JP6764464B2 - 多孔性架橋セルロースゲル及びその製造方法 - Google Patents

多孔性架橋セルロースゲル及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、クロマトグラフィー用充填剤、特に抗体医薬品等のバイオ医薬品精製用吸着剤として有用な多孔性架橋セルロースゲル、及びその製造方法に関する。より詳しくは、高い空孔率と機械的強度を併せ持つ多孔性架橋セルロースゲル、及びその製造方法に関する。
近年、タンパク質やワクチンなどのバイオ医薬品の開発が活発になっており、特に抗体を原料とした抗体医薬品の市場は急激に成長している。一般的に、バイオ医薬品製造の精製工程では多孔性担体を充填剤として用いたカラムクロマトグラフィーが使用されており、例えばイオン交換基を導入した充填剤や、精製対象物質に対するアフィニティーリガンドを導入した充填剤が使用されている。特に抗体医薬品精製においては、抗体を効率よく精製できることから、抗体に対するアフィニティーリガンドを導入した充填剤を用いたアフィニティークロマトグラフィーが多用されている。
最近のバイオ医薬品市場の急激な成長に伴い、生産性の向上を目的として精製対象物質の吸着容量が高く且つ高流速処理が可能な機械的強度に優れたクロマトグラフィー用充填剤が求められている。充填剤の高吸着容量化は、充填剤として使用する多孔性担体の粒子径を小さくする方法や、多孔性担体の空孔率を高くする方法により達成される。しかしながら、多孔性担体の粒子径を小さくするとカラム圧力損失が大きくなるため流速を上げることが困難となり、また、多孔性担体の空孔率を高くすると担体の機械的強度が低くなるため、高流速処理が困難となる場合がある。
従来の多孔性担体としては、例えば特許文献1が開示するようなシリカゲル系担体、例えば特許文献2が開示するような合成高分子系担体が知られている。さらに、天然高分子である多糖類を原料とした多糖系担体として、例えば特許文献3が示すような多孔性架橋アガロースゲル、例えば特許文献4が示すような多孔性セルロースゲル、例えば特許文献5が示すようなアガロース、プルラン、デキストランなどの多糖類とセルロースを原料とした多糖複合粒子が知られている。また、架橋処理により機械的強度を高めた多孔性架橋セルロースゲルとして、例えば特許文献6では多孔性未架橋セルロースゲルをグリシジルエーテル類で架橋した多孔性架橋セルロースゲルを得る方法が開示されている。また、特許文献7では、特許文献4に記載の方法で製造した未架橋多孔性セルロースゲルをエピクロロヒドリンで架橋した多孔性架橋セルロースゲルを得る方法が開示されている。
しかしながら、シリカゲル系担体は機械的強度及び空孔率は高いが、精製対象物質の吸着容量が低い傾向にあり、さらにアルカリ耐性が弱いため、アルカリ性条件下での使用や洗浄処理が困難である。合成高分子系担体は、アルカリ耐性及び機械的強度は良好であるが、空孔率や精製対象物質の吸着容量が低い傾向にあり、また、疎水性が強いために精製対象物質以外の物質が非特異的に吸着する傾向が強く、不純物が混入する可能性がある。多糖系担体は、アルカリ耐性、空孔率、精製対象物質の吸着容量は良好であるが、高流速処理が可能なクロマトグラフィー用充填剤として使用するには機械的強度が不十分である。また、特許文献4及び特許文献6に記載の多孔性セルロースゲルの製造方法では、100℃以上の高温を必要とする工程が含まれることから工業的規模で製造する場合には大型の設備や多大なエネルギーが必要となり、さらに、特許文献5に記載の多糖複合粒子の製造方法では多糖類の溶剤として高価なイオン液体を使用しており、従って、これらの方法は高価な製造方法となる点が課題である。
特開平6−281638号公報 特開2009−244067号公報 特表2000−508361号公報 特開平10−195103号公報 特開2012−126797号公報 特開2011−252929号公報 特開2009−242770号公報
本発明の課題は、高い空孔率と機械的強度を併せ持ち、アフィニティーリガンドを導入した場合の精製対象物質の吸着容量が高いなど、前述した従来の多孔性担体の課題を解決した多孔性架橋セルロースゲルの製造方法及び当該多孔性架橋セルロースゲルを提供することにある。より具体的には、当該多孔性架橋セルロースゲルを用いたクロマトグラフィー用充填剤及び抗体精製用吸着剤を提供することにある。
本発明者等は上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、セルロース溶液と有機溶媒を混合して得られた0℃以上15℃以下のセルロース分散液にゲル化剤を添加することにより多孔性未架橋セルロースゲルを得たのち、多孔性未架橋セルロースゲルをセルロースの水酸基と反応し得る官能基間の原子数が異なる2種類の多官能性架橋剤を使用した架橋処理を行うことにより、高い空孔率と機械的強度を併せ持つ多孔性架橋セルロースゲルが得られることを見いだした。さらに本発明の多孔性架橋セルロースゲルに、抗体に対するアフィニティーリガンドを固定化した抗体精製用吸着剤が高い抗体吸着量を有し、抗体精製用吸着剤として優れた性能を持つことを見いだし、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、以下の(1)から(6)に記載した発明を提供するものである。
(1)以下の(A)及び(B)の特徴を有する多孔性架橋セルロースゲル。
(A)以下の操作(a)から(e)により測定される空孔率が90%以上であること。
(a)前記多孔性架橋セルロースゲルをクロマトグラフィー用カラムに充填する。
(b)水を溶出液として、前記カラムからの分子量200万のブルーデキストランと塩化ナトリウムの溶出容積を測定する。
(c)前記カラムのカラム容積から操作(b)で測定した分子量200万のブルーデキストランの溶出容積を引くことにより、ゲル容積を算出する。
(d)操作(b)で測定した塩化ナトリウムの溶出容積から、操作(b)で測定した分子量200万のブルーデキストランの溶出容積を引くことにより、細孔容積を算出する。
(e)操作(d)で算出した細孔容積を操作(c)で算出したゲル容積で除することにより、空孔率を算出する。
(B)平均粒子径が30μm以上150μm以下であり、内径6.6mmのクロマトグラフィー用カラムに高さ220mm±5mmとなるように充填し、25℃の水をカラム内に線速度1500cm/時で通液した条件でのカラム圧力損失が0.4MPa以下であること。
(2)以下の工程(a)から(e)を含む、(1)記載の多孔性架橋セルロースゲルの製造方法:
(a)セルロースをアルカリ水溶液に溶解することにより、セルロース溶液を得る工程、
(b)工程(a)で得られたセルロース溶液と、有機溶媒及び乳化剤を混合することにより、セルロース分散液を得る工程、
(c)工程(b)で得られたセルロース分散液を0℃以上15℃以下にし、ゲル化剤を添加することにより、多孔性未架橋セルロースゲルを得る工程、
(d)工程(c)で得られた多孔性未架橋セルロースゲルを、少なくとも2つ以上のグリシジル基を有するグリシジルエーテル類と反応させることにより、多孔性部分架橋セルロースゲルを得る工程、
(e)工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲルを、セルロースの水酸基と反応し得る官能基を2つ以上有する架橋剤と反応させることにより、多孔性架橋セルロースゲルを得る工程。
(3)上記(1)に記載の多孔性架橋セルロースゲルを含む、クロマトグラフィー用充填剤。
(4)上記(3)に記載のクロマトグラフィー用充填剤を用いる、タンパク質の精製方法。
(5)上記(1)に記載の多孔性架橋セルロースゲルに、アフィニティーリガンドを固定化してなる、抗体精製用吸着剤。
(6)上記(5)に記載のアフィニティーリガンドが、プロテインA又はFc結合性タンパク質である、抗体精製用吸着剤。
本発明の製造方法により得られる多孔性架橋セルロースゲルは、高い空孔率と高い機械的強度を併せ持ち、クロマトグラフィー用充填剤として好適な細孔特性及び粒子径を有していることから、特にバイオ医薬品の精製工程で使用されるクロマトグラフィー用充填剤として好適である。また、本発明の多孔性架橋セルロースゲルの製造方法は、従来の多孔性セルロースゲルの製造方法に比べて、大型設備、多大なエネルギー及び高価な原料を必要としない製造方法である。さらに、本発明の製造方法により得られる多孔性架橋セルロースゲルに、抗体に対するアフィニティーリガンドを固定化することにより得られる抗体精製用吸着剤は、抗体に対する吸着容量が高く、さらにカラム圧力損失が低く高流速処理が可能であることから、抗体医薬品の精製工程における生産性を著しく向上させることができる。
実施例1、2、3で製造した多孔性架橋セルロースゲル1、3、5と、比較例4で評価した市販多孔性架橋セルロースゲル(セルファインGCL−2000)の、流速とカラム圧力損失を示したグラフである。 実施例7で製造した多孔性架橋セルロースゲル10と比較例6及び7で製造した多孔性架橋セルロースゲル12及び13の流速とカラム圧力損失の関係を示したグラフである。
以下に本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の多孔性架橋セルロースゲルは、(A)空孔率が90%以上であること、(B)平均粒子径が30μm以上150μm以下であり、内径6.6mmのクロマトグラフィー用カラムに高さ220mm±5mmとなるように充填し、25℃の水をカラム内に線速度1500cm/時で通液した条件でのカラム圧力損失が0.4MPa以下であること、の2つの特徴を併せ持つことを特徴とする。
本発明の多孔性架橋セルロースゲルの(A)空孔率が90%以上であるとの特徴は、以下の(a)から(e)に記載の操作により測定されるものである。なお、当該測定方法は液体クロマトグラフィーの分野では多孔性担体の空孔率測定法として一般的な方法である。
(a)本発明の多孔性架橋セルロースゲルをクロマトグラフィー用カラムに充填する。
(b)水を溶出液として、前記カラムからの分子量200万のブルーデキストランと塩化ナトリウムの溶出容積を測定する。
(c)前記カラムのカラム容積から操作(b)で測定した分子量200万のブルーデキストランの溶出容積を引くことにより、ゲル容積を算出する。
(d)操作(b)で測定した塩化ナトリウムの溶出容積から、操作(b)で測定した分子量200万のブルーデキストランの溶出容積を引くことにより、細孔容積を算出する。
(e)操作(d)で算出した細孔容積を操作(c)で算出したゲル容積で除することにより、空孔率を算出する。
すなわち、塩化ナトリウムの溶出容積(Vn)、分子量200万のブルーデキストランの溶出容積(Vo)及びカラム容積(Vc)を用い、以下に示した計算式から空孔率を算出することができる
空孔率(%)=((Vn−Vo)/(Vc−Vo))x100。
多孔性担体である本発明の多孔性架橋セルロースゲルをクロマトグラフィー用充填剤あるいは抗体精製用吸着剤として使用する場合、精製対象物質の高吸着容量化は、空孔率を高くする方法や粒子径を小さくする方法により達成されるが、空孔率を高くしすぎた場合には機械的強度が低下し、流速をカラム断面積で除した値である線速度が増加するに従って圧密化が生じてカラム圧力損失が増加するため、高流速処理が困難となる。また、カラム圧力損失は粒子径の二乗に反比例して増加することから、粒子径を小さくしすぎた場合、同様にカラム圧力損失が増加して高流速処理が困難となる。
一方、多孔性担体の高強度化は、担体を構成する固体成分濃度を高くすることや、架橋剤の使用量を増加させることで達成されるが、固体成分濃度を高くしすぎた場合及び架橋剤の使用量を多くしすぎた場合には多孔性担体の空孔率が低下するため、精製対象物質に対する吸着容量が低下する。
このように高吸着容量化と高強度化の双方を達成するためには、適切な空孔率、機械的強度及び粒子径を持つ多孔性担体が必要であるが、後述する本発明の製造方法により、高い吸着容量と高い機械的強度を併せ持つ多孔性架橋セルロースゲルを製造することができる。
本発明の多孔性架橋セルロースゲルの空孔率は、精製対象物質に対する高い吸着容量と高流速処理が可能な高い機械的強度の双方を達成させる点で、90%以上である必要があり、90%以上95%以下であることが好ましい。また、本発明の多孔性架橋セルロースゲルの機械的強度は、同様の理由により、前述の条件により測定されるカラム圧力損失が0.4MPa以下である必要があり、0.3MPa以下であることが好ましい。さらに、本発明の多孔性架橋セルロースゲルの平均粒子径は、同様の理由により、30μm以上150μm以下である必要があり、精製対象物質に対する吸着容量をさらに高められる点で、40μm以上100μm以下であることが好ましい。加えて、本発明の多孔性架橋セルロースゲルの、デキストランやプルランなどの多糖類の排除限界分子量は、精製対象物質に対する高い吸着容量を達成させる点で、500,000から5,000,000であることが好ましく、1,000,000から3,000,000であることがより好ましい。多糖類の排除限界分子量の測定方法は、クロマトグラフィー用充填剤の分野において、一般的な多糖類の排除限界分子量の測定方法であれば特に制限はなく、具体的には、生物化学実験法11「ゲル濾過法」第2版(学会出版センター)や、特開2012−141212に記載の方法を例示することができる。
本発明の多孔性架橋セルロースゲルの平均粒子径は、光学顕微鏡を用いて10から200μmの目盛り付きスライドグラスの画像を撮影したのち、同じ倍率で測定対象の複数個の粒子の画像を撮影し、物差しを用いて撮影した複数個(例えば、100個以上)の粒子の長径を測定し、その平均値を算出することで求めることができる。
また、多孔性架橋セルロースゲルの粒子径はステンレス製JIS標準ふるいなどを使用した湿式分級法により所望の範囲に調整することが可能であり、例えば、目開き45μmのふるいと目開き90μmのふるいを使用した湿式分級により、45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲルを得ることができる。
後述の実施例1から3と、比較例4との比較から示されるように、本発明の多孔性架橋セルロースゲルが示すカラム圧力損失は、本発明の多孔性架橋セルロースゲルと同程度の空孔率を持ち、粒子径の大きいセルファインGCL−2000(JNC製、多孔性架橋セルロースゲル)を同一条件で測定した場合のカラム圧力損失よりも低く、さらに、バイオ医薬品の精製工程で一般的に使用される長さを持つクロマトグラフィー用カラムで測定されたものであることから、高流速処理が可能なクロマトグラフィー用充填剤として有用性が高いものである。なお、本発明の多孔性架橋セルロースゲルの具体的なカラムへの充填方法、多糖類の排除限界分子量の測定方法、空孔率及びカラム圧力損失の測定方法は、実施例に示したとおりである。
本発明における多孔性架橋セルロースゲルの製造方法は、
(a)セルロースをアルカリ水溶液に溶解することにより、セルロース溶液を得る工程、
(b)工程(a)で得られたセルロース溶液と、有機溶媒及び有機溶媒に可溶な乳化剤を含む溶液を混合することにより、セルロース分散液を得る工程、
(c)工程(b)で得られたセルロース分散液を0℃以上15℃以下にし、ゲル化剤を添加することにより、多孔性未架橋セルロースゲルを得る工程、
(d)工程(c)で得られた多孔性未架橋セルロースゲルを、少なくとも2つ以上のグリシジル基を有するグリシジルエーテル類と反応させることにより、多孔性部分架橋セルロースゲルを得る工程、
(e)工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲルを、セルロースの水酸基と反応し得る官能基を2つ以上有する架橋剤と反応させることにより、多孔性架橋セルロースゲルを得る工程、
を含むことを特徴とする。
以下に工程(a)から工程(e)の各工程の詳細を説明する。
(a)セルロースをアルカリ水溶液に溶解することにより、セルロース溶液を得る工程
工程(a)で使用することができるセルロースは、セルロース溶液を得ることができれば特に制限はないが、容易に入手可能な点で木材パルプなどの植物由来セルロース、酢酸菌などの微生物が産生する微生物由来セルロースが好ましく、安価に入手可能な点で植物由来セルロースがより好ましい。また、植物由来セルロースは木材パルプ由来セルロース、木綿由来セルロース、麻由来セルロースなど、異なる植物種由来のセルロースを単独あるいは混合して使用することもできる。
後述の実施例7と実施例8において、原料として使用するセルロースの由来以外は同一条件で製造した多孔性架橋セルロースゲルの空孔率と機械的強度を比較すると、木綿由来セルロースを原料として使用することにより、高い空孔率と機械的強度を達成できることから、由来の異なるセルロースを単独で使用する場合には、木綿由来セルロースを使用することが好ましい。
工程(a)で使用するセルロースの平均重合度は、セルロース溶液を得ることができれば特に制限はないが、平均重合度の低いセルロースを使用すると得られる多孔性セルロースゲルの機械的強度が低下する場合がある。一方、平均重合度の高いセルロースを使用すると、セルロースの溶解性が低下するため、セルロースを完全に溶解することが困難となる場合がある。従って、工程(a)で使用するセルロースの平均重合度は100以上1000以下であることが好ましく、より好ましくは100以上500以下である。セルロースの平均重合度は、例えば、「日本電機工業会企画JEM1455:変圧器用絶縁紙の平均重合度測定方法」に記載の方法、すなわち、セルロースを銅・エチレンジアミン溶液に溶解したのち、オストワルド粘度測定計を使用した粘度測定方法により、求めることができる。平均重合度が100以上500以下のセルロースは市販品を使用してもよく、例えば木材パルプ由来セルロースとしては旭化成製セオラスシリーズ、木綿由来セルロースとしてはADVANTEC製濾紙粉末シリーズを使用することができる。これらの中ではセルロース溶液調製の容易さや重合度の点で、旭化成製セオラスシリーズではPH−101、ADVANTEC製濾紙粉末シリーズでは濾紙粉末C(300メッシュ以上)が好ましい。
工程(a)で得られるセルロース溶液中のセルロース濃度は、セルロース濃度を低くすると得られる多孔性セルロースゲルの空孔率は高くなるが機械的強度が低下する場合があり、一方、セルロース濃度を高くすると多孔性セルロースゲルの空孔率が低下する場合がある。従って、セルロース濃度は2重量%以上10重量%以下であることが好ましく、より好ましくは4重量%以上8重量%以下である。
工程(a)で使用することができるアルカリ水溶液は、セルロース溶液が得られれば特に制限はないが、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化ナトリウムと尿素及び/又はチオ尿素の混合水溶液が好ましい。アルカリ水溶液が水酸化ナトリウム水溶液の場合、セルロース溶液を得るためには、例えば20℃から30℃でセルロースを水酸化ナトリウム水溶液に添加して得られた懸濁液を凍結させたのち、20℃から30℃で懸濁液を溶解する操作を繰り返すなど、セルロース溶液を凍結させる操作が入る方法が一般的である。一方、水酸化ナトリウムと尿素及び/又はチオ尿素の混合水溶液の場合、後述する濃度範囲の水酸化ナトリウムと尿素及び/又はチオ尿素の混合水溶液を使用することにより、凍結させることなく、20℃から30℃、または必要に応じて0℃から20℃の間に冷却して攪拌することにより、セルロース溶液を得ることができる。従って、セルロースの溶解操作が容易である点で、水酸化ナトリウムと尿素及び/又はチオ尿素の混合水溶液がより好ましい。また、後述の多孔性未架橋セルロースゲルを得る工程(工程(c))において、工程(d)で使用しない粒子径の大きい多孔性未架橋セルロースゲルの生成を抑制できる点で、アルカリ水溶液は水酸化ナトリウムと尿素及びチオ尿素の混合水溶液、あるいは水酸化ナトリウムとチオ尿素の混合水溶液がさらに好ましい。
工程(a)で使用するアルカリ水溶液が水酸化ナトリウムと尿素の混合水溶液の場合、混合水溶液中の水酸化ナトリウム及び尿素濃度が低いとセルロースの溶解が困難である一方、水酸化ナトリウム及び尿素濃度が高いとセルロースの分解や変性が起こる可能性がある。従って、アルカリ水溶液中の水酸化ナトリウム濃度は5重量%以上12重量%以下、尿素濃度は4重量%以上30重量%以下が好ましく、より好ましくは、水酸化ナトリウム濃度は7重量%以上10重量%以下、尿素濃度は6重量%以上28重量%以下である。また、水酸化ナトリウムと尿素の重量比はセルロース溶液が得られれば特に制限はないが、0℃から25℃の間で攪拌することによりセルロース溶液を得るためには水酸化ナトリウム濃度に対して適切な尿素濃度にする必要があり、例えば、水酸化ナトリウム濃度が7重量%の場合には尿素濃度を15重量%以上28重量%以下、水酸化ナトリウム濃度が8重量%の場合には尿素濃度を10重量%以上28重量%以下、水酸化ナトリウム濃度が9〜10重量%の場合には尿素濃度を6重量%以上28重量%以下にすることでセルロース溶液を得ることができる。
工程(a)で使用するアルカリ水溶液が水酸化ナトリウムとチオ尿素の混合水溶液の場合、前述の理由により、水酸化ナトリウム濃度は6重量%以上12重量%以下、チオ尿素濃度は3重量%以上8重量%以下が好ましく、より好ましくは、水酸化ナトリウム濃度は8重量%以上10重量%以下、チオ尿素濃度は4重量%以上7重量%以下である。また、水酸化ナトリウムとチオ尿素の混合水溶液の場合、チオ尿素の水への溶解度が低いため、水酸化ナトリウムと尿素の混合水溶液の場合に比べて水酸化ナトリウム濃度を高くする方が好ましい。
工程(a)で使用するアルカリ水溶液が水酸化ナトリウムと尿素とチオ尿素の混合水溶液の場合、前述の理由により、水酸化ナトリウム濃度は6重量%以上12重量%以下、尿素濃度は2重量%以上20重量%以下、チオ尿素濃度は1重量%以上6重量%以下が好ましく、より好ましくは、水酸化ナトリウム濃度は8重量%以上10重量%以下、尿素濃度は3重量%以上15重量%以下、チオ尿素濃度は2重量%以上5重量%以下である。また、水酸化ナトリウムと尿素とチオ尿素の重量比はセルロース溶液が得られれば特に制限はないが、尿素濃度を高くするとチオ尿素が溶解しない場合があることから、適切な尿素濃度及びチオ尿素濃度に調整する必要があり、例えば、水酸化ナトリウム濃度が9〜10重量%の場合、尿素濃度を3重量%以上10重量%以下、チオ尿素濃度を2重量%以上4重量%以下にすることでセルロース溶液を得ることができる。
アルカリ水溶液にセルロースを溶解する方法は、前述の水酸化ナトリウムと尿素及び/又はチオ尿素の混合水溶液にセルロースを添加したのち、20℃から30℃、または必要に応じて0℃から20℃の間に冷却して攪拌する方法が好ましい。一般的に、セルロースはアルカリ水溶液の凝固点以上20℃以下の温度で溶解しやすいことが知られているが、冷却したアルカリ水溶液にセルロースを添加する場合、添加方法が適切でないと溶解に時間がかかる場合がある。従って、アルカリ水溶液にセルロースを溶解する方法は、20℃から30℃のアルカリ水溶液にセルロースを添加してセルロースを分散させたのち、0℃から20℃の間に冷却して攪拌する方法がより好ましい。なお、セルロースの溶解は、目視によりセルロースを添加したアルカリ水溶液の状態が懸濁状態から透明になったことを確認することによりできる。
本発明の方法によれば、特表2008−542560号公報に開示されている、−15℃から−8℃に予冷した水酸化ナトリウムと尿素の混合水溶液に0℃から20℃でセルロースを添加して溶解させる方法と比べ、0℃以下に冷却することなくセルロース溶液を得ることができる。また、特開2011−231152号公報に開示されている、水酸化ナトリウムと尿素及び/又はチオ尿素の混合水溶液に10℃から15℃で木材パルプ由来セルロースを溶解する方法と比べ、木材パルプ由来セルロース以外の木綿由来セルロースや微生物由来セルロースからもセルロース溶液を得ることができる。
(b)工程(a)で得られたセルロース溶液と、有機溶媒及び乳化剤を混合することにより、セルロース分散液を得る工程
工程(b)で使用することができる有機溶媒は、セルロース分散液の安定性の点で20℃における比重が0.6から1.5の有機溶媒が好ましい。具体的には、ペンタン、ヘキサン、オクタンなどの炭素数が5から8の脂肪族炭化水素類、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの炭素数6から10の芳香族炭化水素類、モノクロロベンゼン、o−ジクロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素類、tert−ブチルメチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、アニソールなどのエーテル類、酢酸ベンジル、酢酸シクロヘキシルなどのエステル類を例示することができる。これらの中ではトルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類やアニソールなどの芳香族炭化水素を含むエーテル類が好ましく、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素類がより好ましい。また、有機溶媒の使用量に特に制限はないが、生産性を高める点で、セルロース溶液に対して1から5倍容積使用することが好ましく、1から3倍容積使用することがより好ましい。
工程(b)で使用することができる乳化剤は、前述の有機溶媒に溶解する乳化剤であれば特に制限はないが、セルロース溶液の乳化作用が高い点でメチルセルロース、エチルセルロース、酢酸セルロースなどのセルロース誘導体類、ソルビタンモノオレエート、ソルビタントリオレエートなどのソルビタン脂肪酸エステル類が好ましく、これらの中ではセルロース誘導体類がより好ましい。また、有機溶媒への乳化剤の添加量は、セルロース溶液の乳化作用の点で、有機溶媒に対して乳化剤を0.1から3重量%添加することが好ましく、より好ましくは0.5から2重量%である。
工程(a)で得られたセルロース溶液と、前述の有機溶媒及び乳化剤を含む溶液を混合する方法はセルロース分散液が得られれば特に制限はないが、セルロース溶液の乳化状態の制御が容易である点で攪拌翼を用いた撹拌による方法が好ましい。混合する温度は前述の有機溶媒の沸点以下であれば特に制限はないが、混合操作が容易である点で0℃以上50℃以下であることが好ましく、0℃以上35℃以下であることがより好ましい。具体的には、0℃以上35℃以下の有機溶媒及び有機溶媒に可溶な乳化剤を含む溶液を攪拌した条件のもと、0℃以上35℃以下のセルロース溶液を添加することでセルロース分散液を得ることができる。また、撹拌速度は、工程(c)で得られる多孔性未架橋セルロースゲルが所望の粒子径となるよう、使用する容器、撹拌翼の大きさや形状及び乳化剤濃度によって適切な撹拌速度に調節すればよい。
(c)工程(b)で得られた0℃以上15℃以下のセルロース分散液に、ゲル化剤を添加することにより、多孔性未架橋セルロースゲルを得る工程
セルロース分散液にゲル化剤を添加して多孔性未架橋セルロースゲルを得る方法は多くの方法が公知であり、これらの方法に従えば、分散液の温度に関係なく、セルロース分散液にゲル化剤を添加することでセルロースゲルを得ることは可能である。
一方、工程(a)で得られたセルロース溶液の温度による透明度の変化を観察すると、0℃以上15℃以下では透明であったセルロース溶液が、15℃以上に加温すると温度上昇とともにセルロースの溶解性が低下してセルロース溶液の透明度が低下する現象が確認される場合がある。後述の実施例1から3と、比較例1から3との比較から示されるように、セルロース溶液の透明度が低下する15℃以上のセルロース分散液にゲル化剤を添加する場合に比べて、セルロース溶液が透明な状態である0℃以上15℃以下のセルロース分散液にゲル化剤を添加することにより、空孔率の高い多孔性セルロースゲル及び抗体吸着量の高い抗体精製用吸着剤を得ることができる。従って、工程(b)で得られたセルロース分散液は、ゲル化剤を添加する前に0℃以上15℃以下の状態にしておく必要があり、0℃以上10℃以下の状態にしておくことが好ましい。
セルロース分散液の撹拌は、分散液の温度が0℃以上10℃以下の状態になったことを確認したのち、15分から3時間撹拌を継続することが好ましく、30分から2時間継続することがより好ましい。また、撹拌速度は前述の工程(b)の攪拌速度を維持することが好ましいが、分散液の状態により適宜調節してもよい。
工程(c)で使用することができるゲル化剤はセルロース溶液をゲル化させることができれば特に制限はなく、具体的にはメタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノールなどの炭素数が1から4のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類、塩酸、希硫酸などの酸性水溶液、硫酸ナトリウム水溶液、硫酸マグネシウム水溶液などの無機塩水溶液を例示することができる。これらゲル化剤はセルロース分散液に直接添加してもよいが、酸性水溶液及び無機塩水溶液などの有機溶媒に不溶なゲル化剤は、前述の有機溶媒に可溶な乳化剤を含む有機溶媒で乳化することにより得られるW/O型エマルションとして添加してもよい。これらのゲル化剤の中では、有機溶媒に可溶である点でアルコール類やケトン類が好ましく、アルコール類がより好ましく、メタノールがさらに好ましい。また、ゲル化剤の添加量は、ゲル化を確実に行う点でセルロース分散液に対して0.2から1倍容積使用することが好ましく、0.2から0.5倍容積使用することがより好ましい。
ゲル化剤の添加方法は、セルロース分散液にゲル化剤全量を一度に添加すると粒子状のセルロースゲル同士が結合した塊状セルロースゲルが得られる場合があることから、滴下漏斗や送液ポンプを用いてセルロース分散液にゲル化剤を徐々に添加する方法が好ましく、送液ポンプを用いて一定速度でゲル化剤を添加する方法がより好ましい。ゲル化剤の添加速度は、得られるセルロースゲルの収率を高める点で、セルロース分散液の容積に対して毎分0.001から0.05倍容積のゲル化剤を添加することが好ましく、毎分0.005から0.03倍容積のゲル化剤を添加することがより好ましい。また、添加するゲル化剤の温度は、セルロース分散液の温度上昇を抑制する点で、あらかじめ0℃以上15℃以下の状態にしておくことが好ましく、0℃以上10℃以下の状態にしておくことがより好ましい。セルロース分散液にゲル化剤を添加終了後、好ましくは5分から1時間、より好ましくは10分から30分間、撹拌を継続することにより、セルロースゲルを含むセルロースゲル懸濁液を得ることができる。
得られたセルロースゲル懸濁液は、洗浄用溶媒を用いて有機溶媒及び乳化剤を除いたのち、水を用いて水酸化ナトリウムと尿素及び/又はチオ尿素などのアルカリ成分を除くことにより多孔性未架橋セルロースゲルを得ることができる。具体的には、セルロースゲル懸濁液に洗浄用溶媒を添加し、ろ過あるいはデカンテーションなどの方法を繰り返してセルロースゲルを洗浄用溶媒で洗浄したのち、同様に水を用いて洗浄液のpHが中性になるまでセルロースゲルを洗浄することにより、多孔性未架橋セルロースゲルを得ることができる。
工程(c)で使用することができる洗浄用溶媒は、工程(b)で用いた有機溶媒及び乳化剤を溶解可能であり且つ水溶性であることが好ましく、具体的には、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、エチレングリコール、グリセロールなどのアルコール類を例示することができる。これらのアルコール類は単独で使用することもできるが、数種のアルコール類の混合物や、アルコール類と水との混合物を使用することもできる。また、洗浄用溶媒の使用量は、洗浄が不十分であると有機溶媒及び乳化剤が残存する可能性があることから、工程(b)で用いた有機溶媒に対して5から30倍容積使用することが好ましく、10から20倍容積使用することがより好ましい。
(d)工程(c)で得られた多孔性未架橋セルロースゲルを、少なくとも2つ以上のグリシジル基を有するグリシジルエーテル類と反応させることにより、多孔性部分架橋セルロースゲルを得る工程
工程(d)及び工程(e)は、工程(c)で得られた多孔性未架橋セルロースゲルを、セルロースの水酸基と反応し得る官能基間の原子数が異なる2種類の架橋剤を用いて架橋することにより、多孔性架橋セルロースゲルを得る工程である。
工程(d)は、工程(c)で得られた多孔性未架橋セルロースゲルに溶媒を添加した懸濁液に、架橋剤であるグリシジルエーテル類を添加して撹拌条件下で加熱したのち、反応を促進させる塩基とセルロースを還元する還元剤を添加し、さらに撹拌条件下で加熱することにより、多孔性部分架橋セルロースゲルを得る工程である。
工程(d)で使用することができるグリシジルエーテル類は、得られる多孔性架橋セルロースゲルの機械的強度を高める点で少なくとも2つ以上のグリシジル基を有するグリシジルエーテル類を使用することが好ましく、具体的にはエチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−ヘキサンジオールジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、テトラエチレングリコールジグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテルなどのジグリシジルエーテル類、グリセロールトリグリシジルエーテル、エリスリトールトリグリシジルエーテル、ジグリセロールトリグリシジルエーテルなどのトリグリシジルエーテル類、エリスリトールテトラグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテルなどのテトラグリシジルエーテル類を例示することができる。これらの中では、グリセロールジグリシジルエーテル、グリセロールトリグリシジルエーテル、エリスリトールトリグリシジルエーテル、エリスリトールテトラグリシジルエーテルがより好ましい。これらのグリシジルエーテル類は単独で使用することもできるが、数種の混合物を使用することもできる。前述のグリシジルエーテル類は市販品を使用してもよく、例えば、ナガセケムテックス製デナコールEX−313(グリセロールポリグリシジルエーテル)及びデナコールEX−614B(ソルビトールポリグリシジルエーテル)を使用することができる。
工程(d)で使用することができる溶媒は、多孔性未架橋セルロースゲルの懸濁液が得られれば特に制限はなく、水、有機溶媒、及びこれらの混合物を利用することができる。有機溶媒としてはアセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトンなどのケトン類、ジエチルエーテル、1,4−ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル類、ジメチルホルムアミドなどの含窒素溶媒、ジメチルスルホキシドなどの含硫黄溶媒などを例示することができる。これらの溶媒の中では多孔性未架橋セルロースゲルの分散性及びグリシジルエーテル類の溶解性が高い点で、水と1,4−ジオキサン、水とジメチルホルムアミド、水とジメチルスルホキシドの混合溶媒が好ましい。
溶媒の使用量に特に制限はないが、多孔性未架橋セルロースゲルの分散性を高める点で、多孔性未架橋セルロースゲルの含水重量に対して0.5から3倍量の溶媒を使用することが好ましい。また、前述の有機溶媒と水の混合比率にも特に制限はないが、反応液全体に対する前述の有機溶媒の比率が20から80重量%であることが好ましい。
架橋剤の使用量は、使用量が少ない場合には得られる多孔性架橋セルロースゲルの機械的強度が低下する一方、使用量が多い場合には架橋剤同士が反応することにより反応液全体が固化する場合があることから、多孔性未架橋セルロースゲルに含まれる乾燥セルロース重量に対して1から5倍量の架橋剤を使用することが好ましく、より好ましくは1.5から3倍量である。多孔性未架橋セルロースゲルに含まれる乾燥セルロース重量は、例えば、エー・アンド・デイ製加熱乾燥式水分計などを用いて、含水状態の多孔性未架橋セルロースゲルを加熱乾燥することにより測定することができる。
工程(d)の反応温度は30から70℃が好ましく、より好ましくは40から60℃である。反応液の撹拌方法はセルロースゲルの破壊を抑制する点で、撹拌翼を使用する方法が好ましい。また、撹拌速度についてはセルロースゲルが懸濁液中で良好に分散できれば特に制限はない。
反応容器に工程(c)で得られた多孔性未架橋セルロースゲル、溶媒及び架橋剤であるグリシジルエーテル類を添加し、攪拌条件下、前述の温度で30から60分加熱したのち、架橋反応を促進させる目的で反応液に塩基を添加することが好ましい。具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機塩基類やトリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミンなどの有機塩基類を例示することができる。これらの中では水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機塩基類が好ましく、水酸化ナトリウムがより好ましい。塩基の添加量に特に制限はないが、多孔性未架橋セルロースゲルに含まれる乾燥セルロース重量に対して0.5から2倍量であることが好ましい。
また、反応液にはセルロースの還元末端を還元する目的で、水素化ホウ素ナトリウム、シアノ水素化ホウ素ナトリウム、ジメチルアミンボランなどの還元剤を添加することが好ましく、これらの中では水素化ホウ素ナトリウムがより好ましい。還元剤の添加量に特に制限はなく、多孔性未架橋セルロースゲルに含まれる乾燥セルロース重量に対して0.01から0.05倍量であることが好ましい。
塩基及び還元剤を添加後、反応温度を30から70℃、好ましくは40から60℃に維持したまま、さらに8から24時間撹拌を継続することが好ましい。反応後、反応液を40℃以下に冷却したのち、グラスフィルターなどを使用して水で洗浄することにより、目的の多孔性部分架橋セルロースゲルを得ることができる。
(e)工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲルを、セルロースの水酸基と反応し得る官能基を2つ以上有する架橋剤と反応させることにより、多孔性架橋セルロースゲルを得る工程
工程(e)は、工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲルに溶媒を添加した懸濁液を撹拌条件下で加熱したのち、セルロースを還元する還元剤、セルロースの水酸基と反応し得る官能基を2つ以上有する架橋剤及び架橋反応を促進させる塩基を添加し、さらに撹拌条件下で加熱することにより、多孔性架橋セルロースゲルを得る工程である。
工程(e)で使用することができる溶媒としては、多孔性部分架橋セルロースゲルの懸濁液が得られれば特に制限はなく、水、無機塩水溶液、有機溶媒及びこれらの混合物を利用することができる。無機塩としては、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸一水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウムなどを例示することができる。また、有機溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトンなどのケトン類、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、1,4−ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル類、ジメチルホルムアミドなどの含窒素溶媒、ジメチルスルホキシドなどの含硫黄溶媒などを例示することができる。これらの溶媒の中では架橋反応の効率を高める点で、水あるいは無機塩水溶液が好ましく、硫酸ナトリウム水溶液がより好ましい。
溶媒の使用量に特に制限はないが、多孔性部分架橋セルロースゲルの分散性を高める点で、多孔性部分架橋セルロースゲルの含水重量に対して0.5から3倍量の溶媒を使用することが好ましい。また、無機塩水溶液中の無機塩濃度も無機塩水溶液が得られれば特に制限はないが、無機塩濃度が高すぎると反応液を20℃から25℃にまで冷却した場合に無機塩の結晶が析出してくる場合があることから、例えば、無機塩が硫酸ナトリウムの場合、15から25重量%であることが好ましい。
工程(e)の反応温度は30から70℃が好ましく、より好ましくは40から60℃である。反応液の撹拌方法はセルロースゲルの破壊を抑制する点で、撹拌翼を使用する方法が好ましい。また、撹拌速度についてはセルロースゲルが懸濁液中で良好に分散できれば特に制限はない。
反応容器に工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲル及び前述の溶媒を添加して得られたセルロース懸濁液を、攪拌条件下、前述の温度で30から60分加熱したのち、セルロースの還元末端を還元する目的で還元剤を添加することが好ましい。具体的には、水素化ホウ素ナトリウム、シアノ水素化ホウ素ナトリウム、ジメチルアミンボランを例示することができ、これらの中では水素化ホウ素ナトリウムがより好ましい。還元剤の添加量に特に制限はないが、多孔性部分架橋セルロースゲルに含まれる乾燥セルロース重量に対して0.01から0.05倍量であることが好ましい。
次に還元剤を添加したセルロース懸濁液に、セルロースの水酸基と反応し得る官能基を2つ以上有する架橋剤及び架橋反応を促進させる塩基を添加することにより、多孔性部分架橋セルロースゲルの架橋反応を行う。
工程(e)で使用することができる、セルロースの水酸基と反応し得る官能基を2つ以上有する架橋剤は、工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲルの機械的強度をさらに高める点で、工程(d)で使用したグリシジルエーテル類よりもセルロースの水酸基と反応し得る官能基間の原子数の少ない架橋剤を使用することが好ましい。具体的には、エピクロロヒドリンやエピブロモヒドリンなどのエピハロヒドリン類、1,2−ジクロロエタン、1,2−ジブロモエタン、1,2−ヨードエタン、1,2−ジクロロプロパン、1,3−ジクロロプロパン、1,2−ジブロモプロパン、1,3−ジブロモプロパン、1,3−ジヨードプロパン、1−ブロモ−3−クロロプロパンなどのハロゲン化炭化水素類、1,3−ジクロロ−2−プロパノール、2,3−ジクロロ−1−プロパノール、2,3−ジブロモ−1−プロパノールなどの含ハロゲンアルコール類を例示することができる。これらの中では無機塩水溶液中でのセルロースの水酸基との反応性が高い点でエピクロロヒドリンやエピブロモヒドリンなどのエピハロヒドリン類が好ましく、エピクロロヒドリンがより好ましい。
架橋剤の使用量に特に制限はないが、使用量が少ない場合には得られる多孔性架橋セルロースゲルの機械的強度が低下することから、工程(c)で得られた多孔性未架橋セルロースゲルに含まれる乾燥セルロース重量に対して0.5から8倍量の架橋剤を使用することが好ましく、0.5から5倍量がより好ましい。また、架橋剤の添加方法は必要量を連続的あるいは段階的に2から12時間、より好ましくは4から8時間かけることが好ましい。
工程(e)で使用することができる塩基は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機塩基類やトリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミンなどの有機塩基類を例示することができる。これらの中では水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの無機塩基類が好ましく、水酸化ナトリウムがより好ましい。塩基の添加量に特に制限はないが、多孔性未架橋セルロースゲルに含まれる乾燥セルロース重量に対して0.5から2倍量であることが好ましい。また、塩基の添加方法は必要量を連続的あるいは段階的に2から12時間、より好ましくは4から8時間かけることが好ましく、前述の架橋剤と同時に連続的あるいは段階的に添加することがより好ましい。
架橋剤及び塩基を添加したのち、反応液の温度を30から70℃、好ましくは40から60℃に維持したまま、さらに8から24時間撹拌を継続することが好ましく、12から24時間撹拌を継続することがより好ましい。反応後、反応液を40℃以下に冷却したのち、グラスフィルターなどを使用して水で洗浄することにより、目的の多孔性架橋セルロースゲルを得ることができる。
さらに、工程(e)の後、前述の方法により分級を行うことにより、平均粒子径が30μm以上150μm以下の本発明の多孔性架橋セルロースゲルを得ることができる。
本発明の多孔性架橋セルロースゲルは多孔性であることから、ゲルの細孔径分布などの細孔特性により、例えば分子量の異なる測定対象物質を分離することができる。液体クロマトグラフィーの分野では多孔性担体の細孔特性を示す指標としてゲル分配係数(Kav)が使用されることが多く、種々の分子量既知の測定対象物質に対するKavを求めることにより、細孔特性を把握することができる。
Kavは、例えば、生物化学実験法11「ゲル濾過法」第2版(学会出版センター)等に記載の方法により測定することができる。具体的には、前述の空孔率算出式と同様に、分子量既知の測定対象物質の溶出容積(Ve)、カラム容積(Vc)及び分子量200万のブルーデキストランの溶出容積(Vo)を用いて、以下に示した計算式から算出することができる。
Kav=(Ve−Vo)/(Vc−Vo)。
本発明の多孔性架橋セルロースゲルの具体的なKavの測定方法は、実施例に示したとおりである。
また、本発明の多孔性架橋セルロースゲルのKavは、本発明の工程(a)におけるセルロース溶液中のセルロース、水酸化ナトリウム、尿素及び/又はチオ尿素の各構成成分の濃度や、工程(d)及び工程(e)における架橋剤濃度や反応温度などの架橋条件を調節することにより調整することができる。これらKavを調整可能な変数の中ではセルロース濃度が最も重要であり、本発明の多孔性架橋セルロースゲルでは、セルロース濃度を2重量%以上10重量%以下、より好ましくは4重量%以上8重量%以下とすることで、後述の実施例にて示されるように、クロマトグラフィー用充填剤として好適なKavを得ることができる。
本発明の多孔性架橋セルロースゲルは、抗体医薬品などのバイオ医薬品の分離精製に利用可能な細孔特性及び粒子径を有していることから、アフィニティークロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、疎水性相互作用クロマトグラフィー、サイズ排除クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー、共有結合クロマトグラフィー、キレートクロマトグラフィーなどの各種クロマトグラフィー用充填剤として好適に用いることができる。また、本発明の多孔性架橋セルロースゲルは、精製対象物質に対して高い吸着容量が期待できる高い空孔率と高流速処理が可能な高い機械的強度を併せ持つことから、特にバイオ医薬品の精製工程において多用されるイオン交換クロマトグラフィー、疎水性相互作用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用充填剤として好適に用いることができる。
本発明における多孔性架橋セルロースゲルをクロマトグラフィー用充填剤として使用するタンパク質の精製方法は、一般的なクロマトグラフィー操作による方法であれば特に制限はないが、本発明の多孔性架橋セルロースゲルは機械的強度が高く高流速処理が可能であることから、クロマトグラフィー用カラムに充填して使用する方法が好ましい。クロマトグラフィー用カラムのサイズ(内径や長さ)は、精製対象物質を含む溶液などの精製原料の処理量に応じて、適切なサイズのカラムを使用すればよい。
本発明の多孔性架橋セルロースゲルを前述のクロマトグラフィー用充填剤として使用する場合、他のクロマトグラフィー用充填剤において一般的な方法により、用途に応じた各種官能基を多孔性架橋セルロースゲルに導入することができる。例えば、本発明の多孔性架橋セルロースゲルに荷電基を導入することによりイオン交換クロマトグラフィー用充填剤を、また、アルキル基やアリール基などの疎水性基を導入することにより疎水性相互作用クロマトグラフィー用充填剤を提供することができる。本発明の多孔性架橋セルロースゲルに荷電基あるいは疎水性基を導入する方法は、一般的な多糖系多孔性担体に荷電基あるいは疎水性基を導入する方法であれば特に制限されない。
また、本発明の多孔性架橋セルロースゲルにエポキシ基、ホルミル基、アミノ基、マレイミド基、カルボキシル基などのアフィニティーリガンド固定化用官能基を導入したのち、コンカナバリンAなどの糖鎖に対するアフィニティーリガンドや、プロテインA、プロテインG、Fc結合性タンパク質などの抗体に対するアフィニティーリガンドを固定化することにより、各精製対象物質に対するアフィニティークロマトグラフィー用充填剤を提供することができる。
本発明の多孔性架橋セルロースゲルにエポキシ基を導入する方法としては、例えば、本発明の多孔性架橋セルロースゲルを、エピクロロヒドリン、エチレングリコールジグリシジルエーテル、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテルなどのエポキシ基含有化合物を塩基性条件下で反応させる方法を例示することができる。本発明の多孔性架橋セルロースゲルにホルミル基を導入する方法としては、例えば、本発明の多孔性架橋セルロースゲルをグルタルアルデヒドなどの2官能性アルデヒド類を反応させる方法や、多孔性架橋セルロースゲルを過ヨウ素酸ナトリウムなどの酸化剤と反応させる方法を例示することができる。また、前述の方法によりエポキシ基を導入した多孔性架橋セルロースゲルと、D−グルカミン、N−メチル−D−グルカミン、α−チオグリセロールなどの化合物を反応させることで隣接する水酸基を導入した多孔性架橋セルロースゲルを、過ヨウ素酸ナトリウムなどの酸化剤と反応させる方法を例示することができる。本発明の多孔性架橋セルロースゲルにアミノ基を導入する方法としては、例えば、前述の方法によりエポキシ基を導入した多孔性架橋セルロースゲルを、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリス(2−アミノエチル)アミンなどの少なくとも2つ以上のアミノ基を有する化合物と反応させる方法を例示することができる。本発明の多孔性架橋セルロースゲルにマレイミド基を導入する方法としては、例えば、前述の方法によりアミノ基を導入した多孔性架橋セルロースゲルを、3−マレイミドプロピオン酸N−スクシンイミジル、4−マレイミド酪酸N−スクシンイミジル、6−マレイミドヘキサン酸N−スクシンイミジルなどの化合物と反応させる方法を例示することができる。本発明の多孔性架橋セルロースゲルにカルボキシル基を導入する方法としては、例えば、本発明により得られた多孔性架橋セルロースゲルをモノクロロ酢酸、モノブロモ酢酸などのハロ酢酸と塩基性条件下で反応させる方法の他に、前述の方法によりエポキシ基を導入した多孔性架橋セルロースゲルを、グリシン、アラニン、アスパラギン酸、グルタミン酸などのアミノ酸類、β−アラニン、4−アミノ酪酸、6−アミノヘキサン酸などのアミノ基含有カルボン酸類、チオグリコール酸やチオリンゴ酸などの含硫黄カルボン酸類と塩基性条件下で反応させる方法を例示することができる。
前述のアフィニティーリガンド固定化用官能基を導入した多孔性架橋セルロースゲルにアフィニティーリガンドを固定化する方法は、一般的なアフィニティーリガンドの固定化方法であれば特に制限されない。例えば、アフィニティーリガンド固定化用官能基がエポキシ基の場合、本発明の多孔性架橋セルロースゲルに導入したエポキシ基と、アフィニティーリガンド中の活性官能基(リジンのアミノ基あるいはシステインのメルカプト基)を塩基性条件下で反応させる方法を例示することができる。固定化用官能基がホルミル基の場合、本発明の多孔性架橋セルロースゲルに導入したホルミル基と、アフィニティーリガンド中のリジンのアミノ基を、pH8から12の条件下、10から40℃で反応させたのち、水素化ホウ素ナトリウムやジメチルアミンボランなどの還元剤を添加して、さらに10から40℃で反応させる方法を例示することができる。固定化用官能基がアミノ基あるいはカルボキシル基の場合、本発明の多孔性架橋セルロースゲルに導入したアミノ基あるいはカルボキシル基と、N−ヒドロキシスクシンイミド、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩の存在下、アフィニティーリガンド中のアスパラギン酸及び/又はグルタミン酸のカルボキシル基あるいはリジンのアミノ基を、pH4から7の条件下、10から40℃で反応させる方法を例示することができる。固定化用官能基がマレイミド基の場合、本発明の多孔性架橋セルロースゲルに導入したマレイミド基と、アフィニティーリガンド中のシステインのメルカプト基を、pH6から8の条件下、10から40℃で反応させる方法を例示することができる。
これらのアフィニティーリガンドの固定化方法の中では、固定化収率が高い点で、多孔性架橋セルロースゲルに導入したホルミル基、カルボキシル基、マレイミド基とアフィニティーリガンドの活性官能基を反応させる方法が好ましく、多孔性架橋セルロースゲルに導入したホルミル基あるいはマレイミド基とアフィニティーリガンドの活性官能基を反応させる方法がより好ましい。
さらに、精製対象物質に対する吸着容量を高める点で、本発明の多孔性架橋セルロースゲルの水酸基とアフィニティーリガンドの活性官能基の間に導入したスペーサー原子(以下、スペーサー)を介してアフィニティーリガンドを固定化させる方法がさらに好ましい。スペーサーの原子数は、アフィニティーリガンドが精製対象物質に対する吸着能を有している限り特に制限はないが、アフィニティーリガンドと精製対象物質の接触効率を高めて吸着容量を高める点で、2原子から50原子であることが好ましく、3原子から30原子であることがより好ましい。
本発明の多孔性架橋セルロースゲルにホルミル基あるいはマレイミド基を導入した多孔性架橋セルロースゲルへのアフィニティーリガンド固定化量は、精製対象物質の吸着量を高める点及び製造原価を低減させる点で、1mLの多孔性架橋セルロースゲル当り、1mg以上100mg以下であることが好ましく、5mg以上50mg以下がより好ましく、5mg以上30mg以下がさらに好ましい。多孔性架橋セルロースゲルへのアフィニティーリガンド固定化量は、固定化反応液及び反応後のゲル洗浄液を回収し、アフィニティーリガンド由来の吸光度を測定することにより未反応のアフィニティーリガンド量を求めたのち、固定化反応に使用したアフィニティーリガンド量から未反応のアフィニティーリガンド量を差し引くことで算出することができる。また、本発明の多孔性架橋セルロースゲルへの前述の各種官能基及びアフィニティーリガンドの導入量はクロマトグラフィー用充填剤の用途に合わせて決定すればよく、各種官能基導入量は反応条件を変更することにより調整することができる。本発明の多孔性架橋セルロースゲルへのアフィニティーリガンド固定化用官能基の導入及びアフィニティーリガンド固定化の具体的な方法は、実施例に示したとおりである。
前述の方法に従って、本発明の多孔性架橋セルロースゲルにアフィニティーリガンド固定化用官能基を導入した多孔性架橋セルロースゲルに、プロテインA、プロテインG、Fc結合性タンパク質などの抗体に対するアフィニティーリガンドを導入することにより、後述の実施例にて示されるように、抗体精製に好適な抗体吸着容量が高いアフィニティークロマトグラフィー用充填剤、すなわち、抗体精製用吸着剤を得ることができる。
抗体精製用吸着剤の作製に使用する、抗体に対するアフィニティーリガンドとしては、後述の実施例にて示されるように、低いリガンド固定化量で高い抗体吸着量を実現できる点で、プロテインA又はFc結合性タンパク質が好ましく、プロテインAがより好ましい。
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、以下の実施例及び比較例において、セルロースゲルを重量で記載した場合、特段の説明がない限り、水に懸濁したセルロースゲルをグラスフィルターなどでろ過したのちに秤量した含水重量であり、また、「容積」で記載した場合、特段の説明がない限り、水に懸濁したセルロースゲルを目盛付き容器に添加し、12時間以上放置したときの沈降容積を目視により測定したものである。
(実施例1) 多孔性架橋セルロースゲル1の製造
実施例1は、7重量%水酸化ナトリウムと22重量%尿素の混合水溶液に木綿由来セルロースを溶解して調製した6%セルロース溶液からの多孔性架橋セルロースゲルの製造及びクロマトグラフィー用充填剤としての特性評価に関するものである。
(1)多孔性架橋セルロースゲル1の製造
(a)セルロース溶液を得る工程
5M水酸化ナトリウム水溶液(関東化学製、140.6g)と尿素(関東化学製、74.6g)と水(123.8g)を混合して調製した7重量%水酸化ナトリウム−22重量%尿素混合水溶液(300mL)に、ADVANTEC製濾紙粉末C(18.0g、平均重合度176)を25℃で添加し、氷冷下で2時間撹拌することにより、透明なセルロース溶液1を得た。
(b)セルロース分散液を得る工程
工程(a)で得られたセルロース溶液1を25℃で1時間撹拌したのち、エチルセルロース(関東化学製、45cP、3.60g)を含むトルエン(関東化学製、400mL)に25℃で添加し、撹拌羽根を用いて500rpmで10分間撹拌することによりセルロース分散液1を得た。
(c)多孔性未架橋セルロースゲルを得る工程
25℃で500rpmでの撹拌を継続した条件で、工程(b)で得られたセルロース分散液1を氷冷し、分散液の温度が5℃以下になったことを確認したのち、さらに氷冷下で1時間撹拌を継続した。次に、セルロース分散液の温度が0℃から10℃の範囲となるよう冷却した条件で、500rpmでの撹拌を継続したセルロース分散液に氷冷したメタノール(関東化学製、200mL)を毎分10mLの速度で添加したのち、さらに氷冷下で10分間撹拌を継続することにより、セルロースゲル懸濁液を得た。得られたセルロースゲル懸濁液を1.2Lのエタノールで5回、3.5Lの水で5回、順次洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル1(350mL)と粒子径150μm以上の多孔性未架橋セルロースゲル1(60mL)を得た。
(d)多孔性部分架橋セルロースゲルを得る工程
工程(c)で得られた粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル1(220.3g、含水率92.0%、乾燥セルロース17.6g)、1,4−ジオキサン(関東化学製、264.0g)、水(61.3g)、デナコールEX−313(ナガセケムテックス製、35.2g)を混合し、50℃で30分間撹拌したのち、水素化ホウ素ナトリウム(関東化学製、528mg)、48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学製、17.6g)を添加し、50℃で16時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却したのち、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性部分架橋セルロースゲル1を得た。
(e)多孔性架橋セルロースゲルを得る工程
工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲル1全量と、無水硫酸ナトリウム(和光純薬製)と水から調製した25重量%硫酸ナトリウム水溶液(442.5g)を混合し、50℃で30分間撹拌した。次に、反応液に水素化ホウ素ナトリウム(関東化学製、528mg)を添加したのち、50℃での撹拌を継続した条件で、エピクロロヒドリン(東京化成製、4.41g)と48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学製、4.41g)を30分間隔で12回添加し、エピクロロヒドリンと48%水酸化ナトリウム水溶液の添加終了後、さらに50℃で15時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却し、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル1(200mL)を得た。
(2)排除限界分子量測定
前述の工程(e)で得られた45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル1の、多糖類の排除限界分子量の測定は、特開2012−141212に記載の方法で行った。多孔性架橋セルロースゲル1を、グラスフィルターを使用して0.5M塩化ナトリウム水溶液で洗浄したのち、吸引ろ過することにより、サクションドライした多孔性架橋セルロースゲル1を得た。次に、サクションドライした多孔性架橋セルロースゲル1(20.0g)を0.5M塩化ナトリウム水溶液(30.0g)に分散させ、リザーバーステンレス製カラム(内径10.7mm、長さ300mm)と出口にステンレス製焼結フィルターを取り付けたステンレス製カラム(内径10.7mm、長さ150mm、カラム容積13.5mL)を接続したものに注ぎ、チューブポンプに接続して、0.15MPaの定圧で0.5M塩化ナトリウム水溶液(100mL)を送液した。送液停止後、カラム内圧力が大気圧まで低下したのを確認後、リザーバーとカラムを切り離し、カラム上面の多孔性架橋セルロースゲル1を擦切り、ステンレス製焼結フィルターを取り付けた。
多孔性架橋セルロースゲル1を充填したカラムをHPLCシステム(定量ポンプ:東ソー製DP−8020、オートサンプラ:東ソー製AS−8020、示差屈折計:東ソー製RI−8020)に接続し、示差屈折計をデータ処理システム(東ソー製SC−8020)に接続した。次に、純水を1mL/分の流速で通液して、0.2%エチレングリコール水溶液40μLをオートサンプラから注入し、エチレングリコールのピークの非対称係数が0.8〜1.2の範囲にあることを確認した。次に、流速0.48mL/分で、0.2%のデキストラン水溶液(SIGMA製、分子量4×107)、0.2%の8種類のプルラン水溶液(昭和電工製Shodex STANDARD P−82、重量平均分子量Mwがそれぞれ78.7×104、40.4×104、21.2×104、11.2×104、4.73×104、2.28×104、1.18×104、0.59×104であり、Mw/Mnの値がそれぞれ1.23、1.13、1.13、1.12、1.06、1.07、1.10、1.09であるプルラン)及びエチレングリコールをそれぞれ40μL注入して溶出容積を測定した。各測定サンプルの溶出容積をx軸に、各測定サンプルの分子量をy軸にプロットし、デキストランの溶出容積を分配係数0、エチレングリコールの溶出容積を分配係数1とし、分配係数が0.5以上を1点含めたそれ以下の3点から5点で直線を引き、デキストランの溶出容積との切片から排除限界分子量を求めた結果、多孔性架橋セルロースゲル1の排除限界分子量は114万であった。
(3)空孔率及びKav測定
多孔性架橋セルロースゲル1のKav及び空孔率の測定は、以下に記載の方法で行った。まず始めに、多孔性架橋セルロースゲル1を水に懸濁したのち、リザーバーカラム及びポンプを用いて水を通液することにより、オムニフィット製ガラスカラム(内径6.6mm、長さ220mm、カラム容積7.5mL)に最密充填となるように充填した。次に、多孔性架橋セルロースゲルを充填したカラムをHPLCシステム(GEヘルスケアバイオサイエンス製、AKTAexplorer 10S)に接続したのち、水を0.3mL/分で通液し、0.2%分子量200万のブルーデキストラン水溶液(シグマ製)と、塩化ナトリウム(和光純薬製)と水から調製した0.5M塩化ナトリウム水溶液をそれぞれ10μL注入してカラムからの溶出容積を測定した。カラム容積(Vc)、分子量200万のブルーデキストランの溶出容積(Vo)及び塩化ナトリウムの溶出容積(Vn)の値を用い、前述の空孔率算出式より多孔性架橋セルロースゲル1の空孔率を算出した結果、空孔率は91.3%であった。
次に、カラムに0.5mL/分の流速で、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン(和光純薬製、以下Trisとする)と希塩酸から調製した0.05MのTris−HCl緩衝液(pH7.5)に、終濃度が0.1Mとなるように塩化カリウム(和光純薬製)を添加して調製したHPLC溶出液を40mL以上通液したのち、前述のHPLC溶出液を0.3mL/分で通液し、Kav測定対象タンパク質溶液として0.2%チトクロムC溶液(シグマ製、分子量12400)、0.5%アルブミン溶液(シグマ製、分子量66000)、0.5%アポフェリチン(シグマ製、分子量443000)及び0.6%チログロブリン(シグマ製、分子量669000)を用い、各溶液を10μL注入してカラムからの溶出容積を測定した。なお、測定対象タンパク質溶液は、測定対象タンパク質を前述のHPLC溶液に溶解することにより調製した。各測定対象タンパク質の溶出容積(Ve)、カラム容積(Vc)及び分子量200万のブルーデキストランの溶出容積(Vo)の値を用い、前述のKav算出式より多孔性架橋セルロースゲル1のKavを算出した結果、チトクロムCに対して0.91、アルブミンに対して0.78、アポフェリチンに対して0.66、チログロブリンに対して0.60であった。
(4)カラム圧力損失測定
多孔性架橋セルロースゲル1のカラム圧力損失の測定には、前述の(2)で充填したカラムとHPLCシステムを使用した。カラム圧力損失測定は、カラムに0.5mL/分(線速度88cm/時)の流速で少なくとも40mL以上の水を通液することによりカラム内を平衡化したのち、0.5mL/分の流速で水を通液し、1分後のHPLCシステムのポンプ圧力を読み取り、HPLCシステムの最大流速である10mL/分(線速度1755cm/時)まで1分間隔で流速を0.5mL/分ずつ上昇させ、各流速における1分後のポンプ圧力を読みとることで行なった。なお、カラム圧力損失は、カラムに充填剤を充填した状態で水を通液した場合の各流速におけるHPLCシステムのポンプ圧力から、カラムに水を満たした状態で水を通液した場合の各流速におけるHPLCシステムのポンプ圧力を差し引くことにより算出した。多孔性架橋セルロースゲル1のカラム圧力損失を測定した結果、線速度1491cm/時(流速8.5mL/分)でのカラム圧力損失は0.26MPaであった。
(5)多孔性架橋セルロースゲルのホルミル化
工程(e)で得られた粒子径45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル1(3.0g)、過ヨウ素酸ナトリウム(関東化学社製)と水から調製した過ヨウ素酸ナトリウム水溶液(10mg/mL、1.5mL)、水(1.5mL)を混合し、25℃で60分間撹拌することにより、多孔性架橋セルロースゲル1のホルミル化反応を行なった。反応後、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性架橋セルロースゲル1をホルミル化した多孔性架橋セルロースゲル1Fを得た。
(6)ホルミル化多孔性架橋セルロースゲルへのプロテインA固定化
前述の(4)で得られた多孔性架橋セルロースゲル1Fに水を添加することで調製した50容積%懸濁液(100μL)を容器(BIO−RAD社製、ミニバイオスピンクロマトグラフィーカラム、容積1.2mL)に添加し、0.5M塩化ナトリウムを含む0.2Mリン酸緩衝液(pH11.0、150μL)で5回洗浄した。なお、多孔性架橋セルロースゲル1Fの50容積%懸濁液は、水で懸濁した多孔性架橋セルロースゲル1Fをメスシリンダー内で沈降させ、時々タッピングを行なって容積が一定になるまで放置したのち、多孔性架橋セルロースゲル1Fの容積が50%となるよう、水を添加することで調製した。
次に、多孔性架橋セルロースゲル1F(50μL)が入った容器に、0.5M塩化ナトリウムを含む0.2Mリン酸緩衝液(pH11.0、120μL)と、プロテインA(Repligen社製)とD−PBS(−)(和光純薬社製)から調製したプロテインA溶液(30.5mg/mL、20μL)を添加して30℃で1時間撹拌した。次に、水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製)と水から調製した水素化ホウ素ナトリウム水溶液(15mg/mL、10μL)を添加し、さらに30℃で1時間撹拌することにより、プロテインAを多孔性架橋セルロースゲル1Fに固定化した。固定化反応後、D−PBS(−)(和光純薬社製)を希塩酸によりpHを7.0に調整したPBS溶液(以下、PBS7.0溶液とする)で洗浄することにより、多孔性架橋セルロースゲル1FにプロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤1FPを得た。
反応液及び洗浄液を回収し、280nmの吸光度を測定することにより未反応のプロテインA量を算出したのち、反応に使用したプロテインA量から未反応のプロテインA量を差し引くことで抗体精製用吸着剤1FPへのプロテインA固定化量を算出した結果、固定化量はゲル1mLあたり10.7mgであった。
(7)プロテインA固定化多孔性架橋セルロースゲルの抗体吸着量測定
前述の(5)で調製した抗体精製用吸着剤1FP(50μL)をPBS7.0溶液(200μL)で5回洗浄したのち、反応容器にPBS7.0溶液(140μL)と、濃度が150mg/mLのガンマグロブリン製剤(一般財団法人化学及血清療法研究所製、70μL)を添加し、25℃で2時間撹拌することにより、抗体精製用吸着剤1FPに抗体を吸着させた。
撹拌終了後、抗体を吸着させた抗体精製用吸着剤1FPをPBS7.0溶液(150μL)で4回洗浄したのち、回収した洗浄液の280nmの吸光度測定により未吸着の抗体量を算出した。次に、抗体を吸着させた抗体精製用吸着剤1FPを0.1Mのクエン酸緩衝液(pH3.0、150μL)で4回洗浄することにより抗体を脱着した。回収したクエン酸緩衝液による洗浄液の280nmの吸光度を測定することにより抗体吸着量を算出した結果、抗体精製用吸着剤1FPの抗体吸着量はゲル1mLあたり65.2mgであった。
(8)プロテインAを固定化していない多孔性架橋セルロースゲルの抗体吸着量測定
抗体精製用吸着剤1FPの代わりに、プロテインAを固定化していない多孔性架橋セルロースゲル1を用い、前述の(6)に記載の方法により多孔性架橋セルロースゲル1の静的抗体吸着量を測定した結果、多孔性架橋セルロースゲル1の静的抗体吸着量はゲル1mLあたり0.7mgであった。従って、多孔性架橋セルロースゲル1への抗体の非特異的吸着は低いことが明らかになった。
(比較例1) 多孔性架橋セルロースゲル2の製造
比較例1は、実施例1と同様に7重量%水酸化ナトリウムと22重量%尿素の混合水溶液に木綿由来セルロースを溶解して調製した6%セルロース溶液を使用し、実施例1の工程(c)におけるゲル化剤の添加温度を25℃として行なった場合の多孔性架橋セルロースゲルの製造及びクロマトグラフィー用充填剤としての特性評価に関するものである。
(1)多孔性架橋セルロースゲル2の製造
(a)セルロース溶液を得る工程
5M水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、103.1g)と尿素(関東化学社製、54.7g)と水(128.8g)を混合して調製した7重量%水酸化ナトリウム−22重量%尿素混合水溶液(220mL)に、ADVANTEC社製濾紙粉末C(13.2g、平均重合度176)を25℃で添加し、氷冷下で2時間撹拌することにより、透明なセルロース溶液2を得た。
(b)セルロース分散液を得る工程
工程(a)で得られたセルロース溶液2を25℃で1時間撹拌したのち、エチルセルロース(関東化学社製、45cP、4.68g)を含むトルエン(関東化学社製、520mL)に25℃で添加し、撹拌羽根を用いて500rpmで10分間撹拌することによりセルロース分散液2を得た。
(c)多孔性未架橋セルロースゲルを得る工程
25℃で500rpmでの撹拌を継続した条件で、工程(b)で得られたセルロース分散液2に25℃のメタノール(関東化学社製、180mL)を毎分10mLの速度で添加したのち、さらに25℃で30分間撹拌を継続することにより、セルロースゲル懸濁液を得た。得られたセルロースゲル懸濁液を1.2Lのエタノールで5回、3.5Lの水で5回、順次洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル2(260mL)と粒子径150μm以上の多孔性未架橋セルロースゲル2(35mL)を得た。
(d)多孔性部分架橋セルロースゲルを得る工程
工程(c)で得られた粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル2(156.0g、含水率91.8%、乾燥セルロース12.8g)、1,4−ジオキサン(関東化学社製、192.0g)、水(48.8g)、デナコールEX−313(ナガセケムテックス社製、25.6g)を混合し、50℃で30分間撹拌したのち、水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、384mg)、48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、12.8g)を添加し、50℃で16時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却したのち、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性部分架橋セルロースゲル2を得た。
(e)多孔性架橋セルロースゲルを得る工程
工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲル2全量と、無水硫酸ナトリウム(和光純薬社製)と水から調製した25重量%硫酸ナトリウム水溶液(442.5g)を混合し、50℃で30分間撹拌した。次に、反応液に水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、384mg)を添加したのち、50℃での撹拌を継続した条件で、エピクロロヒドリン(東京化成社製、3.20g)と48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、3.20g)を30分間隔で12回添加し、エピクロロヒドリンと48%水酸化ナトリウム水溶液の添加終了後、さらに50℃で15時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却し、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル2(140mL)を得た。
(2)空孔率及びKav測定
実施例1に記載の方法により算出した多孔性架橋セルロースゲル2の空孔率は89.0%であった。従って、多孔性架橋セルロースゲル2の空孔率は実施例1で製造した多孔性架橋セルロースゲル1に比較して低下することが明らかとなった。同じく実施例1に記載の方法により算出した多孔性架橋セルロースゲル2のKavは、チトクロムCに対して0.88、アルブミンに対して0.76、アポフェリチンに対して0.63、チログロブリンに対して0.57であった。
(3)カラム圧力損失測定
実施例1に記載の方法により測定した多孔性架橋セルロースゲル2のカラム圧力損失は、線速度1491cm/時(流速8.5mL/分)において0.20MPaであった。
(4)多孔性架橋セルロースゲルのホルミル化、プロテインA固定化及び抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル2をホルミル化した多孔性架橋セルロースゲル2Fを得たのち、プロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤2FPを得た。実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤2FPのプロテインA固定化量はゲル1mLあたり11.5mgであった。同じく実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤2FPの抗体吸着量はゲル1mLあたり55.9mgであった。従って、抗体精製用吸着剤2FPの抗体吸着量は、実施例1で製造した抗体精製用吸着剤1FPに比較して低下することが明らかとなった。
(実施例2) 多孔性架橋セルロースゲル3の製造
実施例2は、9重量%水酸化ナトリウムと4重量%尿素と4重量%チオ尿素の混合水溶液に木綿由来セルロースを溶解して調製した6%セルロース溶液からの多孔性架橋セルロースゲルの製造及びクロマトグラフィー用充填剤としての特性評価に関するものである。
(1)多孔性架橋セルロースゲル3の製造
(a)セルロース溶液を得る工程
5M水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、177.6g)と尿素(関東化学社製、13.3g)とチオ尿素(関東化学社製、13.3g)と水(128.8g)を混合して調製した9重量%水酸化ナトリウム−4重量%尿素−4重量%チオ尿素混合水溶液(300mL)に、ADVANTEC社製濾紙粉末C(18.0g、平均重合度176)を25℃で添加し、氷冷下で2時間撹拌することにより、透明なセルロース溶液3を得た。
(b)セルロース分散液を得る工程
工程(a)で得られたセルロース溶液3を使用し、実施例1に記載した方法により、セルロース分散液3を得た。
(c)多孔性未架橋セルロースゲルを得る工程
工程(b)で得られたセルロース分散液3を使用し、実施例1に記載した方法により、粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル3(350mL)と粒子径150μm以上の多孔性未架橋セルロースゲル3(25mL)を得た。従って、工程(a)で水酸化ナトリウムと尿素とチオ尿素の混合水溶液を使用することにより、水酸化ナトリウムと尿素の混合水溶液を使用した実施例1よりさらに、粒子径150μm以上の多孔性未架橋セルロースゲルの生成を抑制することができる。
(d)多孔性部分架橋セルロースゲルを得る工程
工程(c)で得られた粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル3(221.5g、含水率92.0%、乾燥セルロース17.7g)、1,4−ジオキサン(関東化学社製、265.5g)、水(61.7g)、デナコールEX−313(ナガセケムテックス社製、35.4g)を混合し、50℃で30分間撹拌したのち、水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、531mg)、48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、17.7g)を添加し、50℃で16時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却したのち、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性部分架橋セルロースゲル3を得た。
(e)多孔性架橋セルロースゲルを得る工程
工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲル3全量と、無水硫酸ナトリウム(和光純薬社製)と水から調製した25重量%硫酸ナトリウム水溶液(442.5g)を混合し、50℃で30分間撹拌した。次に、反応液に水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、531mg)を添加したのち、50℃での撹拌を継続した条件で、エピクロロヒドリン(東京化成社製、4.43g)と48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、4.43g)を30分間隔で12回添加し、エピクロロヒドリンと48%水酸化ナトリウム水溶液の添加終了後、さらに50℃で15時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却し、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル3(235mL)を得た。
(2)排除限界分子量、空孔率及びKav測定
実施例1に記載の方法により測定した多孔性架橋セルロースゲル3の多糖類の排除限界分子量は140万であった。同じく実施例1に記載の方法により算出した多孔性架橋セルロースゲル3の空孔率は90.8%であった。同じく実施例1に記載の方法により算出した多孔性架橋セルロースゲル3のKavは、チトクロムCに対して0.91、アルブミンに対して0.77、アポフェリチンに対して0.66、チログロブリンに対して0.59であった。
(3)カラム圧力損失測定
実施例1に記載の方法により測定した多孔性架橋セルロースゲル3のカラム圧力損失は、線速度1491cm/時(流速8.5mL/分)において0.21MPaであった。
(4)多孔性架橋セルロースゲルのホルミル化、プロテインA固定化及び抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル3をホルミル化した多孔性架橋セルロースゲル3Fを得たのち、プロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤3FPを得た。実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤3FPのプロテインA固定化量はゲル1mLあたり11.3mgであった。同じく実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤3FPの抗体吸着量はゲル1mLあたり66.3mgであった。
(5)プロテインAを固定化していない多孔性架橋セルロースゲルの静的抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により測定したプロテインAを固定化していない多孔性架橋セルロースゲル3の静的抗体吸着量は、ゲル1mLあたり0.6mgであった。従って、多孔性架橋セルロースゲル3への抗体の非特異的吸着は低いことが明らかになった。
(比較例2) 多孔性架橋セルロースゲル4の製造
比較例2は、実施例2と同様に9重量%水酸化ナトリウムと4重量%尿素と4重量%チオ尿素の混合水溶液に木綿由来セルロースを溶解して調製した6%セルロース溶液を使用し、実施例2の工程(c)におけるゲル化剤の添加温度を25℃として行なった場合の多孔性架橋セルロースゲルの製造及びクロマトグラフィー用充填剤としての特性評価に関するものである。また、比較例2では、有機溶媒とセルロース溶液の混合比を、実施例2と同一条件にして多孔性架橋セルロースゲルを製造した。
(1)多孔性架橋セルロースゲル4の製造
(a)セルロース溶液を得る工程
実施例2に記載した方法により、透明なセルロース溶液4を得た。
(b)セルロース分散液を得る工程
工程(a)で得られたセルロース溶液4を使用し、実施例2に記載した方法により、セルロース分散液4を得た。
(c)多孔性未架橋セルロースゲルを得る工程
25℃で500rpmでの撹拌を継続した条件で、工程(b)で得られたセルロース分散液4に25℃のメタノール(関東化学社製、200mL)を毎分10mLの速度で添加したのち、さらに25℃で10分間撹拌を継続することにより、セルロースゲル懸濁液を得た。得られたセルロースゲル懸濁液を1.2Lのエタノールで5回、3.5Lの水で5回、順次洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル4(200mL)と粒子径150μm以上の多孔性未架橋セルロースゲル4(200mL)を得た。従って、ゲル化剤の添加温度を25℃で行なった比較例2では、ゲル化剤の添加温度を10℃以下で行なった実施例2と比較して、粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲルの収量が低下することが明らかとなった。
また、多孔性未架橋セルロースゲル4の形状を光学顕微鏡で観察した結果、粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル4は1個の粒子が単独で存在した粒子状のセルロースゲルとして観察されたが、粒子径150μm以上の多孔性未架橋セルロースゲル4は粒子状のセルロースゲル同士が多数付着した塊状のセルロースゲルとして観察された。
(d)多孔性部分架橋セルロースゲルを得る工程
工程(c)で得られた粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル4(98.3g、含水率92.0%、乾燥セルロース7.9g)、1,4−ジオキサン(関東化学社製、118.5g)、水(28.1g)、デナコールEX−313(ナガセケムテックス社製、15.8g)を混合し、50℃で30分間撹拌したのち、水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、237mg)、48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、7.9g)を添加し、50℃で16時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却したのち、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性部分架橋セルロースゲル4を得た。
(e)多孔性架橋セルロースゲルを得る工程
工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲル4全量と、無水硫酸ナトリウム(和光純薬社製)と水から調製した25重量%硫酸ナトリウム水溶液(442.5g)を混合し、50℃で30分間撹拌した。次に、反応液に水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、237mg)を添加したのち、50℃での撹拌を継続した条件で、エピクロロヒドリン(東京化成社製、1.98g)と48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、1.98g)を30分間隔で12回添加し、エピクロロヒドリンと48%水酸化ナトリウム水溶液の添加終了後、さらに50℃で15時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却し、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル4(85mL)を得た。
(2)空孔率及びKav測定
実施例1に記載の方法により算出した多孔性架橋セルロースゲル4の空孔率は88.8%であった。従って、多孔性架橋セルロースゲル4の空孔率は実施例2で製造した多孔性架橋セルロースゲル3に比較して低下することが明らかとなった。
同じく実施例1に記載の方法により算出した多孔性架橋セルロースゲル4のKavは、チトクロムCに対して0.87、アルブミンに対して0.73、アポフェリチンに対して0.63、チログロブリンに対して0.55であった。
(3)カラム圧力損失測定
実施例1に記載の方法により測定した多孔性架橋セルロースゲル4は、線速度1491cm/時(流速8.5mL/分)において0.18MPaであった。
(4)多孔性架橋セルロースゲルのホルミル化、プロテインA固定化及び抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル4をホルミル化した多孔性架橋セルロースゲル4Fを得たのち、プロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤4FPを得た。実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤4FPのプロテインA固定化量はゲル1mLあたり11.5mgであった。同じく実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤4FPの抗体吸着量はゲル1mLあたり54.5mgであった。従って、抗体精製用吸着剤4FPの抗体吸着量は、実施例2で製造した抗体精製用吸着剤3FPに比較して低下することが明らかとなった。
(実施例3) 多孔性架橋セルロースゲル5の製造
実施例3は、10重量%水酸化ナトリウムと6重量%チオ尿素の混合水溶液に木綿由来セルロースを溶解して調製した6%セルロース溶液からの多孔性架橋セルロースゲルの製造及びクロマトグラフィー用充填剤としての特性評価に関するものである。
(1)多孔性架橋セルロースゲル5の製造
(a)セルロース溶液を得る工程
5M水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、197.3g)とチオ尿素(関東化学社製、20.0g)と水(115.7g)を混合して調製した10重量%水酸化ナトリウム−6重量%チオ尿素混合水溶液(300mL)に、ADVANTEC社製濾紙粉末C(18.0g、平均重合度176)を25℃で添加し、氷冷下で2時間撹拌することにより、透明なセルロース溶液5を得た。
(b)セルロース分散液を得る工程
工程(a)で得られたセルロース溶液5を25℃で1時間撹拌したのち、エチルセルロース(関東化学社製、45cP、3.60g)を含むトルエン(関東化学社製、400mL)に25℃で添加し、撹拌羽根を用いて450rpmで10分間撹拌することによりセルロース分散液5を得た。
(c)多孔性未架橋セルロースゲルを得る工程
25℃で450rpmでの撹拌を継続した条件で、工程(b)で得られたセルロース分散液5を氷冷し、分散液の温度が5℃以下になったことを確認したのち、さらに氷冷下で1時間撹拌を継続した。次に、セルロース分散液の温度が0℃から10℃の範囲となるよう冷却した条件で、500rpmでの撹拌を継続したセルロース分散液に氷冷したメタノール(関東化学社製、200mL)を毎分10mLの速度で添加したのち、さらに氷冷下で10分間撹拌を継続することにより、セルロースゲル懸濁液を得た。得られたセルロース懸濁溶液を1.2Lのエタノールで5回、3.5Lの水で5回、順次洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル5(300mL)と粒子径150μm以上の多孔性未架橋セルロースゲル5(25mL)を得た。従って、工程(a)で水酸化ナトリウムとチオ尿素の混合水溶液を使用することにより、水酸化ナトリウムと尿素の混合水溶液を使用した実施例1よりさらに、粒子径150μm以上の多孔性未架橋セルロースゲルの生成を抑制することができる。
(d)多孔性部分架橋セルロースゲルを得る工程
工程(c)で得られた粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル5(227.1g、含水率92.2%、乾燥セルロース17.7g)、1,4−ジオキサン(関東化学社製、265.5g)、水(56.1g)、デナコールEX−313(ナガセケムテックス社製、35.4g)を反応容器に添加して50℃で30分間撹拌したのち、水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、531mg)、48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、17.7g)を添加し、50℃で16時間撹拌を継続した。反応終了後、反応液を40℃以下に冷却したのち、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性部分架橋セルロースゲル5を得た。
(e)多孔性架橋セルロースゲルを得る工程
工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲル5全量と、無水硫酸ナトリウム(和光純薬社製)と水から調製した25重量%硫酸ナトリウム水溶液(442.5g)を反応容器に添加して50℃で30分間撹拌した。次に、反応液に水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、531mg)を添加したのち、50℃での撹拌を継続した条件で、エピクロロヒドリン(東京化成社製、4.43g)と48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、4.43g)を30分間隔で12回添加し、エピクロロヒドリンと48%水酸化ナトリウム水溶液の添加終了後、さらに50℃で15時間撹拌を継続した。反応終了後、反応液を40℃以下に冷却し、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル5(190mL)を得た。
(2)排除限界分子量、空孔率及びKav測定
実施例1に記載の方法により測定した多孔性架橋セルロースゲル5の多糖類の排除限界分子量は150万であった。同じく実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル5の空孔率を算出した結果、空孔率は90.6%であった。また、実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル5のKavを算出した結果、チトクロムCに対して0.89、アルブミンに対して0.76、アポフェリチンに対して0.68、チログロブリンに対して0.59であった。
(3)カラム圧力損失測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル5のカラム圧力損失を測定した結果、線速度1491cm/時(流速8.5mL/分)でのカラム圧力損失は0.24MPaであった。
(4)多孔性架橋セルロースゲルのホルミル化、プロテインA固定化及び抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル5をホルミル化した多孔性架橋セルロースゲル5Fを得たのち、プロテインAを固定化した多孔性架橋セルロースゲル5FPを得た。
同じく実施例1に記載の方法により多孔性架橋セルロースゲル5FPのプロテインA固定化量を算出した結果、固定化量はゲル1mLあたり11.5mgであった。同様に、多孔性架橋セルロースゲル5FPの抗体吸着量を算出した結果、抗体吸着量はゲル1mLあたり62.4mgであった。
(5)プロテインAを固定化していない多孔性架橋セルロースゲルの抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により、プロテインAを固定化していない多孔性架橋セルロースゲル5の静的抗体吸着量を測定した結果、静的抗体吸着量はゲル1mLあたり0.6mgであった。従って、多孔性架橋セルロースゲル5への抗体の非特異的吸着は低いことが明らかになった。
(比較例3) 多孔性架橋セルロースゲル6の製造
比較例3は、実施例3と同様に10重量%水酸化ナトリウムと6重量%チオ尿素の混合水溶液に木綿由来セルロースを溶解して調製した6%セルロース溶液を使用し、実施例3の工程(c)におけるゲル化剤の添加温度を25℃として行なった場合の多孔性架橋セルロースゲルの製造及びクロマトグラフィー用充填剤としての特性評価に関するものである。
(1)多孔性架橋セルロースゲル6の製造
(a)セルロース溶液を得る工程
5M水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、144.7g)とチオ尿素(関東化学社製、14.7g)と水(84.9g)を混合して調製した10重量%水酸化ナトリウム−6重量%チオ尿素混合水溶液(220mL)に、ADVANTEC社製濾紙粉末C(13.2g、平均重合度176)を25℃で添加し、氷冷下で2時間撹拌することにより、透明なセルロース溶液6を得た。
(b)セルロース分散液を得る工程
工程(a)で得られたセルロース溶液6を使用し、比較例1に記載した方法により、セルロース分散液6を得た。
(c)多孔性未架橋セルロースゲルを得る工程
工程(b)で得られたセルロース分散液6を使用し、比較例1に記載した方法により、粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル6(220mL)と粒子径150μm以上の多孔性未架橋セルロースゲル6(30mL)を得た。
(d)多孔性部分架橋セルロースゲルを得る工程
工程(c)で得られた粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル6(125.2g、含水率89.8%、乾燥セルロース12.8g)、1,4−ジオキサン(関東化学社製、192.0g)、水(79.6g)、デナコールEX−313(ナガセケムテックス社製、25.6g)を反応容器に添加して50℃で30分間撹拌したのち、水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、384mg)、48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、12.8g)を添加し、50℃で16時間撹拌を継続した。反応終了後、反応液を40℃以下に冷却したのち、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性部分架橋セルロースゲル6を得た。
(e)多孔性架橋セルロースゲルを得る工程
工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲル6全量と、無水硫酸ナトリウム(和光純薬社製)と水から調製した25重量%硫酸ナトリウム水溶液(442.5g)を反応容器に添加して50℃で30分間撹拌した。次に、反応液に水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、384mg)を添加したのち、50℃での撹拌を継続した条件で、エピクロロヒドリン(東京化成社製、3.20g)と48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、3.20g)を30分間隔で12回添加し、エピクロロヒドリンと48%水酸化ナトリウム水溶液の添加終了後、さらに50℃で15時間撹拌を継続した。反応終了後、反応液を40℃以下に冷却し、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル6(115mL)を得た。
(2)空孔率及びKav測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル6の空孔率を算出した結果、空孔率は86.5%であった。従って、多孔性架橋セルロースゲル6の空孔率は実施例3で製造した多孔性架橋セルロースゲル5に比較して低下することが明らかとなった。
また、実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル6のKavを算出した結果、チトクロムCに対して0.84、アルブミンに対して0.70、アポフェリチンに対して0.58、チログロブリンに対して0.52であった。
(3)カラム圧力損失測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル6のカラム圧力損失を測定した結果、線速度1491cm/時(流速8.5mL/分)でのカラム圧力損失は0.16MPaであった。
(4)多孔性架橋セルロースゲルのホルミル化、プロテインA固定化及び抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル6をホルミル化した多孔性架橋セルロースゲル6Fを得たのち、プロテインAを固定化した多孔性架橋セルロースゲル6FPを得た。
同じく実施例1に記載の方法により多孔性架橋セルロースゲル6FPのプロテインA固定化量を算出した結果、固定化量はゲル1mLあたり11.5mgであった。同様に、多孔性架橋セルロースゲル6FPの抗体吸着量を算出した結果、抗体吸着量はゲル1mLあたり53.1mgであった。従って、多孔性架橋セルロースゲル6FPの抗体吸着量は、実施例3で製造した多孔性架橋セルロースゲル5FPに比較して低下することが明らかとなった。
実施例1から3と、比較例1から3の結果をまとめて表1に示す。工程(c)においてゲル化剤添加時の温度を0℃から10℃として製造した多孔性架橋セルロースゲル1、3、5は空孔率が90%以上であったのに対して、ゲル化剤添加時の温度を25℃として製造した多孔性架橋セルロースゲル2、4、6の空孔率は90%以下であった。さらに、多孔性架橋セルロースゲル1、3、5それぞれにプロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤1FP、3FP、5FPの抗体吸着量は、多孔性架橋セルロースゲル2、4、6それぞれにプロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤2FP、4FP、6FPに比較して高いことが明らかとなった。
(比較例4) 市販の多孔性架橋多糖系ゲルの特性評価
比較例4では、市販の多孔性架橋多糖系ゲルであるセルファインGCL−2000(JNC社製、多孔性架橋セルロースゲル、粒子径40−130μm)を用い、実施例1に記載の方法によりクロマトグラフィー用充填剤としての特性を評価した。
(1)Kav及び空孔率測定
実施例1に記載の方法により算出したセルファインGCL−2000の空孔率は89.6%であった。同じく実施例1に記載の方法により算出したセルファインGCL−2000のKavは、チトクロムCに対して0.66、アルブミンに対して0.42、アポフェリチンに対して0.26、チログロブリンに対して0.19であった。
(2)カラム圧力損失測定
実施例1に記載の方法により測定したセルファインGCL−2000のカラム圧力損失は、流速4.0mL/分(線速度702cm/時)において0.25MPaであったが、流速を4.5mL/分に上げるとポンプの圧力がHPLCシステムの限界に達し、通液できなくなった。
実施例1及び2と、比較例3における流速とカラム圧力損失の関係を示したグラフを図1に示した。図1から明らかなように、実施例1、2、3で製造した多孔性架橋セルロースゲル1、3、5のカラム圧力損失は、セルファインGCL−2000よりも低いことが明らかとなった。
(3)市販多孔性架橋多糖系ゲルのホルミル化、プロテインA固定化及び抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により、セルファインGCL−2000からホルミル化セルファインGCL−2000を得たのち、プロテインA固定化セルファインGCL−2000を得た。実施例1に記載の方法により算出したプロテインA固定化セルファインGCL−2000のプロテインA固定化量はゲル1mLあたり10.9mgであった。同じく実施例1に記載の方法により算出したプロテインA固定化セルファインGCL−2000の抗体吸着量はゲル1mLあたり31.8mgであった。従って、多孔性架橋セルロースゲル1、3、5それぞれにプロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤1FP、3FP、5FPは、同様の方法によりプロテインAを固定化したセルファインGCL−2000に比べて抗体吸着量が高いことが明らかとなった。
実施例1から実施例3及び比較例4の結果を表2に示す。
(実施例4) 多孔性架橋セルロースゲル7の製造
実施例4は、7重量%水酸化ナトリウムと22重量%尿素の混合水溶液に木綿由来セルロースを溶解して調製した5%セルロース溶液からの多孔性架橋セルロースゲルの製造及びクロマトグラフィー用充填剤としての特性評価に関するものである。
(1)多孔性架橋セルロースゲル7の製造
(a)セルロース溶液を得る工程
5M水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、140.6g)と尿素(関東化学社製、74.6g)と水(123.8g)を混合して調製した7重量%水酸化ナトリウム−22重量%尿素混合水溶液(300mL)に、ADVANTEC社製濾紙粉末C(15.0g、平均重合度176)を25℃で添加し、氷冷下で2時間撹拌することにより、透明なセルロース溶液7を得た。
(b)セルロース分散液を得る工程
工程(a)で得られたセルロース溶液7を25℃で1時間撹拌したのち、エチルセルロース(関東化学社製、45cP、3.40g)を含むトルエン(関東化学社製、400mL)に25℃で添加し、撹拌羽根を用いて450rpmで10分間撹拌することによりセルロース分散液7を得た。
(c)多孔性未架橋セルロースゲルを得る工程
25℃で450rpmでの撹拌を継続した条件で、工程(b)で得られたセルロース分散液7を氷冷し、分散液の温度が5℃以下になったことを確認したのち、さらに氷冷下で1時間撹拌を継続した。次に、セルロース分散液の温度が0℃から10℃の範囲となるよう冷却した条件で、450rpmでの撹拌を継続したセルロース分散液に氷冷したメタノール(関東化学社製、200mL)を毎分10mLの速度で添加したのち、さらに氷冷下で10分間撹拌を継続することにより、セルロースゲル懸濁液を得た。得られたセルロースゲル懸濁液を1.2Lのエタノールで5回、3.5Lの水で5回、順次洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル7(350mL)と粒子径150μm以上の多孔性未架橋セルロースゲル7(45mL)を得た。
(d)多孔性部分架橋セルロースゲルを得る工程
工程(c)で得られた粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル7(231.3g、含水率93.8%、乾燥セルロース14.3g)、1,4−ジオキサン(関東化学社製、286.0g)、水(69.0g)、デナコールEX−313(ナガセケムテックス社製、28.6g)を混合し、50℃で30分間撹拌したのち、水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、429mg)、48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、14.3g)を添加し、50℃で16時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却したのち、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性部分架橋セルロースゲル7を得た。
(e)多孔性架橋セルロースゲルを得る工程
工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲル7全量と、無水硫酸ナトリウム(和光純薬社製)と水から調製した25重量%硫酸ナトリウム水溶液(357.5g)、を混合し、50℃で30分間撹拌した。次に、反応液に水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、429mg)を添加したのち、50℃での撹拌を継続した条件で、エピクロロヒドリン(東京化成社製、4.78g)と48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、4.78g)を30分間隔で12回添加し、エピクロロヒドリンと48%水酸化ナトリウム水溶液の添加終了後、さらに50℃で15時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却し、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル7(195mL)を得た。
(2)排除限界分子量、空孔率及びKav測定
実施例1に記載の方法により測定した多孔性架橋セルロースゲル7の多糖類の排除限界分子量は194万であった。同じく実施例1に記載の方法により算出した多孔性架橋セルロースゲル7の空孔率は92.6%であった。同じく実施例1に記載の方法により算出した多孔性架橋セルロースゲル7のKavは、チトクロムCに対して0.92、アルブミンに対して0.80、アポフェリチンに対して0.70、チログロブリンに対して0.63であった。
(3)カラム圧力損失測定
実施例1に記載の方法により測定した多孔性架橋セルロースゲル7のカラム圧力損失は、線速度1491cm/時(流速8.5mL/分)において0.26MPaであった。
(4)多孔性架橋セルロースゲルのホルミル化、プロテインA固定化及び抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル7をホルミル化した多孔性架橋セルロースゲル7Fを得たのち、プロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤7FPを得た。実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤7FPのプロテインA固定化量はゲル1mLあたり10.8mgであった。同じく実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤7FPの抗体吸着量はゲル1mLあたり64.9mgであった。
(実施例5) 多孔性架橋セルロースゲル8の製造
実施例5は、9重量%水酸化ナトリウムと4重量%尿素と4重量%チオ尿素の混合水溶液に木綿由来セルロースを溶解して調製した5%セルロース溶液からの多孔性架橋セルロースゲルの製造及びクロマトグラフィー用充填剤としての特性評価に関するものである。
(1)多孔性架橋セルロースゲル8の製造
(a)セルロース溶液を得る工程
5M水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、177.6g)と尿素(関東化学社製、13.3g)とチオ尿素(関東化学社製、13.3g)と水(128.8g)を混合して調製した9重量%水酸化ナトリウム−4重量%尿素−4重量%チオ尿素混合水溶液(300mL)に、ADVANTEC社製濾紙粉末C(15.0g、平均重合度176)を25℃で添加し、氷冷下で2時間撹拌することにより、透明なセルロース溶液8を得た。
(b)セルロース分散液を得る工程
工程(a)で得られたセルロース溶液8を25℃で1時間撹拌したのち、エチルセルロース(関東化学社製、45cP、3.40g)を含むトルエン(関東化学社製、400mL)に25℃で添加し、撹拌羽根を用いて500rpmで10分間撹拌することによりセルロース分散液8を得た。
(c)多孔性未架橋セルロースゲルを得る工程
工程(b)で得られたセルロース分散液8を使用し、実施例1に記載した方法により、粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル8(380mL)と粒子径150μm以上の多孔性未架橋セルロースゲル8(40mL)を得た。
(d)多孔性部分架橋セルロースゲルを得る工程
工程(c)で得られた粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル8(210.7g、含水率93.0%、乾燥セルロース14.7g)、1,4−ジオキサン(関東化学社製、294.0g)、水(98.0g)、デナコールEX−313(ナガセケムテックス社製、29.4g)を混合し、50℃で30分間撹拌したのち、水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、441mg)、48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、14.7g)を添加し、50℃で16時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却したのち、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性部分架橋セルロースゲル8を得た。
(e)多孔性架橋セルロースゲルを得る工程
工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲル8全量と、無水硫酸ナトリウム(和光純薬社製)と水から調製した25重量%硫酸ナトリウム水溶液(367.5g)、を混合し、50℃で30分間撹拌した。次に、反応液に水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、441mg)を添加したのち、50℃での撹拌を継続した条件で、エピクロロヒドリン(東京化成社製、4.92g)と48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、4.92g)を30分間隔で12回添加し、エピクロロヒドリンと48%水酸化ナトリウム水溶液の添加終了後、さらに50℃で15時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却し、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル8(180mL)を得た。
(2)排除限界分子量、空孔率及びKav測定
実施例1に記載の方法により測定した多孔性架橋セルロースゲル8の多糖類の排除限界分子量は204万であった。同じく実施例1に記載の方法により算出した多孔性架橋セルロースゲル8の空孔率は91.4%であった。同じく実施例1に記載の方法により算出した多孔性架橋セルロースゲル8のKavは、チトクロムCに対して0.92、アルブミンに対して0.80、アポフェリチンに対して0.70、チログロブリンに対して0.63であった。
(3)カラム圧力損失測定
実施例1に記載の方法により測定した多孔性架橋セルロースゲル8のカラム圧力損失は、線速度1491cm/時(流速8.5mL/分)において0.28MPaであった。
(4)多孔性架橋セルロースゲルのホルミル化、プロテインA固定化及び抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル8をホルミル化した多孔性架橋セルロースゲル8Fを得たのち、プロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤8FPを得た。実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤8FPのプロテインA固定化量はゲル1mLあたり11.1mgであった。同じく実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤8FPの抗体吸着量はゲル1mLあたり59.4mgであった。
(実施例6) 多孔性架橋セルロースゲル9の製造
実施例6は、10重量%水酸化ナトリウムと6重量%チオ尿素の混合水溶液に木綿由来セルロースを溶解して調製した5%セルロース溶液からの多孔性架橋セルロースゲルの製造及びクロマトグラフィー用充填剤としての特性評価に関するものである。
(1)多孔性架橋セルロースゲル9の製造
(a)セルロース溶液を得る工程
5M水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、197.3g)とチオ尿素(関東化学社製、20.0g)と水(115.7g)を混合して調製した10重量%水酸化ナトリウム−6重量%チオ尿素混合水溶液(300mL)に、ADVANTEC社製濾紙粉末C(15.0g、平均重合度176)を25℃で添加し、氷冷下で2時間撹拌することにより、透明なセルロース溶液9を得た。
(b)セルロース分散液を得る工程
工程(a)で得られたセルロース溶液9を使用し、実施例4に記載した方法により、セルロース分散液9を得た。
(c)多孔性未架橋セルロースゲルを得る工程
工程(b)で得られたセルロース分散液9を使用し、実施例4に記載した方法により、粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル9(350mL)と粒子径150μm以上の多孔性未架橋セルロースゲル9(25mL)を得た。
(d)多孔性部分架橋セルロースゲルを得る工程
工程(c)で得られた粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル9(194.1g、含水率92.5%、乾燥セルロース14.6g)、1,4−ジオキサン(関東化学社製、292.0g)、水(112.5g)、デナコールEX−313(ナガセケムテックス社製、29.2g)を反応容器に添加して50℃で30分間撹拌したのち、水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、438mg)、48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、14.6g)を添加し、50℃で16時間撹拌を継続した。反応終了後、反応液を40℃以下に冷却したのち、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性部分架橋セルロースゲル9を得た。
(e)多孔性架橋セルロースゲルを得る工程
工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲル9全量と、無水硫酸ナトリウム(和光純薬社製)と水から調製した25重量%硫酸ナトリウム水溶液(365.0g)、を反応容器に添加して50℃で30分間撹拌した。次に、反応液に水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、438mg)を添加したのち、50℃での撹拌を継続した条件で、エピクロロヒドリン(東京化成社製、4.85g)と48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、4.85g)を30分間隔で12回添加し、エピクロロヒドリンと48%水酸化ナトリウム水溶液の添加終了後、さらに50℃で15時間撹拌を継続した。反応終了後、反応液を40℃以下に冷却し、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル9(210mL)を得た。
(2)排除限界分子量、空孔率及びKav測定
実施例1に記載の方法により測定した多孔性架橋セルロースゲル9の多糖類の排除限界分子量は210万であった。同じく実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル9の空孔率を算出した結果、空孔率は91.2%であった。また、実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル9のKavを算出した結果、チトクロムCに対して0.92、アルブミンに対して0.81、アポフェリチンに対して0.73、チログロブリンに対して0.65であった。
(3)カラム圧力損失測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル9のカラム圧力損失を測定した結果、線速度1491cm/時(流速8.5mL/分)でのカラム圧力損失は0.26MPaであった。
(4)多孔性架橋セルロースゲルのホルミル化、プロテインA固定化及び抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル9をホルミル化した多孔性架橋セルロースゲル9Fを得たのち、プロテインAを固定化した多孔性架橋セルロースゲル9FPを得た。
同じく実施例1に記載の方法により多孔性架橋セルロースゲル9FPのプロテインA固定化量を算出した結果、固定化量はゲル1mLあたり11.8mgであった。同様に、多孔性架橋セルロースゲル9FPの抗体吸着量を算出した結果、抗体吸着量はゲル1mLあたり58.9mgであった。
実施例4から6の結果を、実施例1から3の結果と併せて表3に示す。
(実施例7) 多孔性架橋セルロースゲル10の製造
実施例7は、8重量%水酸化ナトリウムと17重量%尿素の混合水溶液に木綿由来セルロースを溶解して調製した5%セルロース溶液からの多孔性架橋セルロースゲルの製造及びクロマトグラフィー用充填剤としての特性評価に関するものである。
(1)多孔性架橋セルロースゲル10の製造
(a)セルロース溶液を得る工程
5M水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、160.7g)と尿素(関東化学社製、57.6g)と水(120.7g)を混合して調製した8重量%水酸化ナトリウム−17重量%尿素混合水溶液(300mL)に、ADVANTEC社製濾紙粉末C(15.0g、平均重合度176)を25℃で添加し、氷冷下で2時間撹拌することにより、透明なセルロース溶液10を得た。
(b)セルロース分散液を得る工程
工程(a)で得られたセルロース溶液10を使用し、実施例3に記載した方法により、セルロース分散液10を得た。
(c)多孔性未架橋セルロースゲルを得る工程
工程(b)で得られたセルロース分散液10を使用し、実施例3に記載した方法により、粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル10(350mL)と粒子径150μm以上の多孔性未架橋セルロースゲル10(40mL)を得た。
(d)多孔性部分架橋セルロースゲルを得る工程
工程(c)で得られた粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル10(227.6g、含水率93.8%、乾燥セルロース14.1g)、1,4−ジオキサン(関東化学社製、282.0g)、水(68.5g)、デナコールEX−313(ナガセケムテックス社製、28.2g)を混合し、50℃で30分間撹拌したのち、水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、423mg)、48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、14.1g)を添加し、50℃で16時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却したのち、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性部分架橋セルロースゲル10を得た。
(e)多孔性架橋セルロースゲルを得る工程
工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲル10全量と、無水硫酸ナトリウム(和光純薬社製)と水から調製した25重量%硫酸ナトリウム水溶液(352.5g)、を混合し、50℃で30分間撹拌した。次に、反応液に水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、423mg)を添加したのち、50℃での撹拌を継続した条件で、エピクロロヒドリン(東京化成社製、4.70g)と48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、4.70g)を30分間隔で12回添加し、エピクロロヒドリンと48%水酸化ナトリウム水溶液の添加終了後、さらに50℃で15時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却し、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル10(185mL)を得た。
(2)空孔率及びKav測定
実施例1に記載の方法により算出した多孔性架橋セルロースゲル10の空孔率は91.4%であった。同じく実施例1に記載の方法により算出した多孔性架橋セルロースゲル10のKavは、チトクロムCに対して0.92、アルブミンに対して0.79、アポフェリチンに対して0.67、チログロブリンに対して0.61であった。
(3)カラム圧力損失測定
実施例1に記載の方法により測定した多孔性架橋セルロースゲル10のカラム圧力損失は、線速度1491cm/時(流速8.5mL/分)においてカラム圧力損失は0.23MPaであった。
(4)多孔性架橋セルロースゲルのホルミル化、プロテインA固定化及び抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル10をホルミル化した多孔性架橋セルロースゲル10Fを得たのち、プロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤10FPを得た。実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤10FPのプロテインA固定化量はゲル1mLあたり11.0mgであった。同じく実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤10FPの抗体吸着量はゲル1mLあたり62.5mgであった。
(比較例5) 多孔性架橋セルロースゲル11の製造
比較例5では、実施例7と同様に8重量%水酸化ナトリウムと17重量%尿素の混合水溶液に、木綿由来セルロースを溶解して調製した5%セルロース溶液から多孔性未架橋セルロースゲルを得たのち、実施例7における工程(e)を省略して多孔性架橋セルロースゲルを製造した。
(1)多孔性架橋セルロースゲル11の製造
工程(a)から工程(c)までの工程を実施例7に記載した方法で行うことにより、粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル11を得た。
(d)多孔性架橋セルロースゲルを得る工程
粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル11(29.1g、含水率91.4%、乾燥セルロース2.5g)、1,4−ジオキサン(関東化学社製、50.0g)、水(23.4g)、デナコールEX−313(ナガセケムテックス社製、5.0g)を混合し、50℃で30分間撹拌したのち、水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、75mg)、48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、2.5g)を添加し、50℃で16時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却し、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル11(28mL)を得た。
(2)空孔率及びKav測定
実施例1に記載の方法により、粒子径が45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル11をカラムに充填し、水を0.3mL/分で通液したところ、カラム圧力損失が1MPaを超えた状態となり、さらに流速を0.5mL/分に上げるとポンプの圧力がHPLCシステムの限界に達し、通液できなくなった。従って、多孔性架橋セルロースゲル11のKav、空孔率、及びカラム圧力損失測定は行わなかった。
(比較例6) 多孔性架橋セルロースゲル12の製造
比較例6では、実施例7と同様に8重量%水酸化ナトリウムと17重量%尿素の混合水溶液に木綿由来セルロースを溶解して調製した5%セルロース溶液から多孔性未架橋セルロースゲルを得たのち、実施例7における工程(d)を特許文献6の実施例1、4及び7に記載の方法に従って行い、且つ工程(e)を省略した方法により、多孔性架橋セルロースゲルを製造した。
(1)多孔性架橋セルロースゲル12の製造
工程(a)から工程(c)までの工程を実施例7に記載した方法で行うことにより、粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル12を得た。
(d)多孔性架橋セルロースゲルを得る工程
粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル12(30.0g、含水率91.5%、乾燥セルロース2.6g)と、水酸化ナトリウム(和光純薬社製)と水から調製した0.6M水酸化ナトリウム水溶液(30.0mL)を混合し、40℃で30分間撹拌した。次に水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、60mg)とデナコールEX−313(ナガセケムテックス社製、30.0mL)を添加して50℃で5時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却したのち、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性架橋セルロースゲル12Aを得た。
得られた多孔性架橋セルロースゲル12A全量を耐熱ガラス製容器に添加し、オートクレーブ(トミー精工社製SS−245)を用いて121℃で40分間加熱した。容器を40℃以下に冷却したのち、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性架橋セルロースゲル12Bを得た。
次に、得られた多孔性架橋セルロースゲル12B全量と、水酸化ナトリウム(和光純薬社製)と水から調製した0.6M水酸化ナトリウム水溶液(30.0mL)を混合し、40℃で30分間撹拌した。さらに、反応液に水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、60mg)とデナコールEX−313(ナガセケムテックス社製、30.0mL)を添加して50℃で5時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却したのち、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性架橋セルロースゲル12Cを得た。
得られた多孔性架橋セルロースゲル12C全量を耐熱ガラス製容器に添加し、オートクレーブ(トミー精工社製SS−245)を用いて121℃で40分間加熱した。容器を40℃以下に冷却し、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル12(40mL)を得た。
(2)空孔率及びKav測定
実施例1に記載の方法により算出した多孔性架橋セルロースゲル12の空孔率は86.7%であった。同じく実施例1に記載の方法により算出した多孔性架橋セルロースゲル12のKavは、チトクロムCに対して0.80、アルブミンに対して0.70、アポフェリチンに対して0.62、チログロブリンに対して0.58であった。
(3)カラム圧力損失測定
実施例1に記載の方法により測定した多孔性架橋セルロースゲル12のカラム圧力損失は、流速2.0mL/分(線速度351cm/時)において1.56MPaとなり、流速を2.5mL/分に上げるとポンプの圧力がHPLCシステムの限界に達し、通液できなくなった。
(4)多孔性架橋セルロースゲルのホルミル化、プロテインA固定化及び抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル12をホルミル化した多孔性架橋セルロースゲル12Fを得たのち、プロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤12FPを得た。実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤12FPのプロテインA固定化量はゲル1mLあたり11.3mgであった。同じく実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤12FPの抗体吸着量はゲル1mLあたり44.1mgであった。従って、抗体精製用吸着剤12FPの抗体吸着量は、実施例7で製造した抗体精製用吸着剤10FPに比較して低下することが明らかとなった。
(比較例7) 多孔性架橋セルロースゲル13の製造
比較例7では、実施例7と同様に8重量%水酸化ナトリウムと17重量%尿素の混合水溶液に木綿由来セルロースを溶解して調製した5%セルロース溶液から多孔性未架橋セルロースゲルを得たのち、実施例7における工程(d)を省略して多孔性架橋セルロースゲルを製造した。
(1)多孔性架橋セルロースゲル13の製造
工程(a)から工程(c)までの工程を実施例7に記載した方法で行うことにより、粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル13を得た。
(e)多孔性架橋セルロースゲルを得る工程
粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル13(87.3g、含水率91.5%、乾燥セルロース7.4g)と、無水硫酸ナトリウム(和光純薬社製)と水から調製した25重量%硫酸ナトリウム水溶液(185.0g)、を混合し、50℃で30分間撹拌した。次に、反応液に水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、222mg)を添加したのち、50℃での撹拌を継続した条件で、エピクロロヒドリン(東京化成社製、2.47g)と48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、2.47g)を30分間隔で12回添加し、エピクロロヒドリンと48%水酸化ナトリウム水溶液の添加終了後、さらに50℃で15時間撹拌を継続した。反応後、反応液を40℃以下に冷却し、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル13(105mL)を得た。
(2)空孔率及びKav測定
実施例1に記載の方法により算出した多孔性架橋セルロースゲル13の空孔率は89.8%であった。同じく実施例1に記載の方法により算出した多孔性架橋セルロースゲル13のKavは、チトクロムCに対して0.90、アルブミンに対して0.75、アポフェリチンに対して0.67、チログロブリンに対して0.63であった。
(3)カラム圧力損失測定
実施例1に記載の方法により測定した多孔性架橋セルロースゲル13のカラム圧力損失は、流速4.5mL/分(線速度790cm/時)においてカラム圧力損失が1.44MPaとなり、流速を5.0mL/分に上げるとポンプの圧力がHPLCシステムの限界に達し、通液できなくなった。
(4)多孔性架橋セルロースゲルのホルミル化、プロテインA固定化及び抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル13をホルミル化した多孔性架橋セルロースゲル13Fを得たのち、プロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤13FPを得た。実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤13FPのプロテインA固定化量はゲル1mLあたり11.5mgであった。同じく実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤13FPの抗体吸着量はゲル1mLあたり55.4mgであった。従って、抗体精製用吸着剤13FPの抗体吸着量は、実施例7で製造した抗体精製用吸着剤10FPに比較して低下することが明らかとなった。
実施例7で製造した多孔性架橋セルロースゲル10と、比較例6及び7で製造した多孔性架橋セルロースゲル12及び13の流速とカラム圧力損失の関係を示したグラフを図2に示した。図2から明らかのように、実施例7で製造した多孔性架橋セルロースゲル10のカラム圧力損失は、比較例6及び7で製造した多孔性架橋セルロースゲル12及び13よりも低いことが明らかとなった。
実施例7、比較例6及び7の結果をまとめて表4に示す。
(実施例8) 多孔性架橋セルロースゲル14の製造
実施例8は、8重量%水酸化ナトリウムと17重量%尿素の混合水溶液に木材パルプ由来セルロースを溶解して調製した5%セルロース溶液からの多孔性架橋セルロースゲルの製造及びクロマトグラフィー用充填剤としての特性評価に関するものである。
(1)多孔性架橋セルロースゲル14の製造
(a)セルロース溶液を得る工程
ADVANTEC社製濾紙粉末Cの代わりに旭化成社製セオラスPH−101(15.0g、平均重合度173)を用いた以外は実施例7に記載した方法により、透明なセルロース溶液14を得た。
(b)セルロース分散液を得る工程
工程(a)で得られたセルロース溶液14を25℃で1時間撹拌したのち、エチルセルロース(関東化学社製、45cP、3.60g)を含むトルエン(関東化学社製、400mL)に25℃で添加し、撹拌羽根を用いて500rpmで10分間撹拌することによりセルロース分散液14を得た。
(c)多孔性未架橋セルロースゲルを得る工程
工程(b)で得られたセルロース分散液14を使用し、実施例1に記載した方法により、粒子径150μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル14(350mL)と粒子径140μm以上の多孔性未架橋セルロースゲル14(50mL)を得た。
(d)多孔性部分架橋セルロースゲルを得る工程
工程(c)で得られた粒子径140μm以下の多孔性未架橋セルロースゲル14(178.8g、含水率92.1%、乾燥セルロース14.1g)、1,4−ジオキサン(関東化学社製、282.0g)、水(68.5g)、デナコールEX−313(ナガセケムテックス社製、28.2g)を反応容器に添加して50℃で30分間撹拌したのち、水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、423mg)、48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、14.1g)を添加し、50℃で16時間撹拌を継続した。反応終了後、反応液を40℃以下に冷却したのち、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性部分架橋セルロースゲル14を得た。
(e)多孔性架橋セルロースゲルを得る工程
工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲル14全量と、無水硫酸ナトリウム(和光純薬社製)と水から調製した25重量%硫酸ナトリウム水溶液(352.5g)、を反応容器に添加して50℃で30分間撹拌した。次に、反応液に水素化ホウ素ナトリウム(関東化学社製、423mg)を添加したのち、50℃での撹拌を継続した条件で、エピクロロヒドリン(東京化成社製、4.70g)と48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、4.70g)を30分間隔で12回添加し、エピクロロヒドリンと48%水酸化ナトリウム水溶液の添加終了後、さらに50℃で14時間撹拌を継続した。反応終了後、反応液を40℃以下に冷却し、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄したのち、篩いを用いて分級することにより、粒子径45μm以上90μm以下の多孔性架橋セルロースゲル14(165mL)を得た。
(2)空孔率及びKav測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル14の空孔率を算出した結果、空孔率は90.5%であった。また、実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル14のKavを算出した結果、チトクロムCに対して0.91、アルブミンに対して0.78、アポフェリチンに対して0.69、チログロブリンに対して0.64であった。
(3)カラム圧力損失測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル14のカラム圧力損失を測定した結果、線速度1491cm/時(流速8.5mL/分)でのカラム圧力損失は0.27MPaであった。
(4)多孔性架橋セルロースゲルのホルミル化、プロテインA固定化及び抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル14をホルミル化した多孔性架橋セルロースゲル14Fを得たのち、プロテインAを固定化した多孔性架橋セルロースゲル14FPを得た。
同じく実施例1に記載の方法により多孔性架橋セルロースゲル14FPのプロテインA固定化量を算出した結果、固定化量はゲル1mLあたり11.1mgであった。同様に、多孔性架橋セルロースゲル14FPの抗体吸着量を算出した結果、抗体吸着量はゲル1mLあたり62.6mgであった。
実施例4、7、8の結果をまとめて表5に示す。
(実施例9) スペーサーを介してプロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤の製造−1
実施例9では、多孔性架橋セルロースゲルにスペーサー(6原子)を介してプロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤を製造し、その抗体吸着量を測定した。
(1)多孔性架橋セルロースゲルへのスペーサー導入及びホルミル化
実施例1で製造した多孔性架橋セルロースゲル1(3.0g)、水(3.0g)、ジメチルスルホキシド(3.0g)、エピクロロヒドリン(東京化成社製、0.6g)を混合し、30℃で30分間攪拌したのち、48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、1.64mL)を添加し、さらに30℃で3時間撹拌することによりエポキシ化反応を行なった。反応後、グラスフィルターを使用してろ液が中性になるまで多量の水で洗浄することにより、エポキシ化多孔性架橋セルロースゲルを得た。
次にエポキシ化多孔性架橋セルロースゲル(3.0g)と、D−グルカミン(東京化成社製)と水から調製したD−グルカミン水溶液(90mg/mL、3.0mL)、水(3.0mL)を混合し、40℃で16時間撹拌することによりアミノ化反応を行なった。反応後、グラスフィルター上でろ液が中性になるまで多量の水で洗浄することにより、アミノ化多孔性架橋セルロースゲルを得た。
アミノ化多孔性架橋セルロースゲル(3.0g)と、過ヨウ素酸ナトリウム(関東化学社製)と水から調製した過ヨウ素酸ナトリウム水溶液(10mg/mL、1.5mL)、水(1.5mL)を混合し、25℃で60分間撹拌することによりホルミル化反応を行なった。反応後、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性架橋セルロースゲル1にスペーサーを導入したのち、ホルミル基を導入した多孔性架橋セルロースゲル1Sを得た。
同様の手法により、実施例2で製造した多孔性架橋セルロースゲル3及び実施例3で製造した多孔性架橋セルロースゲル5から、ホルミル基を導入した多孔性架橋セルロースゲル3S及び多孔性架橋セルロースゲル5Sを得た。
(2)ホルミル化多孔性架橋セルロースゲルへのプロテインA固定化
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル1SにプロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤1SPを得た。同じく実施例1に記載の方法により抗体精製用吸着剤1SPのプロテインA固定化量を算出した結果、固定化量はゲル1mLあたり11.0mgであった。
同様の手法により、多孔性架橋セルロースゲル3S及び5Sから抗体精製用吸着剤3SP及び5SPを得た。前述の方法により抗体精製用吸着剤3SP及び5SPのプロテインA固定化量を算出した結果、抗体精製用吸着剤3SPの固定化量はゲル1mLあたり10.9mg、抗体精製用吸着剤5SPの固定化量はゲル1mLあたり11.2mgであった。
(3)プロテインA固定化抗体精製用吸着剤の抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により、抗体精製用吸着剤1SPの抗体吸着量を算出した結果、抗体吸着量はゲル1mLあたり78.5mgであった。同様の手法により抗体精製用吸着剤3SP及び抗体精製用吸着剤5SPの抗体吸着量を測定した結果、抗体精製用吸着剤3SPの抗体吸着量はゲル1mLあたり80.7mg、抗体精製用吸着剤5SPの抗体吸着量はゲル1mLあたり73.7mgであった。下記にて、スペーサー(6原子)を介してプロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤1SP、3SP、5SPの構造を示す。
(実施例10) スペーサーを介してプロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤の製造−2
実施例10では、実施例9よりも長いスペーサー(15原子)を介してプロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤を製造し、その抗体吸着量を測定した。
(1)多孔性架橋セルロースゲルへのスペーサー導入及びホルミル化
実施例1で製造した多孔性架橋セルロースゲル1(3.0g)、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル(アルドリッチ社製、0.6g)、0.2Mの水酸化ナトリウム水溶液(1.5mL)、水(1.5g)を混合し、50℃で8時間撹拌することによりエポキシ化反応を行なった。反応後、グラスフィルターを使用してろ液が中性になるまで多量の水で洗浄することにより、エポキシ化多孔性架橋セルロースゲルを得た。
次にエポキシ化多孔性架橋セルロースゲル(3.0g)と、D−グルカミン(東京化成社製)と水から調製したD−グルカミン水溶液(90mg/mL、3.0mL)、水(3.0mL)を混合し、40℃で16時間撹拌することによりアミノ化反応を行なった。反応後、グラスフィルター上でろ液が中性になるまで多量の水で洗浄することにより、アミノ化多孔性架橋セルロースゲルを得た。
アミノ化多孔性架橋セルロースゲル(3.0g)と、過ヨウ素酸ナトリウム(関東化学社製)と水から調製した過ヨウ素酸ナトリウム水溶液(10mg/mL、1.5mL)、水(1.5mL)を混合し、25℃で60分間撹拌することによりホルミル化反応を行なった。反応後、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性架橋セルロースゲル1にスペーサーを導入したのち、ホルミル基を導入した多孔性架橋セルロースゲル1Lを得た。
同様の手法により、実施例2で製造した多孔性架橋セルロースゲル3及び実施例3で製造した多孔性架橋セルロースゲル5から、ホルミル基を導入した多孔性架橋セルロースゲル3L及び多孔性架橋セルロースゲル5Lを得た。
(2)ホルミル化多孔性架橋セルロースゲルへのプロテインA固定化
実施例1に記載の方法により、多孔性架橋セルロースゲル1LにプロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤1LPを得た。同じく実施例1に記載の方法により抗体精製用吸着剤1LPのプロテインA固定化量を算出した結果、固定化量はゲル1mLあたり11.5mgであった。
同様の手法により、多孔性架橋セルロースゲル3L及び5Lから抗体精製用吸着剤3LP及び5LPを得た。前述の方法により抗体精製用吸着剤3LP及び5LPのプロテインA固定化量を算出した結果、抗体精製用吸着剤3LPの固定化量はゲル1mLあたり11.1mg、抗体精製用吸着剤5LPの固定化量はゲル1mLあたり10.9mgであった。
(3)プロテインA固定化抗体精製用吸着剤の抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により、抗体精製用吸着剤1LPの抗体吸着量を算出した結果、抗体吸着量はゲル1mLあたり83.7mgであった。同様の手法により抗体精製用吸着剤3LP及び抗体精製用吸着剤5LPの抗体吸着量を測定した結果、抗体精製用吸着剤3LPの抗体吸着量はゲル1mLあたり84.6mg、抗体精製用吸着剤5LPの抗体吸着量はゲル1mLあたり76.7mgであった。下記にて、15原子のスペーサーを介してプロテインAを固定化した抗体精製用吸着剤1LP、3LP、5LPの構造を示す。
実施例9及び10の結果を、実施例1から3の結果と併せ、まとめて表6に示す。短いスペーサー(6原子)を導入した抗体精製用吸着剤1SP、3SP及び5SPの抗体吸着量は、スペーサーを導入していない抗体精製用吸着剤1FP、3FP及び5FPと比較して高くなり、さらに、長いスペーサー(15原子)を導入した抗体精製用吸着剤1LP、3LP及び5LPの抗体吸着量は、短いスペーサーを導入した抗体精製用吸着剤1SP、3SP及び5SPと比較してさらに高くなることが明らかとなった。
(実施例11) スペーサーを導入してFc結合性タンパク質を固定化した抗体精製用吸着剤の製造
実施例11では、多孔性架橋セルロースゲルにスペーサーを導入したのち、マレイミド化、Fc結合性タンパク質固定化を順次行なうことによりFc結合性タンパク質固定化多孔性架橋セルロースゲルを製造し、その抗体吸着量を測定した。
(1)多孔性架橋セルロースゲルへのスペーサー導入及びマレイミド化
実施例1で製造した多孔性架橋セルロースゲル1(2.0g)、1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル(アルドリッチ社製、1.0g)、48%水酸化ナトリウム水溶液(関東化学社製、31mg)、水(3.0g)を混合し、50℃で8時間撹拌することによりエポキシ化反応を行なった。反応後、グラスフィルターを使用してろ液が中性になるまで多量の水で洗浄することにより、エポキシ化多孔性架橋セルロースゲルを得た。
次にエポキシ化多孔性架橋セルロースゲル(2.0g)とエチレンジアミン(東京化成社製、1.0g)、水(4.0g)を混合し、50℃で4時間撹拌することによりアミノ化反応を行なった。反応後、グラスフィルター上でろ液が中性になるまで多量の水で洗浄することにより、アミノ化多孔性架橋セルロースゲルを得た。
得られたアミノ化多孔性架橋セルロースゲル(1.0g)と、3−マレイミドプロピオン酸N−スクシンイミジル(東京化成社製、8.0mg)、1,4−ジオキサン(関東化学社製、2.0mL)を混合し、35℃で4時間撹拌することにより、マレイミド化反応を行なった。反応後、グラスフィルターを使用して多量の水で洗浄することにより、多孔性架橋セルロースゲル1にスペーサーを導入したのち、マレイミド基を導入した多孔性架橋セルロースゲル1Mを得た。同様の手法により、実施例2で製造した多孔性架橋セルロースゲル3及び実施例3で製造した多孔性架橋セルロースゲル5から、ホルミル基を導入した多孔性架橋セルロースゲル3M及び多孔性架橋セルロースゲル5Mを得た。
(2)マレイミド化多孔性架橋セルロースゲルへのFc結合性タンパク質固定化
マレイミド化多孔性架橋セルロースゲルへのFc結合性タンパク質の固定化は、特開2014−187993公報に開示されている方法を利用して行なった。
前述の多孔性架橋セルロースゲル1Mに水を添加することで調製した50容積%懸濁液(100μL)を反応容器(BIO−RAD社製、ミニバイオスピンクロマトグラフィーカラム)に添加し、50mMのリン酸緩衝液(pH7.0、150μL)で5回洗浄した。なお、マレイミド化多孔性架橋セルロースゲル1Mの50容積%懸濁液は、水で懸濁したマレイミド化多孔性架橋セルロースゲル1Mをメスシリンダー内で沈降させ、時々タッピングを行なって容積が一定になるまで放置したのち、マレイミド化多孔性架橋セルロースゲル1Mの容積が50%となるよう、水を添加することで調製した。
次に、リン酸緩衝液で洗浄した多孔性架橋セルロースゲル1M(50μL)が入った反応容器に、特開2014−187993公報に記載の方法で作製されたFc結合性タンパク質溶液(FcRm68−CG、濃度9.2mg/mL、150μL)及び1Mのトリス塩酸緩衝液(pH8.5、7.5μL)を添加し、35℃で3時間撹拌することにより、Fc結合性タンパク質を多孔性架橋セルロースゲル1Mに固定化した。固定化反応後、PBS7.0溶液及び50mMのクエン酸緩衝液(pH3.0)で洗浄することにより、Fc結合性タンパク質を固定化した抗体精製用吸着剤1MFを得た。
反応液及び洗浄液を回収し、280nmの吸光度を測定することにより未反応のFc結合性タンパク質量を求めたのち、反応に使用したFc結合性タンパク質量から未反応のFc結合性タンパク質量を差し引くことで抗体精製用吸着剤1MFのFc結合性タンパク質固定化量を算出した結果、固定化量はゲル1mLあたり22.5mgであった。同様の手法により、多孔性架橋セルロースゲル3M及び5Mから抗体精製用吸着剤3MF及び5MFを得た。また、前述の方法により抗体精製用吸着剤3MF及び5MFのFc結合性タンパク質固定化量を算出した結果、抗体精製用吸着剤3MFの固定化量はゲル1mLあたり20.8mg、抗体精製用吸着剤5MFの固定化量はゲル1mLあたり19.2mgであった。
(3)Fc結合性タンパク質固定化多孔性架橋セルロースゲルの抗体吸着量測定
実施例1に記載の方法により算出した抗体精製用吸着剤1MF、3MF、5MFの抗体吸着量は、抗体精製用吸着剤1MFがゲル1mLあたり68.3mg、抗体精製用吸着剤3MFがゲル1mLあたり66.9mg、抗体精製用吸着剤5MFがゲル1mLあたり62.3mgであった。
以上説明したように、本発明の製造方法により得られる多孔性架橋セルロースゲルは、高い空孔率と高い機械的強度を併せ持ち、クロマトグラフィー用充填剤として好適な細孔特性及び粒子径を有している。そのため、本発明の多孔性架橋セルロースゲルは、特にバイオ医薬品の精製工程で使用されるクロマトグラフィー用充填剤として好適である。
また、本発明の多孔性架橋セルロースゲルの製造方法は、従来の多孔性セルロースゲルの製造方法に比べて、大型設備、多大なエネルギー及び高価な原料を必要としない製造方法である。
さらに、本発明の製造方法により得られる多孔性架橋セルロースゲルに、抗体に対するアフィニティーリガンドを固定化することにより得られる抗体精製用吸着剤は、抗体に対する吸着容量が高く、さらにカラム圧力損失が低く高流速処理が可能である。そのため、本発明の抗体精製用吸着剤は、抗体医薬品の精製工程における生産性を著しく向上させることができる。
したがって、本発明は、抗体医薬品等のバイオ医薬品の製造において特に有用である。

Claims (1)

  1. 以下の工程(a)から(e)を含む、以下の(1)及び(2)の特徴を有する多孔性架橋セルロースゲルの製造方法:
    (a)セルロースをアルカリ水溶液に溶解することにより、セルロース溶液を得る工程、
    (b)工程(a)で得られたセルロース溶液と、有機溶媒及び乳化剤を混合することにより、セルロース分散液を得る工程、
    (c)工程(b)で得られたセルロース分散液を0℃以上15℃以下にし、ゲル化剤を添加することにより、多孔性未架橋セルロースゲルを得る工程、
    (d)工程(c)で得られた多孔性未架橋セルロースゲルを、少なくとも2つ以上のグリシジル基を有するグリシジルエーテル類と反応させることにより、多孔性部分架橋セルロースゲルを得る工程、
    (e)工程(d)で得られた多孔性部分架橋セルロースゲルを、セルロースの水酸基と反応し得る官能基を2つ以上有する架橋剤と反応させることにより、多孔性架橋セルロースゲルを得る工程、
    (1)以下の操作(i)から(v)により測定される空孔率が90%以上であること、
    (i)前記多孔性架橋セルロースゲルをクロマトグラフィー用カラムに充填する、
    (ii)水を溶出液として、前記カラムからの分子量200万のブルーデキストランと塩化ナトリウムの溶出容積を測定する、
    (iii)前記カラムのカラム容積から、操作(ii)で測定した分子量200万のブルーデキストランの溶出容積を引くことにより、ゲル容積を算出する、
    (iv)操作(ii)で測定した塩化ナトリウムの溶出容積から、操作(ii)で測定した分子量200万のブルーデキストランの溶出容積を引くことにより、細孔容積を算出する、
    (v)操作(iv)で算出した細孔容積を操作(iii)で算出したゲル容積で除することにより、空孔率を算出する、
    (2)平均粒子径が30μm以上150μm以下であり、内径6.6mmのクロマトグラフィー用カラムに高さ220mm±5mmとなるように充填し、25℃の水をカラム内に線速度1500cm/時で通液した条件でのカラム圧力損失が0.4MPa以下であること
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