of the eluate, and away step to obtain a predicted chromatogram,
Method for simulating a chromatogram including
演算装置および記録部を備え、フロンタルゲルろ過法におけるクロマトグラムをシミュレーションするシステムであって、
前記演算装置が、
移動相および固定相を有するゲルろ過カラムの充填剤のサイズrgを設定するステップと、
前記ゲルろ過カラムの最小機能単位の容積vuを、前記充填剤の前記サイズrgに基づいて設定するステップと、
前記ゲルろ過カラムの分離特性である、移動相容積v0u、固定相容積viu、およびタンパク質が入り込める前記固定相中の容積vipを、前記最小機能単位の前記容積vuに基づいて設定し、且つ、リガンドの前記充填剤への可逆的な結合を意味するngとKgまたは係数kを設定するステップと、
前記ゲルろ過カラムにおける前記最小機能単位の積層数mを設定するステップと、
1回の計算ステップにおいて前記ゲルろ過カラムに流す液量dVを、前記移動相容積v0uに基づいて、前記移動相容積v0u未満の値に設定するステップと、
前記ゲルろ過カラムに流す試料の液量Vsを、前記積層数mおよび前記移動相容積v0uに基づいて設定するステップと、
前記ゲルろ過カラムに流す総液量Vmaxを、前記積層数m、前記移動相容積v0u、および前記タンパク質が入り込める前記固定相中の前記容積vipに基づいて設定するステップと、
前記試料の総タンパク質濃度P0および前記試料の総リガンド濃度C0を設定するステップと、
前記タンパク質および前記リガンドの結合反応に対する解離定数Kdを設定するステップと、
前記移動相の総タンパク質濃度Pt、総タンパク質量QP、前記移動相の総リガンド濃度Lt、および総リガンド量QLの初期値を設定し、且つ、第1番目の前記最小機能単位から順番に、
1番目の前記最小機能単位については、
前記試料の前記ゲルろ過カラムへの流入が続いている間は、
総タンパク質量QP=QP(1)+P0×dV−Pt(1)×dV
総リガンド量QL =QL(1)+C0×dV−Lt(1)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、
前記試料の前記ゲルろ過カラムへの流入が完了した後は、
総タンパク質量QP=QP(1)−Pt(1)×dV
総リガンド量QL =QL(1)−Lt(1)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、
i(iは2以上の自然数)番目の前記最小機能単位については、
総タンパク質量QP=QP(i)+Pt(i−1)×dV−Pt(i)×dV
総リガンド量QL =QL(i)+Lt(i−1)×dV−Lt(i)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、
1番目の前記最小機能単位およびi番目の前記最小機能単位について、新しい移動相の前記総タンパク質濃度Ptおよび前記総リガンド濃度Ltを、
および
に基づいて計算するステップと、
溶出容積、溶出液の総タンパク質濃度、溶出液の総リガンド濃度に基づいて、予測クロマトグラムを得るステップと、
を実行する、クロマトグラムのシミュレーションシステム。
A system that includes an arithmetic unit and a recording unit, and simulates a chromatogram in a frontal gel filtration method,
The arithmetic unit is
And Luz step to set the size rg of filler gel filtration column with a mobile phase and a stationary phase,
The volume vu minimal functional unit of the gel filtration column, and answering step be set based on the size rg of the filler,
The mobile phase volume v0u, the stationary phase volume viu, and the volume vip in the stationary phase into which the protein can enter, which are separation characteristics of the gel filtration column, are set based on the volume vu of the minimum functional unit, and a ligand and Luz step to set the ng and Kg or coefficients k, which means reversible binding of to the filler,
And Luz step to set the stacking number m of the minimal functional unit in the gel filtration column,
A liquid volume dV passing the gel filtration column in one calculation step, based on said mobile phase volume V0u, and answering step be set to a value less than said mobile phase volume V0u,
The liquid volume Vs of the sample to flow to the gel filtration column, and answering step be set based on the stack number m and the mobile phase volume V0u,
The total volume Vmax to be supplied to the gel filtration column, the number of stacked layers m, and answering step be set based on the volume vip of the mobile phase volume V0u, and the stationary phase in which the protein is Hairikomeru,
And Luz step to set the total ligand concentration C0 of the total protein concentration P0 and the sample of the sample,
And Luz step to set the dissociation constant Kd for the binding reaction of the protein and the ligand,
Set initial values of total protein concentration Pt, total protein amount QP, total ligand concentration Lt, and total ligand amount QL of the mobile phase, and in order from the first minimum functional unit,
For the first minimum functional unit,
While the sample continues to flow into the gel filtration column,
Total protein amount QP = QP (1) + P0 × dV−Pt (1) × dV
Total ligand amount QL = QL (1) + C0 × dV−Lt (1) × dV
And calculating the total protein amount QP and the total ligand amount QL of the new mobile phase,
After the flow of the sample into the gel filtration column is complete,
Total protein amount QP = QP (1) −Pt (1) × dV
Total ligand amount QL = QL (1) −Lt (1) × dV
And calculating the total protein amount QP and the total ligand amount QL of the new mobile phase,
With respect to the i-th (i is a natural number of 2 or more) th smallest functional unit,
Total protein amount QP = QP (i) + Pt (i−1) × dV−Pt (i) × dV
Total ligand amount QL = QL (i) + Lt (i−1) × dV−Lt (i) × dV
And calculating the total protein amount QP and the total ligand amount QL of the new mobile phase,
For the first minimal functional unit and the ith minimal functional unit, the total protein concentration Pt and the total ligand concentration Lt of the new mobile phase are:
and
And Luz steps be calculated on the basis of,
Elution volume, the total protein concentration of the eluate, based on the total ligand concentration of the eluate, and away step to obtain a predicted chromatogram,
Perform a chromatogram simulation system.
演算装置および記録部を備えるコンピュータにおいて、フロンタルゲルろ過法におけるクロマトグラムをシミュレーションするプログラムであって、
前記コンピュータに、
移動相および固定相を有するゲルろ過カラムの充填剤のサイズrgを設定する機能と、
前記ゲルろ過カラムの最小機能単位の容積vuを、前記充填剤の前記サイズrgに基づいて設定する機能と、
前記ゲルろ過カラムの分離特性である、移動相容積v0u、固定相容積viu、およびタンパク質が入り込める前記固定相中の容積vipを、前記最小機能単位の前記容積vuに基づいて設定し、且つ、リガンドの前記充填剤への可逆的な結合を意味するngとKgまたは係数kを設定する機能と、
前記ゲルろ過カラムにおける前記最小機能単位の積層数mを設定する機能と、
1回の計算ステップにおいて前記ゲルろ過カラムに流す液量dVを、前記移動相容積v0uに基づいて、前記移動相容積v0u未満の値に設定する機能と、
前記ゲルろ過カラムに流す試料の液量Vsを、前記積層数mおよび前記移動相容積v0uに基づいて設定する機能と、
前記ゲルろ過カラムに流す総液量Vmaxを、前記積層数m、前記移動相容積v0u、および前記タンパク質が入り込める前記固定相中の前記容積vipに基づいて設定する機能と、
前記試料の総タンパク質濃度P0および前記試料の総リガンド濃度C0を設定する機能と、
前記タンパク質および前記リガンドの結合反応に対する解離定数Kdを設定する機能と、
前記移動相の総タンパク質濃度Pt、総タンパク質量QP、前記移動相の総リガンド濃度Lt、および総リガンド量QLの初期値を設定し、且つ、第1番目の前記最小機能単位から順番に、
1番目の前記最小機能単位については、
前記試料の前記ゲルろ過カラムへの流入が続いている間は、
総タンパク質量QP=QP(1)+P0×dV−Pt(1)×dV
総リガンド量QL =QL(1)+C0×dV−Lt(1)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、
前記試料の前記ゲルろ過カラムへの流入が完了した後は、
総タンパク質量QP=QP(1)−Pt(1)×dV
総リガンド量QL =QL(1)−Lt(1)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、
i(iは2以上の自然数)番目の前記最小機能単位については、
総タンパク質量QP=QP(i)+Pt(i−1)×dV−Pt(i)×dV
総リガンド量QL =QL(i)+Lt(i−1)×dV−Lt(i)×dV
の関係に基づいて、新しい移動相の前記総タンパク質量QPおよび前記総リガンド量QLを計算し、
1番目の前記最小機能単位およびi番目の前記最小機能単位について、新しい移動相の前記総タンパク質濃度Ptおよび前記総リガンド濃度Ltを、
および
に基づいて計算する機能と、
溶出容積、溶出液の総タンパク質濃度、溶出液の総リガンド濃度に基づいて、予測クロマトグラムを得る機能と、
を実現させる、クロマトグラムのシミュレーションプログラム。
In a computer comprising an arithmetic unit and a recording unit, a program for simulating a chromatogram in a frontal gel filtration method,
In the computer,
A mobile phase and to that function sets the size rg of filler gel filtration column with a stationary phase,
The volume vu minimal functional unit of the gel filtration column, and to that function set based on the size rg of the filler,
The mobile phase volume v0u, the stationary phase volume viu, and the volume vip in the stationary phase into which the protein can enter, which are separation characteristics of the gel filtration column, are set based on the volume vu of the minimum functional unit, and a ligand wherein the reversible ng and Kg or machine to set the coefficient k ability which means binding of filler,
Wherein the minimum feature to that function sets the stacking number m of units in the gel filtration column,
A liquid volume dV passing the gel filtration column in one calculation step, and on the basis of the mobile phase volume V0u, the mobile phase volume set to that feature to a value less than V0u,
The liquid volume Vs of the sample to flow to the gel filtration column, and to that function set based on the stack number m and the mobile phase volume V0u,
The total volume Vmax to be supplied to the gel filtration column, and the number of laminations m, the mobile phase volume V0u, and to that function set based on the volume vip of the stationary phase in which the protein is Hairikomeru,
And that functions to set the total ligand concentration C0 of the total protein concentration P0 and the sample of the sample,
Wherein the protein and to that function set to the dissociation constant Kd for the binding reaction of the ligand,
Set initial values of total protein concentration Pt, total protein amount QP, total ligand concentration Lt, and total ligand amount QL of the mobile phase, and in order from the first minimum functional unit,
For the first minimum functional unit,
While the sample continues to flow into the gel filtration column,
Total protein amount QP = QP (1) + P0 × dV−Pt (1) × dV
Total ligand amount QL = QL (1) + C0 × dV−Lt (1) × dV
And calculating the total protein amount QP and the total ligand amount QL of the new mobile phase,
After the flow of the sample into the gel filtration column is complete,
Total protein amount QP = QP (1) −Pt (1) × dV
Total ligand amount QL = QL (1) −Lt (1) × dV
And calculating the total protein amount QP and the total ligand amount QL of the new mobile phase,
With respect to the i-th (i is a natural number of 2 or more) th smallest functional unit,
Total protein amount QP = QP (i) + Pt (i−1) × dV−Pt (i) × dV
Total ligand amount QL = QL (i) + Lt (i−1) × dV−Lt (i) × dV
And calculating the total protein amount QP and the total ligand amount QL of the new mobile phase,
For the first minimal functional unit and the ith minimal functional unit, the total protein concentration Pt and the total ligand concentration Lt of the new mobile phase are:
and
And to that function calculated on the basis of,
Elution volume, the total protein concentration of the eluate, based on the total ligand concentration of the eluate, and the resulting Ru function prediction chromatogram,
Chromatogram simulation program that realizes
ルろ過カラムを用いて実試料を分析し評価する方法であって、
前記ゲルろ過カラムが、請求項1〜3のいずれかに記載の方法、システムまたはプログラムにおいて、シミュレーションの入力に用いた設計パラメータに基づいて作製されており、当該設計パラメータが、前記ゲルろ過カラムの充填剤のサイズrgと、前記ゲルろ過カラムの最小機能単位の容積vuと、前記最小機能単位の分離特性である、移動相容積v0u、固定相容積viu、およびタンパク質が入り込める前記固定相中の容積vipと、前記最小機能単位の積層数mとを含み、
リガンドのみを含む第1の試料の第1のクロマトグラムを測定する第1のステップと、
タンパク質のみを含む第2の試料の第2のクロマトグラムを測定する第2のステップと、
前記ゲルろ過カラムの容積に占める移動相の比率と固定相の比率とを計算する第3のステップと、
前記タンパク質および前記リガンドの混合液の第3のクロマトグラムを測定する第4のステップと、
前記第2のクロマトグラムおよび前記第3のクロマトグラムの間の前記タンパク質の溶出パターンと、前記第3のクロマトグラムから前記第1のクロマトグラムを引き算した差クロマトグラムとに基づいて、前記設計パラメータの妥当性を判断する第5のステップと、を含むゲルろ過カラムの評価方法。
A method of analyzing and evaluating the actual sample using gel filtration columns,
The method, system or program according to any one of claims 1 to 3, wherein the gel filtration column is prepared based on design parameters used for simulation input, and the design parameters are determined by the gel filtration column. The size rg of the packing material, the volume vu of the minimum functional unit of the gel filtration column, the separation characteristics of the minimum functional unit, the mobile phase volume v0u, the stationary phase volume viu, and the volume in the stationary phase into which the protein can enter vip and the number m of the minimum functional units stacked,
A first step of measuring a first chromatogram of a first sample containing only the ligand;
A second step of measuring a second chromatogram of a second sample containing only protein;
A third step of calculating a ratio of the mobile phase and a ratio of the stationary phase in the volume of the gel filtration column;
A fourth step of measuring a third chromatogram of a mixture of the protein and the ligand;
Based on the elution pattern of the protein between the second chromatogram and the third chromatogram and the difference chromatogram obtained by subtracting the first chromatogram from the third chromatogram, the design parameter And a fifth step of determining the validity of the gel filtration column evaluation method.
前記第1のステップが、
前記第1のクロマトグラムの測定を、前記ゲルろ過カラムに注入する前記第1の試料の量を変えて行い、前記リガンドが元の濃度のまま台形状に溶出するのに必要な試料量を求める第1Aのステップと、
前記ゲルろ過カラムに注入した前記リガンドの全量が前記ゲルろ過カラムから溶出していることを確認する第1Bのステップと、
前記第1のクロマトグラムの立ち上がりパターンから、前記リガンドの溶出容積を求める第1Cのステップとを含み、
前記第2のステップが、
前記第1Aのステップにて求めた前記試料量と同じ量のタンパク質を前記ゲルろ過カラムに注入する第2Aのステップと、
前記第2のクロマトグラムの立ち上がりパターンから、前記タンパク質の溶出容積を求める第2Bのステップとを含み、
前記第3のステップが、
前記タンパク質が前記固定相のみに局在すると仮定して、前記第2Bのステップにて求めた前記タンパクの前記溶出容積から、前記ゲルろ過カラムの容積に占める前記移動相の比率と前記固定相の比率とを計算する第3Aのステップと、
前記第1Cのステップにて求めた前記リガンドの前記溶出容積と、前記第2Bのステップにて求めた前記タンパクの前記溶出容積とから、前記ゲルろ過カラムの容積に占める前記固定相の比率の実効値を計算する第3Bのステップとを含み、
前記第4のステップが、
前記第1Aのステップと同じ濃度および同じ量のタンパク質と、前記第2Aのステップと同じ濃度および同じ量のリガンドとを含む混合液を、前記ゲルろ過カラムに注入する第4Aのステップと、
前記第3のクロマトグラムに元の試料がそのまま溶出している台形部分が認められない場合に、前記台形部分が出現するまで前記ゲルろ過カラムに注入する試料の量を増大させる第4Bのステップと、
前記第4Bのステップにおいて、注入する試料の量を増大させた場合に、増大させた後の試料の量で前記第1のステップおよび前記第2のステップを再度実行する第4Cのステップとを含み、
前記第5のステップが、
前記第2のクロマトグラムおよび前記第3のクロマトグラムの間で、前記タンパク質の溶出パターンが一致することを確認する第5Aのステップと、
前記差クロマトグラムの前の正のピークの面積と、前記差クロマトグラムの後の負のピークの面積とが等しいことを確認する第5Bのステップとを含む、請求項4に記載のゲルろ過カラムの評価方法。
The first step comprises:
The measurement of the first chromatogram is performed by changing the amount of the first sample injected into the gel filtration column, and the amount of sample required for the ligand to elute in a trapezoidal shape with the original concentration is obtained. Step 1A;
Step 1B for confirming that the total amount of the ligand injected into the gel filtration column is eluted from the gel filtration column;
1C of determining the elution volume of the ligand from the rising pattern of the first chromatogram,
The second step comprises:
Step 2A for injecting the same amount of protein as the amount of sample obtained in Step 1A into the gel filtration column;
2B of determining the elution volume of the protein from the rising pattern of the second chromatogram,
The third step is
Assuming that the protein is localized only in the stationary phase, from the elution volume of the protein determined in the step 2B, the ratio of the mobile phase to the volume of the gel filtration column and the stationary phase The step 3A of calculating the ratio;
Effective ratio of the stationary phase in the volume of the gel filtration column from the elution volume of the ligand determined in the step 1C and the elution volume of the protein determined in the step 2B. A 3B step of calculating a value,
The fourth step includes
Step 4A injecting a mixture containing the same concentration and amount of protein as in Step 1A and the same concentration and amount of ligand as in Step 2A into the gel filtration column;
Step 4B of increasing the amount of sample injected into the gel filtration column until the trapezoidal portion appears when the trapezoidal portion in which the original sample is eluted as it is is not recognized in the third chromatogram. ,
In the step 4B, when the amount of the sample to be injected is increased, the step 4C includes performing the first step and the second step again with the increased amount of the sample. ,
The fifth step comprises
Step 5A for confirming that the elution pattern of the protein matches between the second chromatogram and the third chromatogram;
The gel filtration column of claim 4, comprising the step of 5B confirming that the area of the positive peak before the difference chromatogram and the area of the negative peak after the difference chromatogram are equal. Evaluation method.
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