JP6409528B2 - アミノ基を含むイオン交換基とブチル基を含む疎水性基とを有する多孔性セルロース粒子及びそれを含むクロマトグラフィー担体ならびにb型肝炎ウィルスのウィルス様粒子の精製方法 - Google Patents

アミノ基を含むイオン交換基とブチル基を含む疎水性基とを有する多孔性セルロース粒子及びそれを含むクロマトグラフィー担体ならびにb型肝炎ウィルスのウィルス様粒子の精製方法 Download PDF

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Description

本発明は、アミノ基を含むイオン交換基とブチル基を含む疎水性基とを有する多孔性セルロース粒子及びそれを含むクロマトグラフィー担体に関する。本発明はまた、該クロマトグラフィー担体を用いたB型肝炎ウィルスのウィルス様粒子の精製方法に関する。
B型肝炎は、B型肝炎ウィルス(HBV)によって引き起こされ、世界中でキャリアが約4億人以上存在し、年間50万人以上が死亡していると推定される重大な疾病である。予防にはHBs抗原を有効成分とするワクチンが有効であり、現在は第一世代のウィルスそのものを用いた弱毒化ワクチンから、第二世代の感染性のないウィルス様粒子(VLP)ワクチンが主流となっている。VLPは、感染性及び伝播性を持ったウィルスから遺伝子やコアタンパク質などの細胞由来の混入物質を除いたものを人工的に作り出した擬似ウィルス粒子であり、現在国内で承認されている2種のHBVワクチンは、HBV表面抗原のPre−S1及びPre−S2を除いたS領域を遺伝子組換え技術を使って作ったVLPを主成分としたものである。この組換えタンパク質の宿主としては大腸菌、酵母及び動物細胞などがあり、中でも、Saccharomyces cerevisiae、Pichia pastoris、Hansenura polymorphaなどの酵母を使った製法が主流である。
B型肝炎ウィルスのVLPワクチンの製造は、VLP産生組換え微生物を培養してワクチンを作る上流工程と、培養液を遠心分離などによって清澄化し、アフィニティクロマトグラフィー、疎水性クロマトグラフィー及びイオン交換クロマトグラフィーなどの各種クロマトグラフィーを用いて共雑物中から混入物質を除去し、精密・限界濾過膜などを用いて最終濾過してワクチンを分離精製する下流工程とからなる。特にクロマトグラフィーによる精製工程では、独自の分離特性を持つミックスモード・クロマトグラフィー担体の使用が有効であることが知られている。
従来、クロマトグラフィーによる分離精製工程において、アガロースビーズにn−ブチルアミンを共有結合させてなるブチルアガロースクロマトグラフィー担体を用いたアフィニティクロマトグラフィーにより培養液を分離精製する方法が知られている(米国特許第4707542号明細書(特許文献1)及び特開昭62−258398号公報(特許文献2)など)。この方法では、低塩化ナトリウム濃度で目的物を吸着させ、界面活性剤を用いて溶出させるといったスケールアップ精製に有利な方法が採用されている。しかし、一般的に、ブチルアガロースクロマトグラフィー担体の製造には、毒物である臭化シアンが使用されており、製法上好ましいとはいえない。また、いくつかの誘導体が副生することから、同一製品を安定供給するという点で課題が残る。また、この方法では、アガロースビーズにブチル基とアミノ基とが等量ずつ導入されるため、分離特性を自由に調節することができない。
また、別の方法として、ハイドロキシアパタイト担体を用いたアフィニティクロマトグラフィーにより培養液を分離精製する方法が知られている(特開昭60−78999号公報(特許文献3))。しかし、この方法では、高価で初期投資が必要な超遠心法を組み合わせる必要がある。また、アフィニティクロマトグラフィーの前処理段階で工業生産に適さない硫安沈殿法を用いており、実用化には至っていない。
米国特許第4707542号明細書 特開昭62−258398号公報 特開昭60−78999号公報
このような状況において、スケールアップ精製に有利な条件で使用でき、且つ、分離特性を自由に調節することが可能なクロマトグラフィー担体の提供が望まれている。また、毒物を使用せず安定供給が可能なクロマトグラフィー担体の提供が望まれている。
本発明者等は、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、アミノ基を含むイオン交換基とブチル基を含む疎水性基とをそれぞれセルロース粒子に導入することで、疎水性基及びイオン交換基の量比を自由に調節することができ、用途に応じて所望の分離特性を有するクロマトグラフィー担体を提供することができることを見出した。本発明者等はさらに、セルロース粒子に含まれる水酸基の一部にブチル基とグリシジル基とを有する化合物を反応させることでセルロース粒子にブチル基を含む疎水性基を導入することができ、次いで、該水酸基の他の一部にエピハロヒドリンを反応させてエポキシ化した後、アンモニア水を加えて反応させることでアミノ基を含むイオン交換基を導入することができることを見出した。この方法によれば、毒物を使用せずに、多孔性セルロース粒子に導入される疎水性基及びイオン交換基をそれぞれ独立に、任意の量、導入することができる。本発明者等は、得られた本発明のクロマトグラフィー用担体が、B型肝炎ウィルスのVLPワクチンの精製等に有用であることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下に示した多孔性セルロース粒子、クロマトグラフィー担体、B型肝炎ウィルスのウィルス様粒子の精製方法等に関するものである。
[1]アミノ基を含むイオン交換基とブチル基を含む疎水性基とを有する多孔性セルロース粒子であって、多孔性セルロース粒子中の窒素原子含有量が1mg/g〜10mg/gの範囲である、多孔性セルロース粒子。
[2]多孔性セルロース粒子が、そのベース担体であるセルロース粒子が架橋剤により架橋された架橋セルロース粒子から得られたものである、[1]に記載の多孔性セルロース粒子。
[3]架橋剤がエピクロロヒドリンである、[2]に記載の多孔性セルロース粒子。
[4]アミノ基を含むイオン交換基が3−アミノ−2−ヒドロキシプロピル基であり、ブチル基を含む疎水性基が3−ブトキシ−2−ヒドロキシプロピル基である、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の多孔性セルロース粒子。
[5][1]〜[4]のいずれか一項に記載の多孔性セルロース粒子を含むクロマトグラフィー担体。
[6]B型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)を精製するためのものである、[5]に記載のクロマトグラフィー担体。
[7]VLPがHBs抗原のS領域である、[6]に記載のクロマトグラフィー担体。
[8][6]又は[7]に記載のクロマトグラフィー担体を用いてB型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)を精製する方法であって、
(a)B型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)を含む細胞溶解物又は培養上清を[6]又は[7]に記載のクロマトグラフィー担体と接触させ、前記VLPならびに混入物質であるタンパク質及び核酸を前記クロマトグラフィー担体に吸着させる工程と、
(b)混入物質であるタンパク質及び核酸が前記クロマトグラフィー担体に保持され、VLPが前記クロマトグラフィー担体を通過するように、前記クロマトグラフィー担体の疎水性相互作用を調節して、前記クロマトグラフィー担体から前記VLPを溶出させる工程と、を含む方法。
[9]VLPがHBs抗原のS領域である、[8]に記載の方法。
[10]工程(b)において、前記クロマトグラフィー担体の疎水性相互作用が、移動相として界面活性剤及び有機溶媒を用いることにより調節される、[8]又は[9]に記載の方法。
[11][8]〜[10]のいずれか一項に記載の方法によって調製された前記VLPを含むワクチン。
本発明の多孔性セルロース粒子は、アミノ基を含むイオン交換基及びブチル基を含む疎水性基をそれぞれ独立に任意の量で導入することができる。多孔性セルロース粒子中の疎水性基及びイオン交換基の導入量及びその量比を調節することにより所望の分離特性を付与することができる。本発明の好ましい態様によれば、本発明の多孔性セルロース粒子は毒物を使用せずに製造することができ、安定供給が可能である。
本発明の多孔性セルロース粒子は、スケールアップ精製に有利な条件で使用することができ、ミックスモード・クロマトグラフィー担体として好適に用いることができる。本発明のクロマトグラフィー担体は、特にB型肝炎ウィルスのVLPの精製に有用である。本発明のクロマトグラフィー担体を用いることにより、B型肝炎ウィルスのVLPをタンパク質及び核酸などの混入物質から分離精製することができる。
図1は、HBs抗原を本発明のクロマトグラフィー担体を用いて精製した時のクロマトグラムである。
以下、本発明の多孔性セルロース粒子、クロマトグラフィー担体、B型肝炎ウィルスのウィルス様粒子の精製方法等について詳しく説明する。
<多孔性セルロース粒子>
本発明の多孔性セルロース粒子は、アミノ基を含むイオン交換基とブチル基を含む疎水性基とを有する多孔性セルロース粒子であって、多孔性セルロース粒子中の窒素原子含有量が1mg/g〜10mg/gの範囲であることを特徴としている。本発明の多孔性セルロース粒子は、上記のようにアミノ基を含むイオン交換基とブチル基を含む疎水性基とをそれぞれ独立に任意の量で導入することができる。
アミノ基を含むイオン交換基としては、少なくともアミノ基を含み、セルロース粒子の水酸基に導入できるものであれば特に制限されない。例えば、多官能性化合物を介してセルロース粒子にアミノ基を付加させることができるものなどが挙げられる。具体的には、エピクロロヒドリンで活性化した後、続いてアンモニアを付加させることで導入される3−アミノ−2−ヒドロキシプロピル基などが挙げられる。アミノ基を含むイオン交換基を有することにより、本発明の多孔性セルロース粒子のイオン交換相互作用を高めることができる。
ブチル基を含む疎水性基としては、少なくともブチル基を含み、セルロース粒子の水酸基に導入できるものであれば特に制限されない。例えば、分子内に反応性官能基とブチル基を持つ化合物などが挙げられる。具体的には、ブチルグリシジルエーテルのグリシジル基を利用して導入される3−ブトキシ−2−ヒドロキシプロピル基などが挙げられる。ブチル基を含むことにより、多孔性セルロース粒子の疎水性相互作用を高めることができる。
本発明の多孔性セルロース粒子中の窒素原子含有量は、1mg/g〜10mg/gの範囲であることが好ましく、より好ましくは2〜5mg/g、更に好ましくは3〜4mg/gの範囲である。窒素原子含有量が、上記の範囲であると、目的物を低塩濃度で吸着させ、且つ、低塩濃度のまま界面活性剤などを使って溶出させることができる。また、本発明の多孔性セルロース粒子を特にB型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)の精製に用いる場合にも適している。
本発明の多孔性セルロース粒子中のブチル基含有量は特に制限されないが、多孔性セルロース粒子中のブチル基含有量が、セルロース粒子に含まれる水酸基の一部がブチル基を含む疎水性基で置換された後であって、且つ、アミノ基を含むイオン交換基で置換される前の多孔性セルロース粒子をカラムに充填し、該カラムを2mol/Lの硫酸アンモニウムを含んだ0.2mol/Lリン酸緩衝液(pH7.0)で平衡化し、該緩衝液に溶解させたリゾチームを吸着させて、硫酸アンモニウムを含んだ0.2mol/Lリン酸緩衝液(pH7.0)にて溶出させた場合に、硫酸アンモニウム濃度1.2mol/L以上、2.0mol/L未満の範囲でリゾチームが溶出する量であることが好ましい。多孔性セルロース粒子中のブチル基含有量は、目的物の吸着量及び溶出性に関係するため、上記硫酸アンモニウム濃度の範囲でリゾチームが溶出する量に調整されることが好ましい。
また、本発明の多孔性セルロース粒子中のブチル基含有量は、実施例1に記載した方法で評価した時に、標準タンパク質であるリゾチームの溶出ピークが12〜20分の範囲に出現するように調整されることが好ましく、より好ましくは12.5〜15.0分の範囲に出現するように調整される。
本発明の多孔性セルロース粒子のベース担体として用いられるセルロース粒子としては、クロマトグラフィー担体として通常使用されるものであれば特に制限されない。中でも、架橋剤により架橋された架橋セルロース粒子であることが好ましい。原料となるセルロースは、結晶セルロースであっても非結晶セルロースであってもよいが、強度が高いことから結晶セルロースが好ましい。
セルロース粒子は、例えば結晶セルロース粉末を再生することで得ることができる。具体的には結晶セルロース粉末を直接ロダンカルシウム溶液に溶解させ、該溶液をオルト−ジクロロベンゼン等の高沸点溶媒に分散させることで、水/油(W/O)タイプの水性液滴をつくり、これにメタノール等のアルコールを加えることで、結晶セルロース粉末から多孔質セルロース粒子を再生することができる。特公昭63−62252号公報に示されるように、この方法で得られるセルロース粒子は非常に多孔質で硬度が高く、真球様の形状を示すのでクロマトグラフィー用充填剤への利用に適している。
セルロース粒子の架橋方法は特に制限されないが、本発明に用いる架橋セルロース粒子としてはエポキシド基を少なくとも一つ含む多価架橋剤を用いて架橋されたものが好ましく、中でもエピクロロヒドリンを用いて架橋されたものが好ましい。セルロース粒子の架橋方法としては、セルロース粒子の懸濁液に、所定量の無機塩の存在下、所定のモル比で架橋剤とアルカリとを所定時間以上かけて連続滴下又は分割添加して架橋することが好ましい。例えば、未架橋のセルロース粒子の懸濁液に、セルロースモノマーのモル数の6〜20倍量の塩酸塩、硫酸塩、リン酸塩及びホウ酸塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の無機塩の存在下、セルロースモノマーのモル数の4〜12倍量の架橋剤と、架橋剤のモル数の0.1〜1.5倍量のアルカリとを3時間以上かけて連続滴下又は分割滴下することが好ましい。この方法により、機械的強度が高く、耐流速性に優れた架橋セルロース粒子を得ることができる。より具体的には、特開2009−242770号公報に開示されている方法を参照することができる。この方法で得られた架橋セルロース粒子は、機械的強度が高く、高流速での使用が可能であるので、生産性の高いクロマトグラフィー担体を提供することができる。
セルロース粒子の形状は特に制限されないが、機械的強度が高く、ゲル沈降性に優れ、均一な充填床を作製できることから、球状であることが好ましい。この場合、セルロース粒子の真球度は0.8〜1.0であることが好ましい。ここで「真球度」は、セルロース粒子の短径/長径を意味する。
球状セルロース粒子は、例えば、結晶セルロースまたは結晶領域と非結晶領域とからなるセルロースを溶解し再生することで容易に得ることができる。球状セルロースの製造方法としては、例えば、特公昭55−39565号公報、特公昭55−40618号公報などに記載される酢酸エステルを経由する方法、特公昭63−62252号公報などに記載されるチオシアン酸カルシウム塩を用いた溶液から造粒する方法、特開昭59−38203号公報などに記載されるパラホルムアルデヒド・ジメチルスルホキシド溶液から製造する方法、また、特許第3663666号公報に記載されるセルロースを塩化リチウム含有のアミドに溶解させたセルロース溶液から成形する方法などが挙げられる。
球状の架橋セルロース粒子は、前述した方法などを用いて球状セルロース粒子を架橋することで得ることができる。
本発明に用いる多孔性セルロース粒子及びそのベース担体であるセルロース粒子の粒子径は30〜200μmの範囲が好ましく、より好ましくは50〜150μmの範囲である。また、平均粒子径は、30〜200μmの範囲が好ましく、より好ましくは40〜150μm、更に好ましくは50〜100μmの範囲である。
本明細書において、多孔性セルロース粒子及びそのベース担体であるセルロース粒子の粒子径は、光学顕微鏡で撮影した画像の粒子径を、ノギスなどを用いて計測して、撮影倍率から元の粒子径を求め、光学顕微鏡写真から求めたそれぞれの粒子径の値から、下記の式によって平均粒子径を算出することができる。
体積平均粒子径(M) = Σ(nd4)/Σ(nd3
[式中、dは光学顕微鏡写真から求めたそれぞれの粒子径の値を表し、nは、測定した粒子の個数を表す。]
多孔性セルロース粒子及びそのベース担体であるセルロース粒子の粒子径は細孔サイズの特性をもって特徴づけることができる。細孔サイズ特性を示す指標の一つとして、ゲル分配係数Kavがある。細孔サイズは粒子の物理的強度や精製対象となる目的物質の粒子内の拡散性との関連から、担体の流速特性や動的吸着容量に影響を与える。そのため、目的に応じた最適な設計が必要となる。動的吸着容量の観点から、特に、本発明に用いる多孔性セルロース粒子及びそのベース担体であるセルロース粒子の細孔サイズは、重量平均分子量1.5×10Daの標準ポリエチレンオキシドにおいて純水を移動相として使用したときのゲル分配係数Kavが、0.15〜0.6の範囲であるものが好ましく、より好ましくは0.2〜0.55、更に好ましくは0.3〜0.5の範囲である。
ゲル分配係数Kavは、特定の分子量を有する標準物質(例えば、ポリエチレンオキシド)の溶出体積およびカラム体積の関係から次式により求めることができる。
Kav=(Ve−V)/(Vt−V
[式中、Veはサンプルの保持容量(mL)、Vtは空カラム体積(mL)、Vはブルーデキストラン保持容量(mL)を表す。]
ゲル分配係数Kavの測定方法は、例えば、L.Fischer著生物化学実験法2「ゲルクロマトグラフィー」第1版(東京化学同人)等に記載されている。本発明に用いるセルロース粒子のゲル分配係数Kavは、例えば、粒子形成時のセルロースの溶解濃度を制御することにより調整することができる。
本発明の多孔性セルロース粒子は、公知の反応を組み合わせることにより製造することができる。例えば、セルロース粒子に含まれる水酸基の一部に、ブチル基を含む疎水性基を導入し、次いで、該水酸基の他の一部にアミノ基を含むイオン交換基を導入することで本発明の多孔性セルロース粒子を得ることができる。あるいは、アミノ基を含むイオン交換基を先に導入してもよい。
セルロース粒子に含まれる水酸基の一部にブチル基を含む疎水性基を導入する方法としては、例えば、ブチル基と反応性官能基を含む化合物を用いる方法などが挙げられる。中でも、ブチル基とグリシジル基とを含む化合物をセルロース粒子と反応させる方法が好ましい。この方法によれば、毒物を使用することなく、簡便な方法で、セルロース粒子にアミノ基を含むイオン交換基を導入することができる。
セルロース粒子に含まれる水酸基の他の一部にアミノ基を含むイオン交換基を導入する方法としては、例えば、多官能性の試薬を用いてアミノ基を導入する方法などが挙げられる。中でも、セルロース粒子にエピクロロヒドリンを反応させて、他の水酸基の一部をエポキシ化し、その後、アンモニアと反応させる方法が好ましい。この方法によれば、毒物を使用することなく、簡便な方法で、セルロース粒子にブチル基を含む疎水性基を導入することができる。
本発明の好ましい態様において、本発明の多孔性セルロース粒子は、架橋セルロース粒子に含まれる水酸基の一部が3−アミノ−2−ヒドロキシプロピル基(−CHCH(OH)CHNH)で置換され、且つ、該水酸基の他の一部が3−ブトキシ−2−ヒドロキシプロピル基(−CHCH(OH)CHOC)で置換されてなる。上記多孔性セルロース粒子は、機械的強度が高く、分離特性に優れており、クロマトグラフィー担体として特に適している。また、毒物を使用することがなく、反応上誘導体の副生を抑制しながら簡便な方法で製造することができるため、安定供給の点でも優れている。
上記の多孔性セルロース粒子は、例えば、以下の方法により製造することができる。
<工程a>
まず、架橋セルロース粒子にブチルグリシジルエーテルを反応させてブチル基を導入する。
反応容器に水及び硫酸ナトリウム、更に架橋セルロース粒子を加えて均一なスラリーとなるように攪拌する。これに水酸化ナトリウム水溶液を加え、0.5〜2.0時間攪拌する。
次いで、ブチルグリシジルエーテルを加え、反応液を45〜55℃まで昇温し、液温が一定温度に達した後、6〜48時間攪拌しながら反応させる。
反応終了後、反応液を吸引濾過し、得られた湿ゲルを水で中性になるまで洗浄して、架橋セルロース粒子にブチル基が導入された化合物を湿ゲルとして得ることができる。
硫酸ナトリウムの使用量は、反応液中の水分に対して、通常、5〜50質量%の範囲であり、好ましくは20〜30質量%の範囲である。
水酸化ナトリウム水溶液の濃度及び使用量は、反応液中の濃度が1〜10質量%になるように加えることが好ましい。
ブチルグリシジルエーテルの使用量は、架橋セルロース粒子に導入したいブチル基の量に応じて適宜調整することができる。例えば、セルロースモノマーのモル数の0.05〜2.0倍量が好ましく、より好ましくは0.1〜0.6倍量、更に好ましくは0.2〜0.4倍量である。ここで、「セルロースモノマー」とは、セルロースの構成単位であるグルコースユニットを意味し、セルロースモノマーのモル数(すなわち、重合度)は、グルコース1ユニットから水分を引いた量、すなわち分子量162を1モルとして、セルロースの乾燥重量から計算する。
<工程b>
次に、工程aで得られたブチル基を導入した架橋セルロースの他の水酸基の一部をエポキシ化する。
反応容器に水及び工程aで得られた湿ゲルを加え、0.5〜2.0時間攪拌する。次いで、反応液を25〜35℃まで昇温し、液温が一定温度に達した後、水酸化ナトリウム水溶液、エピクロロヒドリンの順に加え、1.0〜5.0時間攪拌する。
反応終了後、酢酸などの弱酸を反応液が中性になるまで加え、水で洗浄した後、反応液を吸引濾過してエポキシ化した湿ゲルを得る。
水酸化ナトリウム水溶液の濃度及び使用量は、反応液中の水分に対し、1〜20質量%であり、エピクロロヒドリンに対し、1〜10倍量であることが好ましい。
エピクロロヒドリンの使用量は、次の工程で架橋セルロース粒子に導入したいアミノ基の量に応じて適宜調整することができる。例えば、工程aで得られた湿ゲルのセルロースモノマーのモル数の0.1〜50倍量が好ましく、より好ましくは1.0〜20倍量、更に好ましくは5.0〜10倍量である。
<工程c>
次に、工程bで得られたエポキシ化した架橋セルロースのエポキシ基を介してアミノ基を導入する。
反応容器に工程bで得られた湿ゲルとアンモニア水を加え、均一なスラリーとなるよう攪拌する。この反応液を30〜40℃まで昇温し、液温が一定温度に達した後、液温を維持した状態で1.0〜5.0時間攪拌しながら反応させる。
反応終了後、反応液を吸引濾過し、得られた湿ゲルを中性になるまで洗浄して、架橋セルロース粒子にブチル基及びアミノ基が導入された化合物を湿ゲルとして得ることができる。
アンモニア水の使用量は、セルロースモノマーのモル数の10倍量以上であることが好ましい。
この方法によれば、毒物を使用せずに、簡便な方法で多孔性セルロース粒子を製造することができる。また、反応上誘導体が副生し難いため、同一製品を安定供給することができる。
<クロマトグラフィー担体>
本発明の多孔性セルロース粒子は、アミノ基及びブチル基が導入されていることによりイオン交換相互作用及び疎水性相互作用を有する。この性質を利用して、本発明の多孔性セルロース粒子を、例えば、クロマトグラフィー担体として好適に使用することができる。本発明の多孔性セルロース粒子は、アミノ基及びブチル基の導入量及びその量比を調節することができるので、イオン交換相互作用及び疎水性相互作用のバランスを制御して、目的に応じた所望の分離特性を付与することができる。また、イオン交換相互作用及び疎水性相互作用のバランスを変化させることによって目的物質の吸着及び溶出を制御することができる。
また、本発明のクロマトグラフィー担体は、ベースゲルとしてセルロース粒子を使用しているため広いpH領域で使用することが可能であり、低塩化ナトリウム濃度で目的物を吸着させ、界面活性剤で溶出させるといったスケールアップ精製に有利な条件で使用することができる。また、本発明のクロマトグラフィー担体は、毒物を使用せず、安定供給が可能であるといった利点も有している。
本発明の多孔性セルロース粒子の用途として具体的には、例えば、B型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)を精製するためのミックスモード・クロマトグラフィー担体が好ましく挙げられる。VLPは、HBs抗原のS領域を遺伝子組換え技術を使って製造されたものであることが好ましい。本発明の多孔性セルロース粒子を用いることにより、B型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)から細胞由来の混入物質を除去することができる。
<B型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)の精製>
上述したとおり、本発明の多孔性セルロース粒子は、B型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)を精製するためのミックスモード・クロマトグラフィー担体として好適に用いることができる。本発明のB型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)の精製方法によれば、本発明のクロマトグラフィー担体を用いることにより、B型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)を工業的に精製することが可能である。
本発明のクロマトグラフィー担体は、酸性域で使用できることから、例えば、米国特許第4707542号明細書に記載される従来法で用いられるミックスモード・クロマトグラフィーであるブチルアガロースの代替品として使用することもできる。ブチルアガロースクロマトグラフィー担体に替えて本発明のクロマトグラフィー担体を用いることにより、スケールアップ精製が可能であり、且つ、毒物を使用せずに安定してB型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)を工業的に精製することができる。
例えば、本発明のB型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)の精製方法は、
(a)B型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)を含む細胞溶解物又は培養上清を本発明のクロマトグラフィー担体と接触させ、前記VLPならびに混入物質であるタンパク質及び核酸を前記クロマトグラフィー担体に吸着させる工程と、
(b)混入物質であるタンパク質及び核酸が前記クロマトグラフィー担体に保持され、VLPが前記クロマトグラフィー担体を通過するように、前記クロマトグラフィー担体の疎水性相互作用を調節して、前記クロマトグラフィー担体から前記VLPを溶出させる工程とを含むことができる。
まず、B型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)を含む細胞溶解物又は培養上清を調製する。
B型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)を含む細胞溶解物は、組換えDNA技術を利用してVLPを産生するように形質転換されたVLP産生組換え微生物、例えば、大腸菌、酵母及び動物細胞等を、適当な培地及び培養条件で培養して、VLPを産生し蓄積させた後、得られた培養液を緩衝液中で破砕処理することにより得られる。
VLP産生組換え微生物としては、Saccharomyces cerevisiae、Pichia pastoris、Hansenura polymorphaなどの酵母を用いることが好ましい。
破砕処理は、例えば、超音波破砕、グラスビーズ破砕、マントン・ゴーリン破砕、あるいは、細胞の細胞壁を酵素的に溶解せしめてスフエロプラスト化した後、これに界面活性剤を作用させて破砕するなどの方法により実施することができる。
得られた細胞溶解物は、遠心分離にかけ、細胞壁破片等の破砕物を分離し、必要に応じてメンブランフィルターを用いて濾過処理して大きな粒子物を取り除いて培養上清としてもよい。
得られた細胞溶解物又は培養上清は、本発明のクロマトグラフィー担体にかけられる前に、必要に応じてPEGによる沈殿、CaClによる沈殿、超遠心、イオン交換クロマトグラフィー、疎水クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、ゲルろ過、シリカゲルによる吸着、限外ろ過、透析などの方法やあるいはそれらの組合せを用いて清涼化処理されてもよい。
得られた細胞溶解物又は培養上清は、本発明のクロマトグラフィー担体と接触させることにより、VLPならびに混入物質であるタンパク質及び核酸を該クロマトグラフィー担体に吸着させ、非吸着物であるその他の不純物を分離溶出させる。この際、細胞溶解物又は培養上清のpHは、緩衝液で調節することができる。例えばpHを7未満または7以上に調節する。それによって、除けなかった不純物が除ける可能性がある。
緩衝液としては、リン酸塩、カルボン酸塩、硫酸塩、酢酸塩、クエン酸塩、トリス、ビストリス、またはグッドバッファーなどを用いることができる。緩衝液の濃度は1〜1000mMの範囲であることが好ましく、より好ましくは5〜200mM、更に好ましくは10〜50mMの範囲である。
次いで、混入物質であるタンパク質及び核酸が前記クロマトグラフィー担体に保持され、VLPが前記クロマトグラフィー担体を通過するように、前記クロマトグラフィー担体の疎水性相互作用を調節して、前記クロマトグラフィー担体から前記VLPを溶出させる。ここで、VLPは、HBs抗原のS領域を遺伝子組換え技術を使って製造されたものであることが好ましい。
移動相として用いる緩衝液に界面活性剤を配合することによりクロマトグラフィー担体の疎水性相互作用を弱めるように調節することができる。界面活性剤としては、クロマトグラフィー担体の疎水性相互作用を弱めるものであれば特に制限されない。例えば、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、アシルソルビタン、ステロイド系界面活性剤、アルキルグリコシド、アルキルアルコールの硫酸エステル塩、アルキルアルコールのスルホン酸エステル塩、リゾレシチン、アルキルβアミノ酸などを用いることができる。
溶出液は、必要に応じて、精密・限外濾過膜などを用いて最終濾過してVLPを混入物質から分離精製することができる。
以上のようにして、B型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)を含む細胞溶解物又は培養上清からVLPを分離精製することができる。得られたVLPは、B型肝炎用ワクチンとして利用することができる。
必要に応じて、本発明のクロマトグラフィー担体のイオン強度を調節することにより、クロマトグラフィー担体中に保持されていた混入物質であるタンパク質及び核酸を溶出させてもよい。クロマトグラフィー担体中に保持されていた混入物質を溶出させることにより、本発明のクロマトグラフィー担体を再生して繰り返し使用することが可能になる。
クロマトグラフィー担体のイオン強度は、例えば塩化ナトリウムを添加することによって調節することができる。塩化ナトリウムの濃度は、0.5Mの以上が好ましく、より好ましくは2.0M以上である。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。
<参考例1>
〔6%球状セルロース粒子(含水)の製造〕
(1)100gのチオシアン酸カルシウム60重量%水溶液に6.4gの結晶性セルロース(旭化成ケミカルズ株式会社製、商品名:セオラスPH101)を加え、110〜120℃に加熱して溶解した。
(2)この溶液に界面活性剤としてソルビタンモノオレエート6gを添加し、130〜140℃に予め加熱したo−ジクロロベンゼン480ml中に滴下し、200〜300rpmにて攪拌分散した。
(3)次いで、上記分散液を40℃以下まで冷却し、メタノール190ml中に注ぎ、粒子の懸濁液を得た。
(4)この懸濁液を濾過分別し、粒子をメタノール190mlにて洗浄し、濾過分別した。この洗浄操作を数回行った。
(5)さらに大量の水で洗浄した後、球状セルロース粒子を得た。
(6)次いで、この球状セルロース粒子をJIS標準ふるい規格53μm〜125μmのふるいにかけて、所望の粒子径(実粒子サイズ間隔50〜150μm、平均粒子径約100μm)にし、目的の6%球状セルロース粒子(含水:セルロース溶解濃度6%)を得た。なお、ここでの平均粒子径は、光学顕微鏡で撮影した画像の粒子径を、ノギスなどを用いて計測して撮影倍率から元の粒子径を求め、それぞれの粒子径の値から、下記の式によって算出して求めた。
体積平均粒子径(M)=Σ(nd)/Σ(nd
[式中、dは光学顕微鏡写真から求めたそれぞれの粒子径の値を表し、nは測定した粒子の個数を表す。]
〔架橋6%セルロース粒子の調製〕
(1)上記で得られた6%球状セルロース粒子(含水)100gに121gの純水を加え、攪拌しながら加温した。30℃に到達したところで45重量%のNaOH水溶液3.3gとNaBH0.5gとを加え、撹拌した。初期アルカリ濃度は0.69%(w/w)であった。
(2)30分後、60gのNaSOを反応液に加え、溶解させた。混合物の温度が50℃に到達した時点で、2時間撹拌を継続した。
(3)50℃で混合物の撹拌を継続しながら、45重量%のNaOH水溶液48gと、エピクロロヒドリン50gとをそれぞれ25等分した量を、15分置きにおよそ6時間かけて添加した。
(4)添加終了後、この混合物を温度50℃で16時間反応させた。
(5)この混合物を温度40℃以下に冷却した後、酢酸2.6gを加え、中和した。
(6)反応混合物を濾過してゲルを回収し、純水で濾過洗浄し、目的の架橋6%セルロース粒子を得た。この時、株式会社堀場製作所のレーザ回折/散乱式の粒子径分布測定装置LA−950を用いて分析した平均粒子径は85μmであった。また、重量平均分子量1.5×10Daの標準ポリエチレンオキシドにおいて純水を移動相として使用したときのゲル分配係数Kavは0.38であった。
<参考例2>
〔陰イオン交換体の製造〕
0.5L容のガラス容器に参考例1の架橋6%セルロース粒子70g、純水35mLを加え攪拌した。反応液の温度を38℃に上げ、カチオマスター(四日市合成)122g、48.7%(w/w)水酸化ナトリウム4.1gを投入した。反応温度を40±2℃に維持したまま6時間攪拌した。6時間後、酢酸で反応液を中性にし、減圧ろ過を使って純水でゲルの洗浄を行った。このゲルに0.2mol/L塩酸を加え、30分間攪拌した。その後、再び減圧濾過を使って純水で中性になるまで洗浄した。減圧濾過により余分な水分を取り除き、湿ゲル61gを得た。このゲルのN含量は7300ppmであった。
<実施例1>
〔ミックスモード担体の製造 ブチル基を含む疎水性基の導入(工程a)〕
2L容のガラス容器に純水480mL、硫酸ナトリウム185gを加えた。次に参考例1の架橋6%セルロース粒子を250g加え、均一なスラリーとなるよう攪拌した。得られたスラリーに48.7%(w/w)水酸化ナトリウム水溶液76.6gを加え、1時間攪拌した。1時間後、反応液にブチルグリシジルエーテル(日本油脂株式会社製「エピオール(登録商標)B」)をそれぞれ4.8g加え、反応液を50℃まで昇温した。液温が50℃に達してから、16時間攪拌しながら反応させた。16時間後攪拌を止めスラリーを吸引ろ過した。得られた湿ゲルを純水で5回、メタノールで15回洗浄した。最後に純水で洗浄液が中性になるまで洗浄した。得られた湿ゲルは余分な水分を取り除いた状態で保存した。
得られたゲルへの疎水性基の導入を確認するため、標準タンパク質リゾチーム(生化学工業株式会社)の吸着を以下のように確認した。上記で製造したゲルおよび原料とした架橋6%セルロース粒子をそれぞれ内径6.6mmのガラスカラムに5cmとなるように詰め、各カラムを2mol/Lの硫酸アンモニウムを含んだ0.2mol/Lリン酸緩衝液(pH7.0)で平衡化した。次いで、各カラムに平衡化に用いた緩衝液で懸濁した2mg/mL Lysozyme溶液0.5mLを流速0.86mL/分で流し、さらにそのまま平衡化に使用した緩衝液を3.42mL通液した。そこから同じく各カラムに流速0.86mL/分で平衡化に使用した緩衝液を51.3 mL流す間に、直線的傾斜勾配により硫酸アンモニウムの濃度を2mol/Lから0mol/L まで下げた。この時、Lysozymeは架橋6%セルロースゲルを充填したカラムで11.3分、ブチル基を含む疎水性基を導入したゲルを充填したカラムで12.5〜17.5分の位置に溶出ピークが出現した。このことにより、架橋セルロース粒子中へブチル基を含む疎水性基が導入されたことが確認された。
〔ミックスモード担体の製造 エポキシ化(工程b)〕
(製造例1b)
1L容のガラス容器に純水85mLを入れ、工程aで製造したブチル基を有したセルロースゲル70gを加え、30分間攪拌した。反応液の温度を28〜35℃の範囲に調整し、48.7%(w/w)水酸化ナトリウム水溶液38g、エピクロロヒドリン43gの順に加え、2時間攪拌した。2時間後、酢酸を反応液が中性になるまで加えた。純水で上澄み液の電気伝導度が10μS/cm以下になるまで洗浄した後、吸引ろ過した湿ゲル86gを回収した。得られたゲルのエポキシ導入量は乾燥ゲル1gあたり47μmolであった。
(製造例2b)
純水85mLに代えて209mLを用いたこと以外は、製造例1bと同様にして湿ゲル69gを得た。得られたゲルのエポキシ導入量は乾燥ゲル1gあたり、128μmolであった。
(製造例3b)
純水85mLに代えて518mLを用いたこと以外は、製造例1bと同様にして湿ゲル69gを得た。得られたゲルのエポキシ導入量は乾燥ゲル1gあたり、229μmolであった。
〔ミックスモード担体の製造 アミノ基の導入(工程c)〕
(製造例1c)
0.3L容のガラス容器に工程b(製造例1b)で製造した湿ゲル50gと25%アンモニア水75mLを加え、均一なスラリーとなるよう攪拌した。反応液の温度を35〜40℃まで上げ、維持したまま2時間攪拌した。2時間後、吸引ろ過でろ液を除き、上澄み液が中性になるまで純水で洗浄した。その後、減圧濾過により余分な水分を取り除き、湿ゲル34gを得た。ゲルを乾燥させCHN(Carbon Hydrogen Nitrogen)元素分析により乾燥重量あたりの窒素原子含有量を求めた。得られたゲルの窒素原子含有量は2400ppm(2.4mg/g)であった。
(製造例2c)
製造例2bで製造した湿ゲル50gを用いたこと以外は、製造例1cと同様にして湿ゲル33gを得た。得られたゲルの窒素原子含有量は3100ppm(3.1mg/g)であった。
(製造例3c)
製造例3bで製造した湿ゲル50gを用いたこと以外は、製造例1cと同様にして湿ゲル34gを得た。得られたゲルの窒素原子含有量は5000ppm(5.0mg/g)であった。
<実施例2>
〔HBsAg粗精製液の調製〕
HBsAgを含んだ酵母S.cerevisiae菌体はビークル社より購入し、使用するまで−80 ℃ で保存した。移行の操作は4℃以下を維持するよう努めた。菌体約30gを100mLの破砕用バッファー(0.1mol/Lリン酸ナトリウム、0.5mol/L NaCl、2mmol/L PMSF、pH7.2)に懸濁し、ガラスビーズホモジナイザーを用いて破砕処理を行った。この破砕液を13000gで遠心して菌体破砕物を除去した。上清を回収し、終濃度10%(w/w)となるようゆっくり攪拌しながら33%(w/w)PEG6000をゆっくり加え、2時間攪拌した。攪拌を止め、そのまま一晩放置した後、8000gで30分間遠心した。得られた沈殿を0.05mol/L Tris−HCl、pH8.0でタンパク質濃度が5mg/mL程度になるよう適当に懸濁し、孔径0.2μmのフィルターでろ過した。タンパク質濃度はBCAアッセイ(Thermo Scientific)を用いて測定した。
次にこのHBsAgを含んだ液を参考例2で製造した陰イオン交換体を用いて精製した。陰イオン交換体を純水で適当にスラリー状にし、減圧下で攪拌、脱気した。そのスラリーをφ16mmのガラスカラムに流し込みゲル高さが50mmとなるようパッキングした。ゲルを詰めたガラスカラムはLCシステムに接続し、0.02mol/L Tris−HCl,pH8.0で平衡化した。これにHBsAgを含んだ液20mLを流速2.0mL/分の速度で流し、続いて0.05mol/LのNaClを含んだ0.02mol/L Tris−HCl,pH8.0をカラムの8倍容量流して非吸着物を除いた。さらに0.3mol/LのNaClを含んだ0.02mol/L Tris−HCl、pH8.0を5mL/分の速度でカラムの8倍容量流して溶出液を2.5mLずつ回収した。回収した溶出フラクションのうちタンパク質濃度が300mg/mL以上だったものを集め、0.02mol/L リン酸緩衝液、pH7.0で透析したものを次のクロマトグラフィーのサンプルとした。
〔ミックスモード担体でのHBsAg精製〕
実施例1の製造例2cで作製したミックスモード担体を純水で適当にスラリー状にし、減圧下で攪拌、脱気した。そのスラリーをφ6.6mmのガラスカラムに流し込みゲル高さが30mmとなるようパッキングした。ゲルを詰めたガラスカラムはLCシステムに接続し、0.02mol/L リン酸緩衝液,pH7.0で平衡化した。これに調製したHBsAgサンプル液(HBsAg粗精製液)2mLを流速0.5mL/分の速度で流し、続いて0.02mol/L リン酸緩衝液(pH7.0)をカラムの8倍容量流して非吸着物を除いた。そして0.1%(w/w)Triton X−100を含んだ0.02mol/L リン酸緩衝液,pH7.0をカラムの10倍容量流して溶出液を回収した。さらに0.1%(w/w)Triton X−100、2mol/L NaClを含んだ0.02mol/L リン酸緩衝液,pH7.0をカラムの10倍容量流して残留物を回収した。各画分のHBsAg濃度はELISAキット(株式会社ビークル)で、核酸濃度は「PicoGreen(登録商標)(Life Technologies社)で測定した。結果を図1及び表1に示す。
表1に示されるとおり、本発明のクロマトグラフィー担体を用いることにより、溶出画分1にB型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)を回収することができた。本発明のクロマトグラフィー担体の分離特性を更に調節することにより、更に高純度のVLPを調製することが可能である。
本発明の多孔性セルロース粒子は、イオン交換相互作用及び疎水性相互作用を有しており、これらのバランスを適宜調節することにより独自の分離特性を示すことができることから、バイオ医薬品の精製等に用いられるクロマトグラフィー担体として有用である。特にB型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)精製用のクロマトグラフィー担体として好適に用いることができる。

Claims (10)

  1. 3−アミノ−2−ヒドロキシプロピル基3−ブトキシ−2−ヒドロキシプロピル基とを有する多孔性セルロース粒子であって、多孔性セルロース粒子中の窒素原子含有量が1mg/g〜10mg/gの範囲である、多孔性セルロース粒子。
  2. 多孔性セルロース粒子が、そのベース担体であるセルロース粒子が架橋剤により架橋された架橋セルロース粒子から得られたものである、請求項1に記載の多孔性セルロース粒子。
  3. 架橋剤がエピクロロヒドリンである、請求項2に記載の多孔性セルロース粒子。
  4. 請求項1〜のいずれか一項に記載の多孔性セルロース粒子を含むクロマトグラフィー担体。
  5. B型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)を精製するためのものである、請求項に記載のクロマトグラフィー担体。
  6. VLPがHBs抗原のS領域である、請求項に記載のクロマトグラフィー担体。
  7. 請求項又はに記載のクロマトグラフィー担体を用いてB型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)を精製する方法であって、
    (a)B型肝炎ウィルス(HBV)のウィルス様粒子(VLP)を含む細胞溶解物又は培養上清を請求項6又は7に記載のクロマトグラフィー担体と接触させ、前記VLPならびに混入物質であるタンパク質及び核酸を前記クロマトグラフィー担体に吸着させる工程と、
    (b)混入物質であるタンパク質及び核酸が前記クロマトグラフィー担体に保持され、VLPが前記クロマトグラフィー担体を通過するように、前記クロマトグラフィー担体の疎水性相互作用を調節して、前記クロマトグラフィー担体から前記VLPを溶出させる工程と、を含む方法。
  8. VLPがHBs抗原のS領域である、請求項に記載の方法。
  9. 工程(b)において、前記クロマトグラフィー担体の疎水性相互作用が、移動相として界面活性剤及び有機溶媒を用いることにより調節される、請求項又はに記載の方法。
  10. ウィルス様粒子(VLP)を含むワクチンの製造方法であって、前記VLPを請求項のいずれか一項に記載の方法によって調製することを含む、ワクチンの製造方法。
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