JP7321177B2 - 染色体外核酸配列の精製のための方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は、バイオテクノロジーの分野におけるものであり、ポリヌクレオチド配列、好ましくは、DNAプラスミド、コスミド、BAC、YACS、MAC、ミニプラスミド及びミニサークルからなる群から選択される染色体外核酸配列を夾雑物及び不純物から精製するための方法及び装置に関する。
ポリヌクレオチドの精製は、概して、場合により遺伝子操作後に、大量のこれらのポリヌクレオチドを産生できる宿主細胞から得られる。
グラム陰性細菌、例えば、大腸菌(Escherichia coli)のバイオマスは溶解することができ、目的のそのヌクレオチド配列、特に染色体外核酸配列は、選択的沈殿、沈降、濾過、及びクロマトグラフィーカラム上での特異的保持を含むがそれらに限定されない逐次的な精製ステップによりゲノム核酸及びタンパク質のバルクから分離され得ることが公知である。
しかしながら、従うプロトコールによって、目的のこれらの核酸配列は、夾雑物(又は不純物)、例えば、エンドトキシン、フェノール、塩化セシウム、臭化エチジウム、Triton(登録商標)、結合タンパク質又は他の核酸と合わさっている。
高度に精製されたヌクレオチド配列、特に染色体外核酸配列が実験室における特定の用途のため又は臨床目的のために必要とされるので、夾雑物の量を低減するためのいくつかの試みが提案された。
一般的に、それらの単離のために適用される方法は、アルカリ、界面活性剤又は酵素の添加を用いた細胞の溶解ステップの後に、中和溶液及び最終的に沈殿溶液と混合して、沈殿した夾雑性細胞成分(ゲノムDNA、タンパク質及びタンパク質-核酸複合体(protein-nucleic complexes))から分離した溶液中の染色体外配列を回収することを含む。
しかしながら、アルカリ性溶液、界面活性剤、加熱ステップ及び/又は長い手順の使用はこれらのヌクレオチド配列を分解する。加えて、これらの染色体外核酸配列を含むDNA分子は、機械的応力に対して感受性である。更には、高度に粘性の溶液は、局所的な不均質性を引き起こすか、又は十分な（extensive）混合を必要とすることがあり、これらの両方はこれらのヌクレオチド配列を分解する可能性を有する。これは、高濃度の二価金属の塩化物(例えば、CaCl2)溶液が使用される場合に特に当てはまる。
バッチワイズ法は、特に大規模の場合、夾雑及び/又は不均質性のリスクを与えることが知られている。
文献WO2010/0136503は、DNAプラスミドの効率的な精製のための方法及び装置を記載しており、それにおいては、DNAプラスミド夾雑物の沈殿が、通路中での1つ以上の塩、例えば、CaCl2を含有する溶液との崩壊した細胞の混合により、及びその後の重量的(gravimetric)デカンテーションによる溶液からの沈殿物の分離により得られる。
この方法及び装置では、崩壊した細胞及び塩の効率的な混合並びにその後の沈殿は、チュービング要素におけるベンチュリ効果を誘導する手段の組込みにより得られる。このベンチュリ効果は、チュービング要素中の内径を約40%の低減することにより得られる。「ベンチュリ効果を誘導する」という用語は、使用される系から得られる流れの乱れを意味し、ここで、層流中の流体は、該流体の速度が増加し、かつ、直径の減少の直後に減圧（depression）が引き起こされるような程度狭められたチュービング中に通される。
チュービング要素中に生成されるベンチュリ効果は、DNAプラスミドを分解することなく、液体中に高せん断力を生成することなく得られる効率的な混合をもたらす。従って、5M CaCl2溶液の高い粘性を考慮すれば必要である激しい撹拌又は高いせん断力の下で生じることが知られている、DNA分子の分解は、記載された方法では観察されなかった。しかしながら、ベンチュリ効果を誘導するための手段の組込みを必要とするそのような方法及び装置は、数グラムのプラスミドの製造に特化したものであり、より多くの量、即ち、数キログラムから数トンまでの染色体外核酸配列への製造のアップスケールのためには十分でない。
特許出願EP 811055-B1、WO99/37750及びWO00/05358は、細胞溶解の方法及び装置を記載しており、それにおいては、溶解溶液との細胞の混合が、そのような溶解を得るために十分な直径長及び好ましくは円形輪郭を有する小さいチュービング又はスタティックミキサー中に行われる。
さらに、細胞から抽出される核酸の収率及び精製ステップの効率を向上させるための様々な手段及びステップが科学文献に記載されている。例えば、特許US 5,096,818-B2は、再懸濁された細胞に混合なしで溶解/変性剤並びに除タンパク質及び/又は中和剤を添加した後、細胞残屑を部分的にペレット化する第1の遠心分離を行い、次いで溶液を混合して溶解を完遂した後、細胞残屑を完全にペレット化するための第2の遠心分離を行うことにより細胞培養培地から核酸配列を単離及び精製する方法を開示している。この遠心分離方法は、不十分な製造収率をもたらす設備の制約のために大規模の方法には好適でない。
欧州特許EP 1 593 741-B1は、染色体外核酸配列を含有する微生物の懸濁液を反応緩衝液と混合すること、微生物を破壊するのに十分な継続期間にわたり混合物を反応させること、得られた混合物を中和緩衝液を含む容器に移して、除去されるべき夾雑物を有する沈殿物を形成すること、及び容器の底を通じて気体を分散させることにより気泡を生成して、溶解液(沈殿しない液体画分)から沈殿物を分離することにより、染色体外核酸配列を含有する微生物清澄溶解液を製造する方法を開示している。中和緩衝液は連続的に添加されるのではなく、必要とされる総量が溶解の開始から懸濁液中に存在するので、懸濁液内のその濃度(及び従って懸濁液中で利用可能な中和力)は処理時間と共に変化し、それが処理のばらつきを誘導する。別の制限は、システムの設計及びバッチ処理に起因して非常に大量の細胞を容易に処理できないことである。
特許US 8,158,348-B2、US 7,771,945-B2及びUS 7,314,746-B2は、DNAプラスミドの精製のための方法及び装置を開示し、それは、細胞の溶解ステップの間に溶解媒体に微小気泡を添加して目的のDNAプラスミドの回収を向上させることを含む。これらの米国特許の図5に表されるように、溶解の間の異なる量の注入気体の相対的な効果は、分離後に得られる結果として生じる液相の最終体積を考慮するとあまり効率的ではなく、回収される液体可溶性画分の量は、処理の非常に長い遅延(約16時間)の後にわずか60%以下であることを示す。
本発明は、現況技術の方法及び装置の欠点を示さず、該欠点を解決する方法及び装置に関する。
本発明の好ましい目的は、1つ以上の目的の染色体外核酸配列の、特に、向上した分離(デカンテーション又は清澄化)ステップを通じた、その不純物(又は夾雑物)からの効率的且つ迅速な精製、特に、大量の目的の染色体外核酸配列の精製、特に、現況技術の方法及び装置を用いて得られる量より多くの量での精製のための、安価な、ロバストな、単純化された方法及び装置を得ることである。
本発明の更なる目的は、目的の染色体外核酸配列を含有する液体清澄化細胞溶解液の完全又はほぼ完全な回収を可能とする新たな方法及び装置であって、得られる液体清澄化細胞溶解液が、沈殿層から得られるその不純物(又は夾雑物)による夾雑がより少ない又は夾雑がない目的の染色体外核酸配列を含む、方法及び装置を得ることである。
本発明による方法及び装置において、「約」又は「およそ」という用語は、好ましくは、言及された値よりもプラスマイナス20%又は10%高い又は低い値を意味する(例えば、約5分は、4分30秒から5分30秒までのあらゆる値を意味する)。
逐次的な製造及び/又は精製ステップにより、好ましくは30,000塩基(又は塩基対)より小さいサイズを有する、1つ以上の目的の染色体外核酸配列、好ましくはDNAプラスミドを得る本方法は、以下のステップを含む(又はからなる):
a)任意選択的に、目的の配列を産生する(その合成に関与する)(好ましくは組換え)宿主細胞を培養し、目的の配列を含有するこれらの細胞、好ましくはこの目的のDNAプラスミドを含有する細胞を回収するステップ、
b)好ましくは通路への細胞の連続的な導入を通じて、細胞溶解ユニット中でこれらの細胞を崩壊させるステップであって、この連続的な導入は、フローデバイスへの細胞の連続的な供給であり、好ましくは、この崩壊は、細胞溶解ユニット中の細胞への(アルカリ性)溶解媒体の添加を通じて得られる、ステップ、
c)溶解した細胞(目的の染色体外核酸配列を含む)を中和ユニット中で中和溶液により中和するステップであって、この中和溶液は好ましくは添加され、好ましくは酢酸/酢酸塩組成物から構成され、中和することにより、可溶性画分(目的の染色体外核酸配列、特に目的のDNAプラスミドを含む)及び沈殿物を含む細胞溶解混合物が製造され、この沈殿物は、目的の配列の夾雑物及び/又は不純物を含む、ステップ、
d)任意選択的に、細胞溶解混合物(ステップc)から得られる)を混合することにより目的の染色体外核酸配列、特に目的のDNAプラスミドのこれらの夾雑物及び/又は不純物を(更に)沈殿させて、有利にはこの混合物を精製するステップであって、この(更なる)沈殿は、(約)2M～(約)6Mの間に含まれる濃度の溶液中で、好ましくは崩壊した細胞の溶解混合物に、連続的な方法で1つ以上の、好ましくは水和した、塩を添加することにより行われ、塩は、(好ましくは水和)CaCl2、(好ましくは水和)MgCl2、(好ましくは水和)ZnCl2、(好ましくは水和)SrCl2、(好ましくは水和)BaCl2、又は(好ましさはより低いが)他の(好ましくは水和)塩、例えば、LiCl、酢酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム又は硫酸マグネシウムからなる(含む)群から選択され、好ましい塩は、(好ましくは水和)CaCl2及び/又は(好ましくは水和)MgCl2である、ステップ、
e)ステップc)又はステップd)から得られた細胞溶解混合物を分離(デカンテーション又は清澄化)タンク中に収集するステップ、
f)細胞溶解混合物に含有される沈殿物(夾雑物又は不純物を含む)から可溶性画分(目的の染色体外核酸配列、特に目的のDNAプラスミドを含む)を分離(デカンテーション又は清澄化)するステップであって、この分離ステップは、好ましくは、(約)5分～数時間の間に含まれる、より好ましくは、(約)15分～(約)2時間の間に含まれる継続期間を有し、この分離ステップは、有利には、分離(デカンテーション又は清澄化)タンクと呼ばれる、タンク又はリザーバー中で行われる、ステップ、
g)この分離タンクからのこの細胞溶解混合物中に存在する、目的の染色体外核酸配列、特に目的のDNAプラスミドを含む、分離した可溶性画分を、好ましくはポンプ排出により、分離タンクから回収するステップ、
h)任意選択的に、(約)0.2μm～(約)20μmの間に含まれる孔径を有する1つ以上のフィルターでの、得られた可溶性画分の1回以上の更なる分離ステップ、デカンテーションステップ及び/又は濾過ステップを行い、好ましくはその後に、(約)30kDa～(約)500kDa、好ましくは(約)50～(約)250kDaの間、より好ましくは(約)50～(約)100kDaの間の膜での限外濾過ステップを行い、目的の染色体外核酸配列、好ましくは目的のDNAプラスミドを含む第1の膜保持液（retentate）を得るステップ、
i)任意選択的に、回収された染色体外核酸配列、好ましくは目的のDNAプラスミドを含む、ステップg)からの可溶性画分又はステップh)からの第1の膜保持液のクロマトグラフィーを行うステップ(最終精製ステップ)であって、このクロマトグラフィーステップは、任意選択的に、クロマトグラフィー溶出液を得るための洗浄サブステップを含む、ステップ、
j)任意選択的に、(約)3kDa～(約)100kDaの膜でのステップi)からのクロマトグラフィー溶出液の限外濾過を行い、得られた第2の保持液を収集し、任意選択的に、(約)0.2μmの膜での第2の保持液の(いっそう更なる)濾過を行って、濾液中に、その不純物(又は夾雑物)から精製された目的の染色体外核酸配列、好ましくは目的のDNAプラスミドを回収及び収集するステップ。
a)任意選択的に、目的の配列を産生する(その合成に関与する)(好ましくは組換え)宿主細胞を培養し、目的の配列を含有するこれらの細胞、好ましくはこの目的のDNAプラスミドを含有する細胞を回収するステップ、
b)好ましくは通路への細胞の連続的な導入を通じて、細胞溶解ユニット中でこれらの細胞を崩壊させるステップであって、この連続的な導入は、フローデバイスへの細胞の連続的な供給であり、好ましくは、この崩壊は、細胞溶解ユニット中の細胞への(アルカリ性)溶解媒体の添加を通じて得られる、ステップ、
c)溶解した細胞(目的の染色体外核酸配列を含む)を中和ユニット中で中和溶液により中和するステップであって、この中和溶液は好ましくは添加され、好ましくは酢酸/酢酸塩組成物から構成され、中和することにより、可溶性画分(目的の染色体外核酸配列、特に目的のDNAプラスミドを含む)及び沈殿物を含む細胞溶解混合物が製造され、この沈殿物は、目的の配列の夾雑物及び/又は不純物を含む、ステップ、
d)任意選択的に、細胞溶解混合物(ステップc)から得られる)を混合することにより目的の染色体外核酸配列、特に目的のDNAプラスミドのこれらの夾雑物及び/又は不純物を(更に)沈殿させて、有利にはこの混合物を精製するステップであって、この(更なる)沈殿は、(約)2M～(約)6Mの間に含まれる濃度の溶液中で、好ましくは崩壊した細胞の溶解混合物に、連続的な方法で1つ以上の、好ましくは水和した、塩を添加することにより行われ、塩は、(好ましくは水和)CaCl2、(好ましくは水和)MgCl2、(好ましくは水和)ZnCl2、(好ましくは水和)SrCl2、(好ましくは水和)BaCl2、又は(好ましさはより低いが)他の(好ましくは水和)塩、例えば、LiCl、酢酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム又は硫酸マグネシウムからなる(含む)群から選択され、好ましい塩は、(好ましくは水和)CaCl2及び/又は(好ましくは水和)MgCl2である、ステップ、
e)ステップc)又はステップd)から得られた細胞溶解混合物を分離(デカンテーション又は清澄化)タンク中に収集するステップ、
f)細胞溶解混合物に含有される沈殿物(夾雑物又は不純物を含む)から可溶性画分(目的の染色体外核酸配列、特に目的のDNAプラスミドを含む)を分離(デカンテーション又は清澄化)するステップであって、この分離ステップは、好ましくは、(約)5分～数時間の間に含まれる、より好ましくは、(約)15分～(約)2時間の間に含まれる継続期間を有し、この分離ステップは、有利には、分離(デカンテーション又は清澄化)タンクと呼ばれる、タンク又はリザーバー中で行われる、ステップ、
g)この分離タンクからのこの細胞溶解混合物中に存在する、目的の染色体外核酸配列、特に目的のDNAプラスミドを含む、分離した可溶性画分を、好ましくはポンプ排出により、分離タンクから回収するステップ、
h)任意選択的に、(約)0.2μm～(約)20μmの間に含まれる孔径を有する1つ以上のフィルターでの、得られた可溶性画分の1回以上の更なる分離ステップ、デカンテーションステップ及び/又は濾過ステップを行い、好ましくはその後に、(約)30kDa～(約)500kDa、好ましくは(約)50～(約)250kDaの間、より好ましくは(約)50～(約)100kDaの間の膜での限外濾過ステップを行い、目的の染色体外核酸配列、好ましくは目的のDNAプラスミドを含む第1の膜保持液（retentate）を得るステップ、
i)任意選択的に、回収された染色体外核酸配列、好ましくは目的のDNAプラスミドを含む、ステップg)からの可溶性画分又はステップh)からの第1の膜保持液のクロマトグラフィーを行うステップ(最終精製ステップ)であって、このクロマトグラフィーステップは、任意選択的に、クロマトグラフィー溶出液を得るための洗浄サブステップを含む、ステップ、
j)任意選択的に、(約)3kDa～(約)100kDaの膜でのステップi)からのクロマトグラフィー溶出液の限外濾過を行い、得られた第2の保持液を収集し、任意選択的に、(約)0.2μmの膜での第2の保持液の(いっそう更なる)濾過を行って、濾液中に、その不純物(又は夾雑物)から精製された目的の染色体外核酸配列、好ましくは目的のDNAプラスミドを回収及び収集するステップ。
(例えば、細胞溶解液の)「可溶性画分」という用語は、本発明の方法及び装置により回収される細胞溶解混合物の液体及び可溶性部分を意味し、この可溶性画分は、液体溶解混合物中及びその上に浮遊している綿状物を含み得る沈殿層から分離、デカンテーション又は清澄化されてもよく、この沈殿層は、回収及び精製されるべき目的の染色体外核酸配列の不純物(又は夾雑物)を含む又は含有してもよい。以下において、分離、デカンテーション及び/又は清澄化後のこの得られる可溶性画分を「清澄化相」とも呼ぶ。分離ステップ、即ち、デカンテーションステップ及び/又は清澄化ステップは、好ましくは、古典的な連続処理ステップに基づくが、該ステップはまた、供給材料の連続的な供給を加える代わりにバッチプロセスに従って行ってもよい。
「染色体外核酸配列」という用語は、50塩基(塩基対)より多くの任意のヌクレオチド配列を意味する。より好ましくは、この染色体外核酸配列は、DNAプラスミド、コスミド、BACS、YAC、MAC、ミニプラスミド及びミニサークルを含む(からなる)群から選択され、好ましくは、(DNA)プラスミド、例えば、30000塩基対より小さいサイズの(DNA)プラスミドである。
本発明によれば、分離ステップf)は、分離(デカンテーション又は清澄化)タンクに含有される細胞溶解混合物への溶解気体を含む液体水性媒体の少なくとも1回の注入を含む。この注入は、細胞の溶解の間及び溶解した細胞の中和の間には行われない。前記液体水性媒体は、高圧において液体水性媒体に気体を溶解することにより得られ得る。驚くべきことに、細胞溶解混合物への十分な量の溶解気体を含む液体水性媒体の注入は、目的の染色体外核酸配列を含む可溶性画分と沈殿物との間の分離(デカンテーション又は清澄化)ステップ(この分離ステップは上記の分離タンク中で行われる)の収率を向上させることが見出された。向上した分離収率は、回収される可溶性画分、特に、回収される目的の核酸配列の量を顕著に向上させる。前記注入の非存在下では、沈殿物の層は可溶性画分に浸漬したままであり、顕著な体積のこの可溶性画分を捕捉し、それは回収ステップg)の間に失われる。注入は、可溶性画分の最上部において沈殿物の層の浮遊を実現する。なぜなら、沈殿物粒子間の空間は(液体)可溶性画分の代わりに気体で満たされるからである。
十分な量の溶解気体を含む液体水性媒体は、有利には、液体水性媒体、例えば、水に気体、好ましくは、空気、CO2、酸素、オゾン、窒素又はその混合物からなる群から選択される気体を溶解することにより得られる。好ましくは、この気体は、バブリングにより液体水性媒体に溶解される。有利には、この溶解は、大気圧より高い圧力、例えば、少なくとも1barg、好ましくは(約)2barg～(約)50bargの間、好ましくは(約)3barg～(約)25bargの間、好ましくは(約)4barg～(約)15bargの間の圧力において行われる。そうすることにより、液体水性媒体中のより高い濃度の溶解気体が得られ得る(ヘンリーの法則)。液体水性媒体中の溶解気体の濃度は、有利には、飽和濃度に近似し、例えば、液体水性媒体中の溶解気体の濃度は、指し示される圧力における飽和濃度の少なくとも50%、有利には、飽和濃度の少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、少なくとも90%の量となる。有利には、液体水性媒体は溶解気体で飽和している。液体水性媒体は、好ましくは、(約)2bargより高い、好ましくは(約)2barg～(約)50bargの間、より好ましくは(約)3barg～(約)25bargの間に含まれる圧力において気体が飽和している。有利には、処理されている細胞溶解混合物の体積(例えば、タンク中の細胞溶解混合物の総体積)と比較して細胞溶解混合物に注入される溶解気体を含む液体水性媒体の体積量は、(約)0.2%v/v～(約)25%v/vの間、好ましくは(約)0.5%v/v～(約)15%の間、より好ましくは(約)1%v/v～(約)10%の間に含まれ、これは1回又は複数回注入される。
好ましくは、溶解気体を含む液体水性媒体は、細胞溶解混合物への溶解気体を含む液体水性媒体の注入の前にリザーバー又はタンク中に調製される。
有利には、溶解気体を含む液体水性媒体は、大気圧より高い圧力において細胞溶解混合物に注入され、後者は、有利には、およそ大気圧の圧力にある。有利には、この液体水性媒体は、気体を溶解させる圧力と実質的に同じ圧力において注入される。好ましい注入圧力は、少なくとも(約)2barg、好ましくは(約)3barg～(約)50bargの間、好ましくは(約)4barg～(約)15bargの間である。液体水性媒体は、有利には、間欠的に細胞溶解混合物に注入される。これは、2つの連続する注入期間の間の静的停止期間が、有利には、この静的停止期間の前及び後の注入期間の継続期間に少なくとも等しい継続期間を有することを意味する。例として、注入が行われる期間(注入期間)は、(約)5秒～(約)10分の間、より好ましくは(約)5秒～(約)5分である。2つの連続する注入期間の間の静的停止期間は、有利には、(約)5秒～(約)10分の間、有利には、注入期間の継続期間に少なくとも等しい。
本発明によれば、分離(デカンテーション又は清澄化)タンク中に存在する細胞溶解混合物への溶解気体を含む液体水性媒体の注入は、単一の注入又は間欠的に注入される一連の逐次的な注入であってもよい。溶解気体を含む液体水性媒体の間欠的な注入及びその後の静的停止期間は、静的停止時間の間に沈殿物が上昇して可溶性画分が清澄化することを可能とする。同時に、気泡は沈殿層の綿状物内に捕捉された可溶性画分と置き換わり、それにより、沈殿物が可溶性画分に浸漬せずに沈殿層が可溶性画分の最上部に浮遊する。結果として、より大量の可溶性画分が回収され得る。
本発明による方法において使用され、装置において組み込まれる宿主細胞は、原核細胞、例えば、細菌、特に大腸菌細胞である。
好ましくは、本発明による方法において、ステップb)は、細胞と、添加した(アルカリ性)溶解媒体との混合を含む。好ましくは、混合はスタティックミキサー中で行われ、このスタティックミキサーは、好ましくは、少なくとも6個の混合要素、好ましくは12個～24個の間の混合要素、より好ましくは18個の混合要素を含む。好ましくは、混合線速度は、150cm/分に等しい又はそれより高く、好ましくは、(約)150cm/分～(約)2000cm/分の間に含まれ、より好ましくは(約)500cm/分～(約)1500cm/分の間に含まれる。
好ましくは、本発明による方法において、ステップc)は、細胞溶解混合物と中和溶液との混合を含む。好ましくは、混合はスタティックミキサー中で行われ、このスタティックミキサーは、好ましくは、少なくとも4個の混合要素、好ましくは6～16個の間の混合要素、より好ましくは10個の混合要素を含む。好ましくは、混合線速度は、100cm/分に等しい又はそれより高く、好ましくは(約)100cm/分～(約)2000cm/分の間に含まれ、より好ましくは(約)340cm/分～(約)1025cm/分の間に含まれる。
好ましくは、本発明による方法において、ステップd)は、ステップc)から得られた細胞溶解混合物と塩との混合を含む。好ましくは、混合はスタティックミキサー中で行われ、このスタティックミキサーは、好ましくは、少なくとも2個の混合要素、好ましくは2～18個の間の混合要素、より好ましくは4個の混合要素を含む。好ましくは、混合線速度は、100cm/分に等しい又はそれより高く、好ましくは(約)100cm/分～(約)1500cm/分の間に含まれ、より好ましくは(約)400cm/分～(約)1200cm/分の間に含まれる。
本発明の方法及び装置において、細胞は、好ましくは、懸濁液中に維持され、(アルカリ性)溶解媒体の添加により崩壊させられる。
本発明によれば、細胞を崩壊させるための溶解媒体は、(約)11～(約)12.5の間に含まれるpH、好ましくは(約)12～(約)12.5の間に含まれるpHを有するアルカリ性溶液であってもよい。溶解媒体は、十分な量の1つ以上の洗浄剤を含んでもよい。
本発明による方法及び装置において、(アルカリ性)溶解媒体は、十分な量の少なくとも1つの洗浄剤との少なくとも十分な量のNaOHの混合により得られてもよい。本発明による方法及び装置において、NaOH及び洗浄剤の十分な量は、溶解する必要がある細胞の量に従って当業者により選択される。より好ましくは、混合は、十分な量の各反応性生成物溶液(NaOH及び少なくとも1つの洗浄剤)をスタティックミキサーに導入し、成分を混合して(アルカリ性)溶解媒体を形成することにより、この(アルカリ性)溶解媒体を細胞に添加する前に、行われてもよい。前記スタティックミキサーは、好ましくは、少なくとも6個の混合要素、好ましくは12～24個の間の混合要素、より好ましくは18個の混合要素を含む。好ましくは、混合線速度は、100cm/分に等しい又はそれより高い。
(アルカリ性)溶解媒体は、(約)0.01%～(約)5%の間、好ましくは(約)0.1%～(約)3%の間、より好ましくは(約)0.5%～(約)3%(w:v)の間の1つ以上の洗浄剤を含んでもよい。好ましくは、洗浄剤は、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)、デオキシコール酸ナトリウム、Triton(登録商標)X-100、Triton(登録商標)X-114、Nonidet(登録商標)P-40、オクチル-グルコシド、Brij(登録商標)35、Brij(登録商標)56、Tween(登録商標)20、CHAPS(3-[(3-コラミドプロピル)ジメチルアンモニオ]-1-プロパンスルホネート)、又はその混合物からなる群から選択される。
有利には、本方法の崩壊ステップ(ステップb))において、細胞は、(アルカリ性)溶解媒体を用いて懸濁状態とされる。好ましくは、細胞と(アルカリ性)溶解媒体との最適な接触時間は、(約)15秒～(約)15分の間、好ましくは(約)0.5分～(約)5分の間に含まれ、より好ましくは(約)2分である。
好ましくは、中和溶液は、(約)5.0～(約)6.0の間に含まれ、好ましくは(約)5.5のpHを有する酢酸/酢酸塩溶液である。好ましくは、中和溶液は、約3M(mol/l)の酢酸塩及び約15%(v:v)の酢酸の濃度を有する。
好ましくは、中和溶液、特に、上記の酢酸/酢酸塩溶液は、室温から(約)2℃～(約)8℃の間に含まれ、好ましくは(約)4℃の温度へと冷却される。このステップは、当業者に周知の方法により、好ましくは、緩衝液を低温室中に十分な長さの時間にわたり貯蔵することにより又は中和溶液を有するチュービング要素を取り囲む熱交換器に接続された十分なクライオスタットを使用することにより得られる。
有利には、目的の染色体外核酸配列を含む溶解した細胞と中和溶液との最適な接触時間は、(約)15秒～(約)5分の間、好ましくは(約)30秒～(約)2分の間に含まれ、より好ましくは(約)1分である。
有利には、中和された溶解液と沈殿溶液との最適な接触時間は、1分より長く、この期間は、必要とされる沈殿を得るために好適である。
有利には、本発明による方法のステップf)の分離(デカンテーション又は清澄化)の最適な時間は、(約)5分～数時間の間、好ましくは(約)15分～(約)2時間の間に含まれる。
本発明の方法は、目的の染色体外核酸配列を含む細胞(全体)の懸濁液への十分な量のリボヌクレアーゼの添加を含む(又はからなる)予備ステップをステップa)とステップb)との間に任意選択的に含んでもよい。添加されるリボヌクレアーゼの量は、精製されるべき目的の配列の種類及び量に従って当業者により定義され、このリボヌクレアーゼ処理は、3000塩基(塩基対)より小さいサイズを有するプラスミドDNAの精製のために特に有用である。
本発明による方法の好ましい添加される水和した塩はCaCl2.5H2Oであり、これは、(約)2M～(約)6Mの間に含まれる濃度、好ましくは約5Mの濃度において添加される。
本発明の方法又は装置において、連続処理又は連続添加ステップは、入口/出口、ポンプ又はバルブの開閉を介して行われ、これらのポンプ出力は、有利には、本発明の供給溶液のタンク、リザーバー、バイアル若しくは受容器を秤量することにより又はこれらのタンクを接続するチュービングへの流量計の組込みにより制御される。
本発明の方法及び装置において、濾過ステップは、デプスフィルター又は表面フィルターにおいて行われる。
本発明の方法において任意選択的に存在するクロマトグラフィーステップ(ステップi)は、当業者に周知の1つ以上の古典的な精製ステップを含む(又はからなる)。
任意選択的に、この洗浄サブステップの後及び溶出サブステップの前に、1つ以上の中性洗浄剤を添加した同じ溶液を用いて別の洗浄サブステップが行われてもよい。好ましくは、この中性洗浄剤は、Triton(登録商標)X-100、Triton(登録商標)X-114、Tween(登録商標)20、Nonidet(登録商標)P-40、オクチルグルコシド、Brij(登録商標)35、Brij(登録商標)56、又はその混合物からなる群から選択される。好ましくは、前記中性洗浄剤は、(約)0.1%～(約)1%において溶液中に存在する。この任意選択的な第2の洗浄サブステップの後に更なる洗浄サブステップが行われてもよく、この更なるサブステップは、好ましくは、いかなる中性洗浄剤も存在しない状態で行われる。
本発明の方法及び装置は、1グラム未満から数百グラム、キログラム、最大トンまでの、大量の目的の染色体外核酸配列の製造及び精製を可能とする。しかしながら、本発明による方法において、任意選択的な沈殿ステップ(ステップd)は、所望の純度の目的の染色体外核酸配列を得るためにステップh)～j)の前又は後の他の精製ステップにより置換されてもよい。
本発明はまた、本発明による方法を実行するための装置に関する。本発明の装置は、場合により好適なタンク、リザーバー、バイアル又は受容器に接続されており、入口又は開口手段及び出口又は排出手段を有する、連続流を得るための手段、例えば、円形チューブ又はチュービング要素を含む(又はからなる)。
有利には、装置のチュービングは、特に医薬品品質を有する、ヒト薬剤において使用するための要件に従うものであり、好ましくは、浸出可能でなく、「Y型接続」を通じて連結されている。
本発明の装置は、以下を含む又は好ましくはからなる:
- (アルカリ性)溶解媒体の化合物を含有する1つ以上のタンクを含む調製ユニットであって、タンクは1つ以上の出口を含み、タンクは、好ましくは1つ以上のチュービングを介して、細胞溶解ユニットの入口に流体接続されており、この入口は、好ましくは、細胞懸濁液タンクから細胞溶解ユニットへの細胞の導入のための入口とは別個である、調製ユニット、
- 目的の染色体外核酸配列を有する細胞を含有する細胞懸濁液タンクを含む細胞溶解ユニットであって、細胞溶解ユニットは、好ましくは1つ以上のチュービングを介して、細胞懸濁液タンク及び調製ユニットの出口に流体接続されている少なくとも1つの入口を含み、好ましくは1つ以上のチュービングを介して、中和ユニットの入口に流体接続されている少なくとも1つの出口を更に含む、細胞溶解ユニット、
- 中和媒体タンク、少なくとも1つの入口及び少なくとも1つの出口又は排出口を含む中和ユニットであって、入口は、好ましくは1つ以上のチュービングを介して、中和媒体タンク及び細胞溶解ユニットの出口又は排出口と流体接続されており、出口は、分離(デカンテーション若しくは清澄化)ユニットの入口、又は任意選択的な沈殿ユニットに流体接続されている、中和ユニット、
- 任意選択的に、少なくとも1つの入口、少なくとも1つの出口又は排出口及び塩の溶液を含有するタンクを含む沈殿ユニットであって、入口は、好ましくは1つ以上のチュービングを介して、塩の溶液を含有するタンク及び中和ユニットの出口又は排出口と流体接続されており、出口は、好ましくは1つ以上のチュービングを介して、分離ユニットの入口に流体接続されている、沈殿ユニット、
- 少なくとも1つの入口及び少なくとも1つの出口を有する、細胞溶解混合物のための分離(デカンテーション又は清澄化)タンクを含む分離(デカンテーション又は清澄化)ユニットであって、入口は、中和ユニットの、又は場合により沈殿ユニットの出口に流体接続されており、分離タンクは、好ましくは、細胞溶解混合物から目的の染色体外核酸配列を含む可溶性画分を回収するための手段を含む、分離(デカンテーション又は清澄化)ユニット、並びに
- 大気圧より高い圧力において液体水性媒体に気体を溶解するための手段及び分離タンクに溶解気体を含む液体水性媒体を注入するための手段を含む、注入ユニット、特に、浮遊ユニット。
- (アルカリ性)溶解媒体の化合物を含有する1つ以上のタンクを含む調製ユニットであって、タンクは1つ以上の出口を含み、タンクは、好ましくは1つ以上のチュービングを介して、細胞溶解ユニットの入口に流体接続されており、この入口は、好ましくは、細胞懸濁液タンクから細胞溶解ユニットへの細胞の導入のための入口とは別個である、調製ユニット、
- 目的の染色体外核酸配列を有する細胞を含有する細胞懸濁液タンクを含む細胞溶解ユニットであって、細胞溶解ユニットは、好ましくは1つ以上のチュービングを介して、細胞懸濁液タンク及び調製ユニットの出口に流体接続されている少なくとも1つの入口を含み、好ましくは1つ以上のチュービングを介して、中和ユニットの入口に流体接続されている少なくとも1つの出口を更に含む、細胞溶解ユニット、
- 中和媒体タンク、少なくとも1つの入口及び少なくとも1つの出口又は排出口を含む中和ユニットであって、入口は、好ましくは1つ以上のチュービングを介して、中和媒体タンク及び細胞溶解ユニットの出口又は排出口と流体接続されており、出口は、分離(デカンテーション若しくは清澄化)ユニットの入口、又は任意選択的な沈殿ユニットに流体接続されている、中和ユニット、
- 任意選択的に、少なくとも1つの入口、少なくとも1つの出口又は排出口及び塩の溶液を含有するタンクを含む沈殿ユニットであって、入口は、好ましくは1つ以上のチュービングを介して、塩の溶液を含有するタンク及び中和ユニットの出口又は排出口と流体接続されており、出口は、好ましくは1つ以上のチュービングを介して、分離ユニットの入口に流体接続されている、沈殿ユニット、
- 少なくとも1つの入口及び少なくとも1つの出口を有する、細胞溶解混合物のための分離(デカンテーション又は清澄化)タンクを含む分離(デカンテーション又は清澄化)ユニットであって、入口は、中和ユニットの、又は場合により沈殿ユニットの出口に流体接続されており、分離タンクは、好ましくは、細胞溶解混合物から目的の染色体外核酸配列を含む可溶性画分を回収するための手段を含む、分離(デカンテーション又は清澄化)ユニット、並びに
- 大気圧より高い圧力において液体水性媒体に気体を溶解するための手段及び分離タンクに溶解気体を含む液体水性媒体を注入するための手段を含む、注入ユニット、特に、浮遊ユニット。
好ましくは、液体水性媒体は水であり、この液体水性媒体は、有利には、溶解気体で飽和しており、この気体は、好ましくは、空気、CO2、N2、O2、オゾン又はその混合物である。より好ましくは、分離タンクに溶解気体を含む液体水性媒体を注入するための手段は、排出口、好ましくは分離(デカンテーション又は清澄化)タンクの底表面に方向付けられた排出ノズルを有する、少なくとも1つの注入パイプを含む。好ましくは、排出口、好ましくは排出ノズルは、タンクの全高の(約)1/6～(約)5/6の間、より好ましくはタンクの全高の(約)1/4～(約)2/4の間に含まれる、タンク底表面から測定される高さにおいて、分離タンク中に配される。この位置は、有利には、既に分離されている沈殿した夾雑物及び不純物の再懸濁を回避する。
好ましくは、液体水性媒体に気体を溶解するための手段は、液体水性媒体タンク、好ましくは水タンク、及びバブリングデバイスを含む。このバブリングデバイスは、好ましくは、気体容器に接続された、チュービング、例えばパイプを含み、好ましくは流量計もまたチュービングに接続されており、ポンプは、チュービングとこの気体容器との間に流体接続されている。提供されるバブリングデバイスは、溶解気体を含む液体水性媒体を得るために液体水性媒体への気体容器からの気体のバブリングを制御した。好ましくは、このバブリングデバイスは、1bargより高い又はそれに等しい、好ましくは2barg～50bargの間、好ましくは3barg～25bargの間の圧力において、及び有利には、処理する細胞溶解混合物の体積と比較して(約)5%～(約)20%v/vの間に含まれる体積において、液体水性媒体タンクに気体を注入するように構成されている。
本発明による装置において、液体水性媒体注入パイプの内径とその排出ノズルの直径との比は、(約)1又は1に近い値であってもよいが、好ましくは(約)3より大きく、より好ましくは(約)5より大きいが、好ましくは50より小さい。この特定の注入パイプとノズルとの組合せは、注入パイプの内側の圧力が溶解気体を含む液体水性媒体の注入の間に初期値の90%未満に低下しないことを確実にする。これは、細胞溶解混合物内ではなく注入パイプ内での早期の脱気を防ぎ、精製の質及び量を向上させる。大気圧に保たれる分離タンクへの溶解気体を含む液体水性媒体の注入後に、液体水性媒体はその溶解気体を失い、それが、1.5mmより小さい若しくはそれに等しい、好ましくは1mmより小さい若しくはそれに等しい又は更には0.5mmより小さい若しくはそれに等しい平均直径を有する(微小)気泡(の霧)を細胞溶解混合物中に生成する。
本発明による装置において、注入ユニットの注入パイプは、分離ユニット又はタンクと中和ユニット又は沈殿ユニットの出口との間のチュービングへの入口から分離されている。結果として、溶解気体を含む水性液体媒体は、細胞溶解混合物のための入口とは別の入口又はチュービングを介して分離タンクに注入される。
本発明による装置は、流体の効率的な混合のための1つ以上のスタティックミキサーと任意選択的に組み合わせた、公知の混合要素、例えば、ベンチュリ効果を生成する手段(即ち、参照により本明細書に記載の国際特許出願WO2010/0136503において記載されるようなもの)を更に含んでもよい。
本発明による装置において、調製ユニットは、溶解媒体を含有する単一のタンク又はその異なる成分を含有する2つ以上の分離したタンクのいずれかを含み、タンクは、1つ(又はいくつかの)ポンプを介した第1(セット)のチュービング、第1のスタティックミキサー（好ましくは、少なくとも6の混合要素を含む）により細胞溶解ユニットに接続されており、この第1のスタティックミキサーは、入口及び出口又は排出口を有し、この入口は、(アルカリ性)溶解媒体又はその分離した成分のポンプから来るチュービングに接続されており、出口又は排出口は、第2のチュービング又はより多くのチュービングを介して、細胞溶解ユニットに接続されている。第1のスタティックミキサーのサイズ(即ち、導入される混合要素の数、並びにこの第1のスタティックミキサーの直径及び長さ）並びにポンプ出力は、好ましくは100cm/分より速い、第1のスタティックミキサーに導入される要素の混合線速度を可能とするように選択される。
本発明による装置はまた、第2のスタティックミキサーから作られた細胞溶解ユニットを含んでもよく、好ましくは、第2のスタティックミキサーは12～24個の混合要素、好ましくは18個の混合要素を含み、この第2のスタティックミキサーは入口及び出口又は排出口を有し、入口は、第2のチュービングにより調製ユニットの出口に接続されており、第3のチュービング又はより多くのチュービング及びポンプを介して細胞懸濁液を含有する細胞懸濁液タンクの出口に接続されており、第2のスタティックミキサーの出口又は排出口は、第4のチュービング又はより多くのチュービングに接続されている。第2のスタティックミキサーのサイズ及びポンプ出力は、(約)1000cm/分～(約)1500cm/分の間に含まれる第2のスタティックミキサーに導入される溶液の混合線速度を可能とするように選択される。
本発明による装置は、第3のスタティックミキサーを更に含んでもよく、好ましくは、第3のスタティックミキサーは、6～16個の間の混合要素、好ましくは10個の混合要素を含み、この第3のスタティックミキサーは入口及び出口又は排出口を有し、入口は、細胞溶解ユニットの出口から来る第4のチュービングに接続されており、第5のチュービング及びポンプを介して中和媒体タンクに接続されており、第3のスタティックミキサーの出口又は排出口は、第6のチュービング又はより多くのチュービングに接続されている。第3のスタティックミキサーのサイズ及びポンプ出力は、好ましくは(約)340cm/分～(約)1025cm/分の間に含まれる第3のスタティックミキサーに導入される溶液の混合線速度を可能とするように選択される。
本発明による装置は、第4のスタティックミキサーを更に含んでもよく、好ましくは、第4のスタティックミキサーは4～18個の間の混合要素を含み、この第4のスタティックミキサーは入口及び出口又は排出口を有し、入口は、中和ユニットから来る第6のチュービングに接続されており、第7のチュービング及びポンプを介して、(二価)塩の溶液を含有するタンクに接続されており、出口又は排出口は、第8のチュービングを介して分離(又はデカンテーション)タンクに接続されている。第4のスタティックミキサーのサイズ及びポンプ出力は、好ましくは(約)400cm/分～(約)1200cm/分の間に含まれる第4のスタティックミキサーに導入される溶液の混合線速度を可能とするように選択される。
図に表されるようなポンプの位置はまた、処理効率を向上させる。なぜなら、表されるようなポンプの各々の位置は、有利には、これらのチュービング中に存在する流体を引くのではなく、チュービング中の流体(の流れ)を押すことを可能とすることができ、即ち、処理される生成物は、それを損傷してその品質を低下させ得るポンプヘッドにおいて起こるせん断力により影響されない。
好ましくは、本発明の装置は、異なるタンク、リザーバー、バッグ若しくは受容器中に存在するいわゆる供給溶液(即ち、中和溶液、溶解溶液、・・・)を秤量するための手段を更に含み、且つ/又はチュービングにおいて異なる媒体若しくは細胞若しくは細胞画分の導入を制御するための、1つ以上の流量計を含む。これは、本発明の方法は、連続的に行われるステップ及びバッチ毎のシークエンス（batch after batch sequence）において行われるステップを含んでもよいことを意味する。好ましくは、中和ステップは、バッチ毎のシークエンスにおいて行われる。
本発明の方法又は装置の代替は、溶解気体を含む液体水性媒体の注入を伴わず、溶解気体を含む液体水性媒体を注入するための注入ユニットを有しないが、上記の技術的特徴と共に、上記のスタティックミキサーの1つ以上及びスタティックミキサーの1つ以上の使用を含む1つ以上の又は全ての混合ステップを含む、記載される分離ステップ及び分離ユニットを含む記載される方法及び装置に関する。
本発明は以下の態様も提供する。
［１］ 細胞から染色体外核酸配列を得る方法であって、
a)任意選択的に、目的の染色体外核酸配列を含む細胞を培養するステップ、
b)細胞懸濁液を溶解媒体と混合することにより細胞を崩壊させて溶解した細胞を形成するステップ、
c)前記溶解した細胞に、中和溶液、好ましくは酢酸/酢酸塩溶液から構成される中和溶液を添加することにより溶解した細胞を中和して、可溶性画分及び沈殿物を含む細胞溶解混合物を製造するステップ、
d)任意選択的に、細胞溶解混合物を1つ以上の塩を含有する溶液と混合することにより、目的の染色体外核酸配列の夾雑物を更に沈殿させるステップであって、塩が、CaCl2、MgCl2、ZnCl2、SrCl2、BaCl2、LiCl、酢酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム及び硫酸マグネシウム又はその混合物からなる群から選択される、ステップ、
e)ステップc)又はステップd)から得られた細胞溶解混合物を収集するステップ、
f)分離タンク中で細胞溶解混合物の目的の染色体外核酸配列を含む可溶性画分を沈殿物から分離するステップ、並びに
g)目的の染色体外核酸配列を含む分離された可溶性画分を回収するステップ
を含み、
分離ステップf)が、大気圧より高い圧力下で液体水性媒体に気体を溶解した後に、溶解気体を含む液体水性媒体を、分離タンクに含有される細胞溶解混合物中に注入することを含む、方法。
［２］ 気体が、少なくとも2bargの圧力下での気体バブリングにより液体水性媒体に溶解される、［1］に記載の方法。
［３］ 溶解気体を含む液体水性媒体が、細胞溶解混合物の体積に対して、0.2%～25%の間、好ましくは0.5%～15%の間、より好ましくは1%～10%v/vの間に含まれる体積量において細胞溶解混合物に注入される、[1]又は[2]に記載の方法。
［４］ 溶解気体を含む液体水性媒体が、(例えば、注入パイピングにおいて)少なくとも2bargの圧力下で細胞溶解混合物に注入され、細胞溶解混合物が分離タンク中で大気圧にある、［1］から［3］のいずれかに記載の方法。
［５］ 細胞溶解混合物に注入される溶解気体を含む液体水性媒体が気体で飽和している、［1］から［4］のいずれかに記載の方法。
［６］ 溶解気体を含む液体水性媒体が分離タンクの底部に向けて下方に注入される、［1］から［5］のいずれかに記載の方法。
［７］ 溶解気体を含む液体水性媒体の注入が単回の注入であるか、又は逐次的な注入である、［1］から［6］のいずれかに記載の方法。
［８］ 中和溶液を用いるステップc)からの溶解した細胞の中和がスタティックミキサーにより行われ、混合線速度が100cm/分に等しい又はそれより高い、［1］から［7］のいずれかに記載の方法。
［９］ 溶解媒体が、NaOH及び洗浄剤、好ましくはドデシル硫酸ナトリウム(SDS)の混合により、及び/又は好ましくはスタティックミキサーを使用して、得られる、［1］から［8］のいずれかに記載の方法。
［１０］ ［1］から［9］のいずれかに記載の方法を実施するための装置であって、
- 溶解媒体の構成成分を含有する1つ以上のタンク(2、3)を含み、出口(10)を含む調製ユニット(1)、
- 目的の染色体外核酸配列を有する細胞を含有する細胞懸濁液タンク(25)を含み、入口(21)及び出口(26)を更に含み、入口(21)が細胞懸濁液タンク及び調製ユニット(1)の出口(10)と流体接続されている、細胞溶解ユニット(20)、
- 中和媒体タンク(31)、入口(34)及び出口(37)を含み、入口(34)が中和媒体タンク(31)及び細胞溶解ユニット(20)の出口(26)と流体接続されている、細胞溶解混合物を生成するための中和ユニット(30)、
- 中和ユニット(30)の出口(37)に流体接続された入口を有する分離タンク(51)を含む、細胞溶解混合物を収集するための分離ユニット(50)、並びに
- 大気圧より高い圧力において液体水性媒体に気体を溶解するための手段を含む、溶解気体を含む液体水性媒体を分離タンク(51)中に注入するための注入ユニット(70)
を含む、装置。
［１１］ 溶解気体を有する液体水性媒体を注入するための手段が、分離タンク(51)の底表面(58)に向けて配された排出口(54)を有する少なくとも1つの注入パイプ(53)を含み、好ましくは注入パイプ(53)が排出ノズル(54)を含み、注入パイプ(53)の内径とその排出ノズル(54)の直径との比が少なくとも2である、［10］に記載の装置。
［１２］ 液体水性媒体を注入するための手段が、分離タンク(51)の全高(56)の1/6～5/6の間に含まれる、タンク底部(58)からの高さ(57)、好ましくは全高(56)の1/4～2/4の間に含まれる、タンク底部(58)からの高さにおいて分離タンク(51)中に液体水性媒体を注入するように配されている、[10]又は[11]に記載の装置。
［１３］ 液体水性媒体に気体を溶解するための手段が、液体水性媒体タンク(72)、及び液体水性媒体タンク(72)中に気体をバブリングするためのバブリングデバイス(74)を含み、好ましくは、2bargより高い又はそれに等しい、好ましくは2barg～50bargの間、より好ましくは3barg～25bargの間の圧力において、液体水性媒体タンク(72)中に気体を注入するように構成されている、［10］から［12］のいずれかに記載の装置。
［１４］ バブリングデバイスが、少なくとも2bargの圧力下に液体水性媒体タンク(72)を保つように構成されている、[13]に記載の装置。
［１５］ 注入ユニット(70)が、溶解気体を有する液体水性媒体を分離タンク(51)中に間欠的に注入するように構成されている、［10］から［14］のいずれかに記載の装置。
［１６］ 中和ユニット(30)と分離ユニット(50)との間に、二価イオン塩溶液タンク(44)、入口(45)及び出口(46)を含む沈殿ユニット(40)を更に含み、前記沈殿ユニットの入口(45)が、中和された細胞溶解液を受け入れるために中和ユニット(30)の出口(37)と流体連通しており、二価イオン塩溶液タンク(44)と連結しており、沈殿ユニットの出口(46)が分離ユニット(50)と流体連通している、［10］から［15］のいずれかに記載の装置。
［１７］ 調製ユニット(1)、細胞溶解ユニット(20)、中和ユニット(30)及び/又は沈殿ユニット(40)が1つ以上のスタティックミキサー(9、22、35、41)を含む、［10］から［16］のいずれかに記載の装置。
本発明は以下の態様も提供する。
［１］ 細胞から染色体外核酸配列を得る方法であって、
a)任意選択的に、目的の染色体外核酸配列を含む細胞を培養するステップ、
b)細胞懸濁液を溶解媒体と混合することにより細胞を崩壊させて溶解した細胞を形成するステップ、
c)前記溶解した細胞に、中和溶液、好ましくは酢酸/酢酸塩溶液から構成される中和溶液を添加することにより溶解した細胞を中和して、可溶性画分及び沈殿物を含む細胞溶解混合物を製造するステップ、
d)任意選択的に、細胞溶解混合物を1つ以上の塩を含有する溶液と混合することにより、目的の染色体外核酸配列の夾雑物を更に沈殿させるステップであって、塩が、CaCl2、MgCl2、ZnCl2、SrCl2、BaCl2、LiCl、酢酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム及び硫酸マグネシウム又はその混合物からなる群から選択される、ステップ、
e)ステップc)又はステップd)から得られた細胞溶解混合物を収集するステップ、
f)分離タンク中で細胞溶解混合物の目的の染色体外核酸配列を含む可溶性画分を沈殿物から分離するステップ、並びに
g)目的の染色体外核酸配列を含む分離された可溶性画分を回収するステップ
を含み、
分離ステップf)が、大気圧より高い圧力下で液体水性媒体に気体を溶解した後に、溶解気体を含む液体水性媒体を、分離タンクに含有される細胞溶解混合物中に注入することを含む、方法。
［２］ 気体が、少なくとも2bargの圧力下での気体バブリングにより液体水性媒体に溶解される、［1］に記載の方法。
［３］ 溶解気体を含む液体水性媒体が、細胞溶解混合物の体積に対して、0.2%～25%の間、好ましくは0.5%～15%の間、より好ましくは1%～10%v/vの間に含まれる体積量において細胞溶解混合物に注入される、[1]又は[2]に記載の方法。
［４］ 溶解気体を含む液体水性媒体が、(例えば、注入パイピングにおいて)少なくとも2bargの圧力下で細胞溶解混合物に注入され、細胞溶解混合物が分離タンク中で大気圧にある、［1］から［3］のいずれかに記載の方法。
［５］ 細胞溶解混合物に注入される溶解気体を含む液体水性媒体が気体で飽和している、［1］から［4］のいずれかに記載の方法。
［６］ 溶解気体を含む液体水性媒体が分離タンクの底部に向けて下方に注入される、［1］から［5］のいずれかに記載の方法。
［７］ 溶解気体を含む液体水性媒体の注入が単回の注入であるか、又は逐次的な注入である、［1］から［6］のいずれかに記載の方法。
［８］ 中和溶液を用いるステップc)からの溶解した細胞の中和がスタティックミキサーにより行われ、混合線速度が100cm/分に等しい又はそれより高い、［1］から［7］のいずれかに記載の方法。
［９］ 溶解媒体が、NaOH及び洗浄剤、好ましくはドデシル硫酸ナトリウム(SDS)の混合により、及び/又は好ましくはスタティックミキサーを使用して、得られる、［1］から［8］のいずれかに記載の方法。
［１０］ ［1］から［9］のいずれかに記載の方法を実施するための装置であって、
- 溶解媒体の構成成分を含有する1つ以上のタンク(2、3)を含み、出口(10)を含む調製ユニット(1)、
- 目的の染色体外核酸配列を有する細胞を含有する細胞懸濁液タンク(25)を含み、入口(21)及び出口(26)を更に含み、入口(21)が細胞懸濁液タンク及び調製ユニット(1)の出口(10)と流体接続されている、細胞溶解ユニット(20)、
- 中和媒体タンク(31)、入口(34)及び出口(37)を含み、入口(34)が中和媒体タンク(31)及び細胞溶解ユニット(20)の出口(26)と流体接続されている、細胞溶解混合物を生成するための中和ユニット(30)、
- 中和ユニット(30)の出口(37)に流体接続された入口を有する分離タンク(51)を含む、細胞溶解混合物を収集するための分離ユニット(50)、並びに
- 大気圧より高い圧力において液体水性媒体に気体を溶解するための手段を含む、溶解気体を含む液体水性媒体を分離タンク(51)中に注入するための注入ユニット(70)
を含む、装置。
［１１］ 溶解気体を有する液体水性媒体を注入するための手段が、分離タンク(51)の底表面(58)に向けて配された排出口(54)を有する少なくとも1つの注入パイプ(53)を含み、好ましくは注入パイプ(53)が排出ノズル(54)を含み、注入パイプ(53)の内径とその排出ノズル(54)の直径との比が少なくとも2である、［10］に記載の装置。
［１２］ 液体水性媒体を注入するための手段が、分離タンク(51)の全高(56)の1/6～5/6の間に含まれる、タンク底部(58)からの高さ(57)、好ましくは全高(56)の1/4～2/4の間に含まれる、タンク底部(58)からの高さにおいて分離タンク(51)中に液体水性媒体を注入するように配されている、[10]又は[11]に記載の装置。
［１３］ 液体水性媒体に気体を溶解するための手段が、液体水性媒体タンク(72)、及び液体水性媒体タンク(72)中に気体をバブリングするためのバブリングデバイス(74)を含み、好ましくは、2bargより高い又はそれに等しい、好ましくは2barg～50bargの間、より好ましくは3barg～25bargの間の圧力において、液体水性媒体タンク(72)中に気体を注入するように構成されている、［10］から［12］のいずれかに記載の装置。
［１４］ バブリングデバイスが、少なくとも2bargの圧力下に液体水性媒体タンク(72)を保つように構成されている、[13]に記載の装置。
［１５］ 注入ユニット(70)が、溶解気体を有する液体水性媒体を分離タンク(51)中に間欠的に注入するように構成されている、［10］から［14］のいずれかに記載の装置。
［１６］ 中和ユニット(30)と分離ユニット(50)との間に、二価イオン塩溶液タンク(44)、入口(45)及び出口(46)を含む沈殿ユニット(40)を更に含み、前記沈殿ユニットの入口(45)が、中和された細胞溶解液を受け入れるために中和ユニット(30)の出口(37)と流体連通しており、二価イオン塩溶液タンク(44)と連結しており、沈殿ユニットの出口(46)が分離ユニット(50)と流体連通している、［10］から［15］のいずれかに記載の装置。
［１７］ 調製ユニット(1)、細胞溶解ユニット(20)、中和ユニット(30)及び/又は沈殿ユニット(40)が1つ以上のスタティックミキサー(9、22、35、41)を含む、［10］から［16］のいずれかに記載の装置。
本発明による方法及び装置を、非限定的な好ましい実施形態として提示する以下の詳細な説明において添付の図面を参照して記載する。
図1は、円形断面を有するいくつかのチューブ又はチュービング要素から作られており、共に流体接続(又は連結)されており、スタティックミキサー及びタンク又はリザーバーに接続されている数メートルの長さのパイプ又はチューブである、本発明の方法のステップの実行を可能とする装置を示す。
好ましくは、本発明による装置及び方法は、細胞不純物(又は夾雑物)から、特に、大腸菌夾雑物、例えば、宿主細胞タンパク質、RNA配列、ゲノムDNA配列、エンドトキシン、・・・から精製される、染色体外核酸配列、例えば、DNAプラスミドの細胞からの回収及び精製に特化したものである。
好ましくは、本発明による装置及び方法は、細胞不純物(又は夾雑物)から、特に、大腸菌夾雑物、例えば、宿主細胞タンパク質、RNA配列、ゲノムDNA配列、エンドトキシン、・・・から精製される、染色体外核酸配列、例えば、DNAプラスミドの細胞からの回収及び精製に特化したものである。
本発明による方法において使用される装置は、流体接続されており、調製ユニット1、細胞溶解ユニット20、中和ユニット30、任意選択的に沈殿ユニット40、分離(デカンテーション又は清澄化)ユニット50、注入ユニット70及び濾過ユニットを含む、いくつかのユニットを含む又はからなる。
更には、細胞溶解ユニット20は、製造ユニット(図には表されていない反応タンクを含む)に流体接続され得るが、これは回収されるべき目的の染色体外核酸配列を含む細胞の成長及び増殖のために使用され得る。
本発明による装置の通路において、流速の追跡はクロノメーター、重量モニタリングにより及び/又は異なるチュービングに加えられる流量計により得られ、チュービング間の接続は「Y型」である。
本発明による装置の第1の部分は調製ユニット1であり、これは2つの異なるフォーマットを提示し得る。図には提示されていない第1の実施形態によれば、本発明による装置は、第1のチュービング及びポンプ並びに場合により流量計により、添加された(アルカリ性)溶解媒体と細胞を混合するための溶解ユニット20に接続された(アルカリ性)溶解媒体を有する溶解媒体タンク又はリザーバーを含有する。
図に提示されるような本発明の別の実施形態によれば、調製ユニット1は、有利には、少なくとも2つの別々のタンク(2及び3)から作られており、両方のタンクは室温に維持されており、第1のタンク2はNaOH(RM2-A)を含有し、第2のタンク3は1つ以上の洗浄剤(RM2-B)、好ましくはドデシル硫酸ナトリウム(SDS)を含有する。
タンク2及び3の両方は、好ましくは第1のポンプ6及び第2のポンプ7を介して、第1のセットのチュービング要素4及び5にそれぞれ流体接続されており、これらのポンプ(6及び7)は、溶解溶液を形成するために第1のスタティックミキサー9に混合及び供給される十分な添加量の各反応性生成物(NaOH、洗浄剤及び場合により1つ以上の他の分子)を制御している。
第1のチュービングセットのチュービング(4及び5)中に存在する反応性化合物は、「Y型」接続において出会い、全ての導入される化合物の効率的な均質な混合のために使用される第1のスタティックミキサー9に入口又は開口部8を介して押されて、溶解緩衝液(RM2緩衝液媒体)を形成する。この混合は、(アルカリ性)溶解媒体の安定性及び一定の組成物の品質を確実なものにする。均質な混合は、ヒトの裸眼に従って均質な混合を意味する。
調製ユニット1のこの第1のスタティックミキサー9の出口又は排出口10は、第2のチュービング11を介して、細胞溶解ユニット20の部分である第2のスタティックミキサー22の入口又は開口部21に流体接続されている。好ましくは、細胞溶解ユニット20の第2のスタティックミキサー22は、12～24個の間の混合要素、好ましくは18個の混合要素を含む。
細胞溶解ユニット20は上記の通路であり、好ましくは、第2のスタティックミキサー22を含み、第2のスタティックミキサー22は、「Y型」接続によりその入口21において、調製ユニット1の第2のチュービング11に、第3のチュービング23及びポンプ24を介して、好適な温度、好ましくは約2℃～約8℃の間に含まれる温度において、回収する染色体外核酸配列を有する懸濁細胞を含有する細胞懸濁液タンク25に流体接続されている。
溶解又は細胞崩壊は、第1のスタティックミキサー9からの細胞溶解緩衝液、好ましくはNaOH+SDSの混合物、及び細胞懸濁液タンク25からの懸濁細胞の第2のスタティックミキサー22への添加により行われる。生成される崩壊した細胞の溶液は粘性であるが、効率的な均質化がプラスミドの分解なしに得られた。
本発明者らは、細胞及び溶解緩衝液の最適な平均接触時間を評価するためにチュービングの直径及び長さ並びにポンプ出力を最適化した。本発明者らが開発した装置は、驚くべきことに短い平均接触時間、例えば、5分未満、好ましくは(約)1分～(約)5分の間、より好ましくは(約)2分を可能とし、これは、有利には、目的の染色体外核酸配列、好ましくはDNAプラスミドの分解を防ぐ。
この第2のスタティックミキサー22の出口又は排出口26は、細胞溶解液の回収のために最適な接触時間を得ることを可能とする十分な長さ及び直径を有する第4のチュービング27を介して、中和ユニット30の特徴部（features）に流体接続されている。
中和ユニット30は、中和媒体(RM3)を含有する中和タンク31を含み、中和媒体(RM3)は、好ましくは、2℃～8℃の間に含まれる、好ましくは約4℃の温度において使用される、好ましくは、約5.0～約6.0の間に含まれる、好ましくは約5.5のpHにおいて維持され、3Mの酢酸塩及び15%(v:v)の酢酸からなる、酢酸及び酢酸塩の溶液から作られていることが好ましい。
この中和タンク31は、第5のチュービング32を介して及びポンプ33を介して、第3のスタティックミキサー35の入口又は開口部34に流体接続されている。中和媒体は、十分な時間にわたる低温室での中和タンク31の貯蔵により使用前に冷却されてもよく、又は第5のチュービング32のセクションを取り囲むクライオスタット36及び熱交換器39により室温(20℃～25℃の間に含まれる)から2℃～8℃の間に含まれる、好ましくは約4℃のより低い温度まで連続的に冷却され得る。
この第3のスタティックミキサー35の入口又は開口部34はまた、細胞溶解液を提供する第4のチュービング27に流体接続されている。好ましくは、この第3のスタティックミキサー35は、6～16個の混合要素、好ましくは10個の混合要素を含む。
この第3のスタティックミキサー35の入口34は、好ましくは、「Y型」接続により2つのチュービング要素32及び27に流体接続されており、それにより、両方の流体の流れは、溶解反応を停止させるために細胞溶解液の急速且つ効率的な中和を得るため及び中和された細胞溶解液を形成するためにスタティックミキサー35に送られる。
本発明者らは、中和の下での溶解した細胞の最適な平均接触時間を評価するためにチュービングの直径及び長さ、並びにポンプ出力を更に最適化した。開発した装置は、短い平均接触時間、例えば、3分未満、好ましくは(約)0.5分～(約)3分、より好ましくは(約)1分を可能とし、これは、有利には、沈殿剤の添加の前の溶解した細胞の効率的な中和に繋がる。
この第3のスタティックミキサー35の出口又は排出口37は、得られた中和された溶解混合物を収集する第6のチュービング38に流体接続されている。第6のチュービング38は、沈殿ユニット40の部分を形成する第4のスタティックミキサー41の入口又は開口部45に方向付けられることができ、それに流体接続されている。
第4のスタティックミキサー41の入口又は開口部45はまた、ポンプ43を介して、第7のチュービング42、二価イオン塩、好ましくは水和塩化カルシウムの溶液(RM4)を含む二価塩溶液タンク44に流体接続されている。
再び、両方のチュービング38及び42の間に「Y型」接続が好ましくは使用され、それにより、両方の流体の流れは、急速且つ効率的な混合を得るために第4のスタティックミキサー41に送られる。タンク44から第7のチュービング42を介して第4のスタティックミキサー41の入口45にポンプ送出される二価塩の溶液は、細胞溶解混合物を得るために第6のチュービング38から第4のスタティックミキサー41に添加される中和された細胞溶解液に連続的に添加される。この第4のスタティックミキサー41は、高密度且つ粘性の溶液の完全な混合を確実なものにし、沈殿反応を向上させる。しかしながら、ベンチュリ効果を生成するための手段を含むこのスタティックミキサー以外の手段が、タンク44から得られる高密度且つ粘性の二価塩溶液を含む流体の効率的な混合のために使用され得る。
この第4のスタティックミキサー41は、4～18個の間の混合要素、好ましくは4個のみの混合要素を含む。混合要素10個という最適な数が、細胞溶解混合物を得るための、塩と中和された溶解細胞との効率的な混合のために選択され得る。しかしながら、より多くの数の混合要素は、より小さい粒子及び沈殿物を生成し、それは分離(デカンテーション又は清澄化)の間に可溶性画分から除去することがより容易でなく、製造及び精製収率を低減させ、精製時間を増加させる。
第4のスタティックミキサー41の出口又は排出口46は、第8のチュービング47を介して分離ユニット50の分離タンク51に流体接続されている。細胞溶解混合物52は、第4のスタティックミキサー41からのこの分離タンク51に供給される。第4のスタティックミキサー41は任意選択的であり、チュービング38は分離(又はデカンテーション又は清澄化)ユニット50の分離タンク51に直接的に供給され得ることに言及することは適切であろう。
本発明による装置において、分離ユニット50は、不純物(又は夾雑物)からの目的の配列からの細胞溶解混合物52の分離、デカンテーション又は清澄化のために使用され、分離、デカンテーション又は清澄化の収率、特に遅延及び効率を向上させ、この細胞溶解混合物52からの目的の染色体外核酸配列の回収を向上させている。
図2及び3に表される分離ユニット50は、図4に表される注入(浮遊)ユニット70に接続され、大量の溶解気体、好ましくは、空気、窒素、CO2、酸素又はオゾン、より好ましくは空気を含む液体水性媒体、より好ましくは水の、分離タンク51への、分離タンク51の内側への注入を可能とする。この液体水性媒体は、気体、好ましくは空気と共に室温に維持され、好適な圧力、好ましくは少なくとも2bargの圧力において導入される。
分離、デカンテーション又は清澄化は、好ましくは、空気、CO2若しくは窒素、又はその混合物からなる群から選択される、飽和した又は飽和に近いレベルの溶解気体を含むこの液体水性媒体、好ましくは水の、分離タンク51中に存在する細胞溶解混合物52へのノズルを場合により含む、排出口54を有する1つ以上の注入パイプ53を介する注入により効率的に向上する。この注入パイプ53の排出口54は、分離タンク51中に存在する細胞溶解混合物52の表面55と反対の方向に配され、かつ、分離タンク51の底表面58に向かって又はその方向に配される。
図3に表されるように、デカンテーションユニット50の構成は、分離タンク51を含んでもよく、場合により分離タンク51中の対角線方向に反対の位置に配置された、1つより多くの注入パイプ53、好ましくは2、3又は4つの注入パイプ53が導入され、好ましくは、各注入パイプ53の排出口54は、分離タンク51の底部により形成される平面と平行な同じ平面中に配され、有利には、互いから並びにデカンテーションタンクの側部及び底部から同等の距離に配される。図3において、4つの注入パイプ53は、直径方向又は対角線方向に反対の位置に表されている。
図3に表されるように、各注入パイプ53の排出口54は、分離タンク51中に存在する細胞溶解混合物52の上表面55から離れる方向を向いて配されており、この排出口54は、タンク底表面58に向いているが、この底表面58の方向の鉛直下方に液体水性媒体を注入するように方向付けられている。この構成は、細胞溶解液中の重要な対流運動の形成を回避し、最上部の沈殿層からの沈殿物又は綿状物の分散を回避する。
本発明による装置の分離ユニット50において、細胞溶解混合物52は、分離タンク51の側壁に沿って配された第8のチュービング47により導入され、分離タンク51を部分的に満たす。圧力下の気体で飽和した液体水性媒体の添加を処理するのに十分な自由な体積がこの分離タンク51中に残っているべきである。
注入パイプ53の排出口54は、有利には、この分離タンク51の高さ56の1/6～5/6の間の分離タンク51の底部からの高さ57に配置されており、より有利には、1/4～3/4の間の分離タンク51の底部からの高さ57に配置されている。
注入パイプ53は、狭い排出口を有する、ノズル排出口54を示してもよい。有利には、注入パイプ53は、(約)2より高い又はそれに等しい、より好ましくは(約)3より高い又はそれに等しい、その内径とそのノズル排出口54の直径との比を示し、50より低い又はそれに等しくてもよい。内径パイプサイズ及びそのノズル排出口の間のこの構成及び比は、液体水性媒体の減圧がノズル自体においてのみ開始し、注入チュービング53内では開始しないことを確実にする。そうすることにより、溶解気体を有する液体水性媒体は、排出ノズルまで好適な高圧に保たれ、従って、圧力はノズル排出口においてのみ低下する。しかしながら、より少量の目的の染色体外核酸配列の製造を可能とする本発明の装置の特定の構成において、この比は(約)1又は1に近い値であり、注入パイプ53は、ノズル及び排出口54の直径の低減のいずれも含まない。結果として、分離タンク51中に分散したその夾雑物又は不純物からの細胞溶解混合物52の急速且つ効率的な分離、清澄化又はデカンテーションが得られ得る。夾雑物又は不純物は細胞溶解混合物52の上表面55において浮遊する。好ましくは、この分離継続期間は(約)5分～(約)3時間の間に含まれるが、1又は2日までのより長い期間にわたり適用され得る。
図4に表されるように、溶解気体を含有する添加される液体水性媒体は、好ましくはバルブ71を通じて注入又は浮遊ユニット70に接続された注入パイプ53から得られる。
注入(又は浮遊)ユニット70は、液体水性媒体、好ましくは水を含有するタンク72を含む。この液体水性媒体タンク72は、有利にはタンク72の下部分において配置された、入口を含み、それは、好ましくはバルブ73を介してバブリングデバイスのチュービング要素74に接続され、液体水性媒体タンク72中に気体、好ましくは空気を供給する。追加のチュービング要素(75及び76)並びに気体(空気)の導入及び排出のためのバルブ(77及び78)が水性媒体タンク72に接続され得る。
液体水性媒体タンク72は、有利には、好適な高圧下に液体を保持するように配置された密閉容器である。分離(又はデカンテーション)タンク51は、有利には、実質的に大気圧に細胞溶解混合物52を保持するように構成されている。
液体水性媒体は濃縮されており、有利には、バブリングデバイスから得られる加圧気体の液体水性媒体へのバブリングにより圧力下で溶解気体で飽和している。そうすることにより、この液体水性媒体は溶解気体が濃縮される(ヘンリーの法則)。有利には、バブリングは、完全な飽和に達するのに十分な長さの時間にわたり行われる。液体水性媒体タンク72中の圧力は、有利には、2barg又はそれより高い、好ましくは2barg～50bargの間、より好ましくは3barg～25bargの間の値において、バブリングの間に一定に保たれる。
溶解気体が濃縮された液体水性媒体は、有利には、数秒～数分の間、好ましくは5秒～5分の間に含まれる期間中に分離タンク51に注入される。好ましくは、本発明による方法及び装置において、注入される液体水性媒体の体積%は、(デカンテーションされる)細胞溶解混合物の体積と比較して、0.2%～25%(v/v)の間に含まれ、好ましくは0.5%～15%の間に含まれ、より好ましくは1%～10%の間に含まれる。
再び図2及び3を参照すると、分離タンク51は、分離タンク51中に存在する細胞溶解混合物52から、目的の染色体外核酸配列を含有する可溶性画分又は清澄化相を回収するための収集チュービング61を更に含む。
収集チュービング61の入口は、有利には、夾雑物又は不純物の沈殿物の再懸濁を回避するために分離タンク51中の液体運動の最小化と共に可溶性画分又は清澄化相の効率的なポンピングを得るために分離タンク51の底部に配される。チュービング61は、有利には、底部57において注入パイプ53の排出口54より下で分離タンク51から可溶性画分を除去する。チュービング61は、濾過ユニットに接続され得る。
公知の手段(例えば、フィルター、クロマトグラフィーカラム及び収集タンク)並びに当業者に周知の方法ステップを用いる更なる精製もまた行われ得る。
図5に表されるように、分離タンク51の外部の、細胞溶解混合物のこの可溶性画分又は清澄化相の流れは、有利には、当業者に周知の方法ステップを用いるその更なる精製のための別の濾過ユニット60に向けた細胞溶解混合物の可溶性画分又は清澄化相の流れを可能とするチュービング要素64の別のセクションに接続されたバルブ62の開口部及びポンプ63を通じて得られる。この濾過ユニットは、好適な溶出材料と共に1つ以上のフィルター65及び66並びに/又は1つ以上のクロマトグラフィーカラムを含み得る。更に濾過、限外濾過及び/又はダイアフィルトレーションの間に、1つ以上のチュービングセクション、特にチュービング要素64のセクションは、できるだけ4℃に近い温度(2℃～8℃の範囲内)、好ましくは好適な(及び場合により冷蔵された)タンク69中で十分な時間(終夜)にわたり維持され得る温度に、濾過及び清澄化された溶解液を冷却するために、クライオスタット68に接続された熱交換デバイス67により取り囲まれ得る。
本発明による装置及び方法において、チュービング要素は、溶解システム、タンク又はリザーバーのために必要な異なる流体の好適な体積(単位時間当たり)の導入を制御するための流量計又は他のデバイスを含んでもよい。装置はまた、重量モニタリング要素、例えば、本発明による方法の各ステップにおいて導入される溶液又は活性化合物(溶解溶液、中和溶液、懸濁細胞、圧力下の気体が飽和した液体水性媒体)の量を測定するための異なるタンク又はリザーバーの重量秤を含んでもよい。本発明の装置及び方法により得られる精製の条件及び効率を以下の表1に要約し、表1は、可能な処理条件の概要を示す。
本発明の新たな方法及び装置によりもたらされる利点は多数である。それは単純且つロバストであり、効率的な、再現性のある自動化可能な方法及び装置(又はプラント)が使用され得る。
本発明による方法及び装置の目標は、分離の継続期間を非常に短いもの、好ましくは最大で2時間に保つことである。この目標は、到達及び超越さえされ、完全な分離がわずか約1時間後又はより短い時間後にさえ得られた。
別の目標は、各実行について、粒子がほとんど分離タンク(51)の底部に残らないか、又は細胞溶解混合物中に分散しないロバストな分離(デカンテーション又は清澄化)を得ることである（粒子は清澄化デプスフィルターを急速に詰まらせ、ポンプ送出されるべきではないため）。この目標は、ほぼ全ての粒子が浮遊後に分離(デカンテーション又は清澄化)タンク51の最上部において浮遊しているため達成され、溶解液の清澄化された画分が古典的な重量的分離ステップを用いた場合よりはるかに透明である(濁度が減少している)ため超越さえされる。結果として、より少ないデプスフィルター表面が分離のために必要とされ、これは、より低いコスト、廃棄物、ゾーンにおいて必要とされる空間、操作などを意味する。
追加の目標は、(総)可溶性画分又は清澄化相の回収を増進することであるが、これもまた、沈殿層中に失われる可溶性画分又は清澄化相がここでは気体、例えば、空気により置換され、この沈殿層がこの可溶性画分又は清澄化相の中に浸漬するのではなくその上に浮遊するため、達成される。回収される可溶性画分又は清澄化相の体積は、従って、10%～15%増加している。
本発明の新たな方法及び装置の更なる目標は、あらゆる規模について少なくとも同じ処理継続期間(約4時間より短い)を保ちながら、好ましくは流速を増加させることにより、大量の細胞ペレットを処理すること、及び大量(kg)の精製された目的の染色体外核酸配列の回収を得ることである。
本発明の新たな方法及び装置の更なる目標は、あらゆる規模について少なくとも同じ処理継続期間(約4時間より短い)を保ちながら、好ましくは流速を増加させることにより、大量の細胞ペレットを処理すること、及び大量(kg)の精製された目的の染色体外核酸配列の回収を得ることである。
本発明者らはまた、溶解気体を含む液体水性媒体ではなく気泡の、分離タンク51に含有される細胞溶解混合物への直接注入を試験した。しかしながら、気泡の注入は、泡が最上部に上昇することに起因して下から上への運動を生成し、従って、細胞溶解混合物から回収されるべき染色体外核酸配列の不純物及び夾雑物を含有する沈殿層との可溶性画分の混合を生成する。この混合並びに可溶性画分又は清澄化相中の回収されるべき染色体外核酸配列の夾雑物を含む綿状物及び他の固体粒子の導入は、この可溶性画分の回収、そしてまた染色体外核酸配列の精製の効率を低減する。
他方、本発明による方法及び装置において、細胞溶解混合物への溶解気体を含む液体水性媒体の注入は、有利には、細胞溶解混合物の可溶性画分の上に浮遊する綿状物から作られた沈殿層により夾雑されていない、又はほぼ夾雑されていない可溶性画分又は清澄化相の完全な又はほぼ完全な回収を可能とする。
加えて、本発明による方法及び装置は、泡サイズを低減するために必要な気体注入フリット又は他の微小多孔性材料を含有しない。そのようなデバイスは、沈殿した粒子により非常に詰まりやすく、洗浄可能性が乏しいためにバッチ間の交差夾雑の重要な原因でもある。本発明による方法及び装置の設計は、細胞溶解液の可溶性画分(又は清澄化相)の回収後に、その更なる使用のために、分離(デカンテーション又は清澄化)手段、特に分離タンク51の、場合によりこの分離タンク51への注入パイプ53から又は他のチュービング要素からの洗浄液の注入を通じた、急速且つ効率的なその後の洗浄を可能とする。
溶解後に、沈殿物は、細胞溶解液の液相(可溶性画分又は清澄化相)に類似した密度を有する。それにもかかわらず、それらは多くの場合に、出発試薬に溶解した少量の気体に由来する、それらにくっついた少数の微小気泡に起因して分離タンクの最上部に非常に緩徐に上昇する傾向がある。現況技術の刊行物において提案されるような、溶解処理の間の連続的な気泡の添加は、この浮遊効果を助けるために泡の量を増加させる方法である。他方、現況技術の方法において、沈殿物への泡の結合強度は非常に低いので、混合運動又は撹拌は沈殿物から泡を容易にはがして、浮遊効果を壊し、それらを再び沈めさせる。
連続的な溶解システムの排出口において、溶解液は分離タンクに送られなければならず、分離タンクにおいて、綿状物101又は粒子100(回収されるべき目的の配列の不純物から作られている)から作られた沈殿物は可溶性画分から分離される。細胞溶解液が底部(細胞溶解液に浸漬された排出口)に送られる場合及び現況技術において提案されるように気泡が溶解の間に連続的に添加される場合、それらの気泡は排出口のすぐ上で急速に上昇し(水族館における空気ポンプのように)、細胞溶解液内で上昇流を生じさせ、沈殿物が分離タンクの最上部に正確に落ち着くことを妨げる混合運動をもたらす。細胞溶解液が分離タンクの最上部に送られる場合、それもまた、既に浮遊を開始した粒子100の最上層内での混合運動を生成し、それらを溶液中に押し戻して、浮遊効果の一部を壊す。これらの混合運動は、溶解処理の間の泡の連続的な添加を必要とする現況技術の欠点の1つである。別の欠点は、処理の連続的な性質から来る。沈殿物を含む新たな細胞溶解液及び泡は、以前に生成された細胞溶解液を既に含有し、既に澄み始めた分離タンクに連続的に添加される。これは、分離タンク中の処理の不均質性に繋がる。
本発明は、溶解が終了し、分離タンク51が満たされた場合に、「静的方式」において浮遊を行うことによりこれらの混合運動及び処理の不均質性を回避するための解決策をもたらす。圧力下での溶解気体を含む液体水性媒体の注入は、同時に全細胞溶解液体積の処理を可能とする。気体の代わりに液体が注入されるので、それは処理する全体積に急速に混合される。注入の直後に、分離タンクは大気圧にあるという事実に起因して、圧力下で液体媒体中(即ち、液相中)に溶解した気体は、主に核生成中心の役割を果たす粒子と接触して、気相に戻る。従って、微小気泡は沈殿物にくっつき、全ての粒子は直線的に分離タンク51の最上部に同時に上昇して、互いを同じ方向に押す。これは強いプランジャー効果を生成し、上にある粒子は下にあるものにより細胞溶解液の可溶性画分の外に更に押し出される。このプランジャー効果ははるかに高い分離効率をもたらす。処理後に、粒子のほとんどは分離タンク51の最上部において分離されているだけでなく、液相の外に押し出されるか、又は溶解気体で飽和した液体媒体の注入に由来する気体が、粒子間の空間に以前に捕捉された液体細胞溶解液を置換し、沈殿層(101)を押すことで、回収の収率を顕著に増加させる。これは、以下の表2及び比較用の図6及び7内に示される(適用された本発明の浮遊方法での体積増加102及び適用された現況技術の重量的方法を用いて得られた残留粒子100を参照)。
最後に、本発明は、圧力下の溶解気体を有する水性液体媒体の逐次的な注入が、分離された粒子を再び分散させることなく行われるように設計される。各逐次的な注入は、細胞溶解液中に残る微小粒子の量を減少させ、清澄化を容易にする。
Claims (23)
- 細胞から染色体外核酸を得る方法であって、
b)細胞懸濁液を溶解媒体と混合することにより細胞を崩壊させて溶解した細胞を形成するステップ、
c)前記溶解した細胞に中和溶液を添加することにより溶解した細胞を中和して、可溶性画分及び沈殿物を含む細胞溶解混合物を製造するステップ、
e)ステップc)から得られた細胞溶解混合物を収集するステップ、
f)分離タンク中で細胞溶解混合物の目的の染色体外核酸を含む可溶性画分を沈殿物から分離するステップ、並びに
g)目的の染色体外核酸を含む分離された可溶性画分を回収するステップ
を含み、
分離ステップf)が、大気圧より高い圧力下で液体水性媒体に気体を溶解した後に、溶解気体を含む液体水性媒体を、分離タンクに含有される細胞溶解混合物中に注入することを含む、方法。 - 細胞から染色体外核酸を得る方法であって、
b)細胞懸濁液を溶解媒体と混合することにより細胞を崩壊させて溶解した細胞を形成するステップ、
c)前記溶解した細胞に中和溶液を添加することにより溶解した細胞を中和して、可溶性画分及び沈殿物を含む細胞溶解混合物を製造するステップ、
d)細胞溶解混合物を1つ以上の塩を含有する溶液と混合することにより、目的の染色体外核酸の夾雑物を更に沈殿させるステップであって、塩が、CaCl 2 、MgCl 2 、ZnCl 2 、SrCl 2 、BaCl 2 、LiCl、酢酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム及び硫酸マグネシウム又はその混合物からなる群から選択される、ステップ、
e)ステップd)から得られた細胞溶解混合物を収集するステップ、
f)分離タンク中で細胞溶解混合物の目的の染色体外核酸を含む可溶性画分を沈殿物から分離するステップ、並びに
g)目的の染色体外核酸を含む分離された可溶性画分を回収するステップ
を含み、
分離ステップf)が、大気圧より高い圧力下で液体水性媒体に気体を溶解した後に、溶解気体を含む液体水性媒体を、分離タンクに含有される細胞溶解混合物中に注入することを含む、方法。 - ステップb)の前に、a)目的の染色体外核酸を含む細胞を培養するステップをさらに含む、請求項1又は2に記載の方法。
- 中和溶液が、酢酸/酢酸塩溶液から構成される、請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
- 気体が、少なくとも2bargの圧力下での気体バブリングにより液体水性媒体に溶解される、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 溶解気体を含む液体水性媒体が、細胞溶解混合物の体積に対して、0.2%～25%v/vの間、0.5%～15%v/vの間、又は1%～10%v/vの間に含まれる体積量において細胞溶解混合物に注入される、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 溶解気体を含む液体水性媒体が、少なくとも2bargの圧力下で細胞溶解混合物に注入され、細胞溶解混合物が分離タンク中で大気圧にある、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 細胞溶解混合物に注入される溶解気体を含む液体水性媒体が気体で飽和している、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
- 溶解気体を含む液体水性媒体が分離タンクの底部に向けて下方に注入される、請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。
- 溶解気体を含む液体水性媒体の注入が単回の注入であるか、又は逐次的な注入である、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 中和溶液を用いるステップc)における溶解した細胞の中和がスタティックミキサーにより行われ、混合線速度が100cm/分に等しい又はそれより高い、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 溶解媒体が、NaOH及び洗浄剤の混合により、及び/又はスタティックミキサーを使用して、得られる、請求項1から11のいずれか一項に記載の方法。
- 洗浄剤が、ドデシル硫酸ナトリウム(SDS)である、請求項12に記載の方法。
- 請求項1から13のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置であって、
- 溶解媒体の構成成分を含有する1つ以上のタンク(2、3)を含み、出口(10)を含む調製ユニット(1)、
- 目的の染色体外核酸を有する細胞を含有する細胞懸濁液タンク(25)を含み、入口(21)及び出口(26)を更に含み、入口(21)が細胞懸濁液タンク及び調製ユニット(1)の出口(10)と流体接続されている、細胞溶解ユニット(20)、
- 中和媒体タンク(31)、入口(34)及び出口(37)を含み、入口(34)が中和媒体タンク(31)及び細胞溶解ユニット(20)の出口(26)と流体接続されている、細胞溶解混合物を生成するための中和ユニット(30)、
- 中和ユニット(30)の出口(37)に流体接続された入口を有する分離タンク(51)を含む、細胞溶解混合物を収集するための分離ユニット(50)、並びに
- 大気圧より高い圧力において液体水性媒体に気体を溶解するための手段を含む、溶解気体を含む液体水性媒体を分離タンク(51)に含有される細胞溶解混合物中に注入するための注入ユニット(70)
を含む、装置。 - 溶解気体を有する液体水性媒体を注入するための手段が、分離タンク(51)の底表面(58)に向けて配された排出口(54)を有する少なくとも1つの注入パイプ(53)を含む、請求項14に記載の装置。
- 注入パイプ(53)が排出ノズル(54)を含み、注入パイプ(53)の内径とその排出ノズル(54)の直径との比が少なくとも2である、請求項15に記載の装置。
- 液体水性媒体を注入するための手段が、分離タンク(51)の全高(56)の1/6～5/6の間に含まれる、タンク底部(58)からの高さ(57)、又は全高(56)の1/4～2/4の間に含まれる、タンク底部(58)からの高さにおいて分離タンク(51)に含有される細胞溶解混合物中に液体水性媒体を注入するように配されている、請求項14から16のいずれか一項に記載の装置。
- 液体水性媒体に気体を溶解するための手段が、液体水性媒体タンク(72)、及び液体水性媒体タンク(72)中に気体をバブリングするためのバブリングデバイス(74)を含む、請求項14から17のいずれか一項に記載の装置。
- バブリングデバイス(74)が、2bargより高い又はそれに等しい、2barg～50bargの間、又は3barg～25bargの間の圧力において、液体水性媒体タンク(72)中に気体を注入するように構成されている、請求項18に記載の装置。
- バブリングデバイスが、少なくとも2bargの圧力下に液体水性媒体タンク(72)を保つように構成されている、請求項18又は19に記載の装置。
- 注入ユニット(70)が、溶解気体を有する液体水性媒体を分離タンク(51)に含有される細胞溶解混合物中に間欠的に注入するように構成されている、請求項14から20のいずれか一項に記載の装置。
- 中和ユニット(30)と分離ユニット(50)との間に、二価イオン塩溶液タンク(44)、入口(45)及び出口(46)を含む沈殿ユニット(40)を更に含み、前記沈殿ユニットの入口(45)が、中和された細胞溶解液を受け入れるために中和ユニット(30)の出口(37)と流体連通しており、二価イオン塩溶液タンク(44)と連結しており、沈殿ユニットの出口(46)が分離ユニット(50)と流体連通している、請求項14から21のいずれか一項に記載の装置。
- 調製ユニット(1)、細胞溶解ユニット(20)、中和ユニット(30)及び/又は沈殿ユニット(40)が1つ以上のスタティックミキサー(9、22、35、41)を含む、請求項14から22のいずれか一項に記載の装置。
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