JP7445429B2 - 抗体の精製法 - Google Patents

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Description

本発明は、そのいくつかの実施形態において、抗体を精製するための方法およびキットに関する。
現在、モノクローナル抗体(mAb’)は、治療薬として最も一般的に使用されている組換えタンパク質である。2012年には、米国で最大の販売クラスの生物製剤であった。1リットルあたりわずかなミリグラムからかなり多いグラムの濃度へそれらの発現レベルが劇的に増加することは、一部が必要とされる何百キログラムからトン単位の量と共に、複合的な混合物からmAbを効率的に捕捉できる業界での精製方法の継続的な課題を提起する。これは通常、最初の捕捉ステップとしてProAクロマトグラフィーにより達成され、通常、ホストDNA、ウイルス混入物、浸出ProAの大部分を除去しながら、高い回収率(約95%)、純度(>95%)をもたらす。
これらの顕著な特徴により、ProAクロマトグラフィーは抗体製造のゴールドスタンダードになった。しかし、ProA樹脂は非親和性高分子支持体(イオン交換体など)に比べてコストが高いため、より経済的な代替品を開発する動機がある。この動機は、現在および将来のグローバルなバイオテクノロジーの需要(つまり、年間数百トンの精製mAb)が開発中の様々な治療用mAbを表し、すべてが様々な癌、自己免疫および炎症性疾患を対象とすることを考慮するときにさらに正当化される。
ProAの使用、および一般的なクロマトグラフィー戦略は、mAb’の工業的精製に固有の「生産性のボトルネック」であり、総製造コストの最大80%を占める可能性があり、したがって(a)リガンドとしてのProAおよび/または(b)主要な捕捉ステップとしてのクロマトグラフィーを必要としない抗体捕捉方法を将来の医薬品のニーズに対する魅力的な代替手段にすると主張されている。
背景技術には、Patchornick et al., Bioconjugate Chemistry, 2013, Volume 24, pages 1270-1275; Guse et al., J.Chromatogr A.(1994) 661, 13-23; Manske et al., J.Immunol Methods (1997) 2008, 65-73; Follman and Fahrner J.Chromatogr A.(2004) 1024, 79-85およびGhosh and Wang, J.Chromatogr A.(2006) 1107, 104-109が含まれる。
Patchornick et al., Bioconjugate Chemistry, 2013, Volume 24, pages 1270-1275 Guse et al., J.Chromatogr A.(1994) 661, 13-23 Manske et al., J.Immunol Methods (1997) 2008, 65-73 Follman and Fahrner J.Chromatogr A.(2004) 1024, 79-85 Ghosh and Wang, J.Chromatogr A.(2006) 1107, 104-109
抗体精製の新しい概念が明らかになった。ヒト免疫グロブリンG(hIgG)およびマウスIgGは、非イオン性界面活性剤、金属イオンおよび疎水性キレート剤の凝集体にほぼ定量的に(デンシトメトリーにより約95%)分配されるが、非IgGタンパク質の大部分(デンシトメトリーにより>85%)が(すなわち、不純物が)拒否される。このプロセスは、キレート剤と金属の存在に依存しているため、非常に特異的であった。凝集体に吸着されるまたは埋め込まれる抗体は、凝集体の溶解を伴わずに抽出することができ、より純度の高いIgGの調製(デンシトメトリーにより約95%)に至る。含まれるプロセスの全体的な収率:IgGの分配と抽出範囲は、約40~46%(デンシトメトリーによる)。円偏光二色性分光法(CD)は、抽出されたhIgGの二次構造の保存を示した。
本発明のいくつかの実施形態の態様によれば、抗体を単離する方法が提供され、この方法は以下を含む:
(a)疎水性キレート剤、非イオン性界面活性剤および金属イオンを含む凝集体を生成するために、疎水性キレート剤、該非イオン性界面活性剤および金属イオンを接触させるステップ、および
(b)凝集体への抗体の分配を可能にする条件下で、凝集体を、抗体を含む培地と接触させ、それにより抗体を単離するステップ。
本発明のいくつかの実施形態の態様によれば、疎水性キレート剤、非イオン性界面活性剤、pHが3~6の緩衝液および金属イオンを含むキットが提供される。
本発明のいくつかの実施形態の態様によれば、疎水性キレート剤、ポリソルベートサーファクタントおよび金属イオンを含むキットが提供される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、培地は細胞溶解物を含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、細胞溶解物は全細胞溶解物である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、細胞溶解物は、約2ミクロンより大きいオルガネラを欠いている。
本発明のいくつかの実施形態によれば、ステップ(b)の条件は、100mM未満の塩レベルを有することを含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、この方法は、ステップ(b)の後に抗体を可溶化することをさらに含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、可溶化は、3~6の間のpHを有する緩衝液で達成される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、可溶化は、3.8~4の間のpHを有する緩衝液で達成される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、緩衝液はさらに塩を含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、キットはさらに、3~6の間のpHを有する緩衝液を含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、緩衝液はカルボン酸緩衝液である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、カルボン酸緩衝液は、イソロイシン、バリン、グリシンおよび酢酸ナトリウムからなる群から選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、緩衝液はアミノ酸を含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、非イオン性界面活性剤はポリソルベートサーファクタントである。
本発明のいくつかの実施形態によれば、ポリソルベートサーファクタントは、ポリソルベート20、ポリソルベート40、ポリソルベート60およびポリソルベート80からなる群から選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、疎水性キレート剤は、8-ヒドロキシキノリンを含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、疎水性キレート剤はフェナントロリンを含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、フェナントロリンは、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)メタンアミド)(Phen-C1)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)エタンアミド)(Phen-C2)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)プロパンアミド)(Phen-C3)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)ブタンアミド)(Phen-C4)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)ペンタンアミド)(Phen-C5)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)ヘキサンアミド)(Phen-C6)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)ヘプタンアミド)(Phen-C7)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)オクタンアミド)(Phen-C8)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)ノナンアミド)(Phen-C9)および、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)デカンアミド)(Phen-C10)からなる群から選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、フェナントロリンは、バソフェナントロリン、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)ヘキサンアミド)(Phen-6)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)デカンアミド)(Phen-C10)、およびN-(1,10-フェナントロリン-5-yl)オクタンアミド)(Phen-C8)からなる群から選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、フェナントロリンはバソフェナントロリンである。
本発明のいくつかの実施形態によれば、金属イオンは二価金属イオンである。
本発明のいくつかの実施形態によれば、二価金属イオンは、Zn2+、Fe2+、Mn2+、Ni2+およびCo2+からなる群から選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、二価金属イオンは、Zn2+およびFe2+からなる群から選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、疎水性キレート剤は、約0.1%から約10%(v/v)の範囲の濃度で水溶液中に存在する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、培地はハイブリドーマ培地を含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、培地は血清アルブミンを含む。
本発明のいくつかの実施形態によれば、金属イオンは、約0.1%~約10%(v/v)の範囲の濃度で水性物中に存在する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、細胞溶解物は細菌細胞に由来する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、細胞溶解物は哺乳動物細胞に由来する。
本発明のいくつかの実施形態によれば、哺乳動物細胞はチャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO)である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、抗体はヒト化抗体である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、抗体は組換え抗体である。
本発明のいくつかの実施形態によれば、抗体は、IgA、IgD、IgE、IgMおよびIgGからなる群から選択される。
本発明のいくつかの実施形態によれば、IgGはIgG1、IgG2、IgG3またはIgG4である。
特に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および/または科学用語は、本発明が関係する当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと類似または同等の方法および材料を本発明の実施形態の実施または試験に使用することができるが、例示的な方法および/または材料を以下に記載する。矛盾する場合、定義を含む特許明細書が支配する。さらに、材料、方法、および例は単なる例示であり、必ずしも限定することを意図するものではない。
本明細書では、本発明のいくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照して説明する。ここで図面を詳細に具体的に参照すると、示されている詳細は例としてであり、本発明の実施形態の例示的な説明の目的のためであることが強調される。これに関して、図面と共に得られる説明は、本発明の実施形態がどのように実施され得るかを当業者に明らかにする。
図1は、本発明の実施形態による、本明細書で開示される方法の概略図である。非イオン性界面活性剤で構成されるミセルは、Fe2+イオンの存在下で疎水性キレート剤および特異的クラスターとのインキュベーションにより人工ミセルに変換され、それにより[金属:キレート剤]複合体によって相互接続されたミセル凝集体を形成する。抗体はミセル凝集体に分配されるが、他のより親水性の高いタンパク質は分配されない。界面活性剤凝集体を無傷に保つ定められた条件下で、標的IgGのさらなる抽出が達成される。 図2A-図2Dは、光学顕微鏡検査とクライオTEM分析の効果を示す写真である。図2Aは、光学顕微鏡法:[(バソフェナントロリン)3:Fe2+]赤色複合体を介して結合したTween-20ミセルである。図2Bは、図2Aと同様だがFe2+非存在下の対照実験である。図2Cは、クライオTEMで、[(バソフェナントロリン)3:Fe2+]複合体を介して結合するTween-20ミセルである。図2Dは、Tween-20ミセルのみを含む対照実験(黒い点)である。 図3A-3Cは、SDS-PAGE分析の結果を示す写真である。図3Aは、プロセスの実行可能性と金属およびキレート剤への依存である。レーン1:大腸菌溶解物;レーン2:標的hIgG;レーン3:[(バソフェナントロリン)3:Fe2+]複合体の存在下でのペレット組成;レーン4~5:レーン3と同様だが、それぞれキレート剤と金属が存在しない;レーン6:タンパク質を添加しないTween-20凝集体。レーン3のアスタリスクは、タンパク質を含まない染色されたTween-20凝集体を示している。ゲルはクーマシー染色されている。図3Bは、hIgGの精製に対するイオン強度の効果である。レーン3~8において、hIgGの精製は、指定されたNaClの濃度で実施された。図3Cは、マウスIgGの精製に対するイオン強度の効果である。レーン3~8において、図3Bと同様である。 図4A-図4Cは、異なる二価金属陽イオンの存在下でのプロセス効率を示している。図4Aは、異なる二価金属陽イオンの存在下でのプロセス効率を示している:レーン1:大腸菌溶解物;レーン2:標的hIgG;レーン3:[(バソフェナントロリン)3:Fe2+]複合体の存在下でのペレット組成;レーン4~5:レーン3と同様だが、それぞれZn2+およびNi2+が存在する。図4Bは、合成された1,10-フェナントロリン誘導体の存在下でのプロセス効率である。レーン1:大腸菌溶解物;レーン2:標的hIgG;レーン3~6:各々バソフェナントロリン、Phen-C10、Phen-C8およびPhen-C6の存在下でのペレット組成。図4Cは、使用したキレート剤の化学構造である。ゲルはクーマシー染色されている。 図5A-図5Bは、一般的に使用される大規模mAb精製プロセスの概略図(図5A)およびTween-20凝集体を利用する代替ルートの概略図(図5B)である。UFとDFは、それぞれ限外ろ過と透析ろ過を表す。 図6A-図6Cは、SDS-PAGEおよびCD分析を示している。図6Aは、Tween-20凝集体からのhIgGの抽出である。レーン1:大腸菌溶解物;レーン2:標的hIgG;レーン3~8:示された緩衝液および塩濃度とのインキュベーション後の上清組成。図6Bは、図6Aと同様だが、マウスIgGの存在下である。ゲルはクーマシー染色されている。図6Cは、20mMのNaCl中の50mMのAcOH(pH4.6)の存在下でTween-20凝集体から抽出されたhIgGのCD分析である。 図7A-図7Dは、無血清培地でのヒトおよびマウスIgGの精製に対するBSAの効果を示している。図7Aは、ヒトIgG(hIgG)の捕捉である:レーン1:hIgGおよびBSA;レーン2~10:Tween-20凝集体をhIgG(1mg/ml)とインキュベートした後に得られたペレット組成物で、実験の部において記載されている無血清培地のBSA濃度を示している。図7Bは、実験の部において説明されているように、pH3.8で50mMのイソロイシンとゲルA-I(レーン2~10)で生成された対応するペレットをインキュベートした後の上清組成である。図7Cは、図7Aに記載されているのと同様であるが、マウスIgGの存在下である。 図7Dは、図7Aに記載されているのと同様であるが、マウスIgGの存在下である。文字:HとLは、それぞれ標的抗体の還元された重鎖と軽鎖を表す。文字Aは、界面活性剤凝集バンドを指している。ゲルはクーマシー染色されている。 図8A-図8Eは、抽出緩衝液の効率、円偏光二色性分析、およびDLS分析を示している。図8Aは、hIgG抽出に対する緩衝液組成の効果である。レーン1:hIgGおよびBSA;レーン2:実験の部で説明したように、Tween-20凝集体をhIgG(1mg/ml)およびBSA(0.5mg/ml)と無血清培地でインキュベートした後得られたペレット組成物。レーン3~9:実験の部で説明されているように、pH3.8の指定されたアミノ酸を含む緩衝液で、レーン2に示された条件下で生成されたペレットからhIgGを抽出した後の上清組成。文字:HとLは、それぞれ標的抗体の還元された重鎖と軽鎖を表す。文字Aは、界面活性剤凝集バンドを指している。ゲルはクーマシー染色されている。図8Bは、Tween-20凝集体で精製し、pH3.8の指定緩衝液で抽出したヒトおよびマウスIgG(点線)と、対して、対照として機能させて精製は行っていない同一のIgG(黒い線)の動的光散乱(DLS)分析である。 図8Cは、Tween-20凝集体で精製し、pH3.8の指定緩衝液で抽出したヒトおよびマウスIgG(点線)と、対して、対照として機能させて精製は行っていない同一のIgG(黒い線)の動的光散乱(DLS)分析である。図8Dは、円偏光二色性(CD)の吸収である。対照(未処理)のhIgGが直線精製したhIgGが点線である。図8Eは、図8Dと同様であるが、マウスIgGを使用する。 図9A-図9Bは、抽出されたIgGのELISA分析である。ウサギ(naked)またはヒツジ(ビオチン化)に由来するポリクローナル抗BSA IgGを、提示された精製方法にかけ、pH3.8で指定されたアミノ酸緩衝液(50mM)でTween-20凝集体から32℃(5分)で抽出した。これらの精製された抗体がBSA上の標的エピトープに結合する能力は、材料と方法に記載されているELISAアッセイによって判定された。提示されたデータは、少なくとも12の独立した実験に依存している。 図10A-図10Bは、Tween-20凝集体によるIgMの精製である。図10Aは、IgM捕捉の特異度である。レーン1:hIgG;レーン2:BSA;レーン3:ウシポリクローナルIgM;レーン4:IgM+BSA混合物(総使用量);レーン5:IgM+BSA混合物を[Tween-20:batho:Fe2+]凝集体とインキュベートし、上清を除去した後のペレット組成。アスタリスクは、染色されたTween-20凝集体を指す;レーン6~7:レーン5と同様であるが、それぞれキレート剤(バソ)のみまたは金属(Fe2+)のみ存在しない;レーン8:追加タンパク質を含まない[Tween-20:batho:Fe2+]凝集体で構成されるペレット。図10Bは、IgM抽出である。レーン1:hIgG;レーン2:ウシポリクローナルIgM;レーン3:IgMを[Tween-20:batho:Fe2+]凝集体とインキュベートし、上清を除去した後のペレット組成。アスタリスクは、染色されたTween-20凝集体を指す。レーン4~7:指定された尿素濃度のpH3でIgMを含むTween-20ペレットをインキュベートした後の上清組成。両方のゲルはクーマシー染色されている。
本発明は、そのいくつかの実施形態において、抗体を精製するための方法およびキットに関する。特に、この方法は、一般的なリガンドであるプロテインA(ProA)を使用せずに抗体を捕捉する代替経路に関するものである。
本発明の少なくとも1つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その適用において、以下の説明に記載されるか実施例によって例示される詳細に必ずしも限定されないことを理解されたい。本発明は、他の実施形態が可能であり、または様々な方法で実施または実行することができる。
抗体の精製では、通常、最初の捕捉ステップとしてプロテインA(proA)クロマトグラフィーを使用する。ただし、proAクロマトグラフィーは非常に高価であり、「生産性のボトルネック」を生み出す。
したがって、本発明者らは、IgGを精製するための代替物を探した。抗体は非常に親水性であるが、本発明者らは驚くべきことに、通常疎水性タンパク質の単離に使用される共役Tween-20(ポリソルベート20)ミセルも、抗体の単離に一般的に使用されるProAカラムの代替として使用できることを発見した。本発明者らの実験結果は、非イオン性界面活性剤Tween-20で構成されるミセルが、疎水性の[(バソフェナントロリン)3:Fe2+]赤色複合体の存在下で特異的に結合し、顆粒状赤色沈殿物をもたらせることを示している(図2A)。ミセル共役は、金属(図2B)もキレート剤(図示せず)も存在しない場合には発生しないため、非常に特異的であることがわかった。クライオTEMによる赤色の凝集体の分析は、[(バソフェナントロリン)3:Fe2+]複合体が様々な凝集形態をもたらすことを示しているが、その一部はサイズが100nm(図2C)に達し、複合体の非存在下ではミセルの分散は単分散のように見える(図2D)。これらの結果は、[(バソフェナントロリン)3:Fe2+]複合体のミセルクラスタリングを誘発する能力の直接的な証拠を提供する。
IgGの精製を実証するために、大腸菌溶解物中の標的ヒトIgGの混合物(人工汚染バックグラウンドとして機能した)を、事前に形成されたTween-20凝集体に加えた。5分間のインキュベーション後、混合物を遠心分離し、上清に存在する不純物を廃棄した。SDS-PAGEによるペレットの分析により、還元された重鎖と軽鎖の存在が明らかになった(図3A、レーン3)。さらに、システム(図3A、レーン1)に存在する不純物の大部分はペレット(図3A、レーン3)に存在せず、IgG以外の水溶性タンパク質(平均してIgGよりも極性が高い)は、Tween-20凝集体とは結合しないが、抗体分子は結合するという仮説と一致した。
プロセスの一般性を実証するために、本発明者らは、ポリクローナルマウスIgGによるIgG分配挙動の依存性も研究し(図3C)、非常に類似したパターンを発見した。異なる生物学的起源(ヒトおよびマウス)からのIgGがTween-20凝集体に効率的に分配されるという事実は、本精製戦略が標的IgGの特定のアミノ酸配列に依存しない可能性があることを意味する。これはひいては、各治療用モノクローナル抗体のための特定の精製プロトコルを開発する必要性を回避し、したがって、標準化された精製プラットフォームが達成され得る。
2つの代表的な緩衝系(NaOAcはpH4.6で、GlyはpH4)は、Tween-20凝集体からhIgGおよびマウスIgGを抽出する能力を実証し、一方凝集体の溶解と疎水性不純物の同時抽出を大幅に抑制した(図6A~図6B)。hIgGの二次構造の保存を円偏光二色性(CD)で調べた(図6C)。CD分析は、精製hIgGの二次構造に顕著な変化が生じなかったことを示している(図6C)。
他の緩衝系も、Tween-20凝集体からhIgGおよびマウスIgGを抽出できることが示された-図8Aを参照。
本発明をさらに実施する一方で、本発明者らは、精製戦略を使用して、ハイブリドーマ無血清培地から抗体を精製することもできることを示した(図7A~7D)。
本発明者らの抗体は、精製後も活性を維持した(図9A~9Bを参照)。
さらに、本発明者らは、精製プロトコルが単量体抗体(IgG)だけでなく、五量体抗体(IgM)にも有効であることを示した-図10A~10Bを参照。
ここで紹介する精製戦略には、いくつかの固有の利点がある。(A)原材料コストの削減。(B)特定のリガンドが関与していないため、リガンド変性による精製収率の低下は無関係である。(C)アフィニティカラムの限られた容量(現在30g/L)は、カラムとアフィニティ樹脂の使用に依存していないため、現在の技術には適用できない。(D)スピード-現在使用されている大規模な抗体精製プロセスは1~2日を要す。1つ(または2つ)のクロマトグラフィーステップを削除すると、全体の精製時間が大幅に短縮され、それによって生産効率が大幅に短縮される可能性がある。
したがって、本発明の第1の態様によれば、抗体を単離する方法が提供され、この方法は以下を含む:
(a)疎水性キレート剤、非イオン性界面活性剤および金属イオンを含む凝集体を生成するために、疎水性キレート剤、非イオン性界面活性剤および金属イオンを接触させるステップ、および
(b)凝集体への抗体の分配を可能にする条件下で、凝集体を、抗体を含む培地と接触させ、それにより抗体を単離するステップ。
本発明で使用される「抗体」という用語は、抗原のエピトープへの結合ができる、無傷の分子およびその機能的断片(Fab、F(ab’)2、Fv、scFv、dsFvなど、またはVHおよびVLなどの単一ドメイン分子)を含む。
本発明によって企図される適切な抗体断片には、免疫グロブリン軽鎖の相補性決定領域(CDR)(本明細書では「軽鎖」と呼ばれる)、免疫グロブリン重鎖の相補性決定領域(本明細書では「重鎖」と呼ばれる)、軽鎖の可変領域、重鎖の可変領域、軽鎖、重鎖、Fd断片、およびFv、単鎖Fv(scFv)、ジスルフィド安定化Fv(dsFv)、Fab、Fab’、およびF(ab’)2などの軽鎖と重鎖の両方の本質的に完全な可変領域を含む抗体断片を含む。
本明細書で使用される「相補性決定領域」または「CDR」という用語は、重鎖および軽鎖ポリペプチドの可変領域内に見られる抗原結合領域を指すために互換的に使用される。一般に、抗体は、VHのそれぞれに3つのCDR(CDR HIまたはHI;CDR H2またはH2;およびCDR H3またはH3)とVLのそれぞれに3つ(CDR LIまたはLI;CDR L2またはL2;およびCDR L3またはL3)を含む。
可変領域またはCDRを構成する特定の抗体のアミノ酸残基の同一性は、当技術分野で周知の方法を使用して決定することができ、Kabatらによって定義された配列可変性(例えば、Kabat et al., 1992, Sequences of Proteins of Immunological Interest, 5th ed., Public Health Service, NIH, Washington D.C.を参照)、Chothiaらによって定義された構造ループ領域の位置(例えば、Chothia et al., Nature 342:877-883, 1989を参照)、オックスフォード・モレキュラーのAbM抗体モデリングソフトウェア(現在のAccelrys(商標)、Martin et al., 1989, Proc.Natl Acad Sci USA.86:9268;およびworld wide web site www(dot)bioinf-org(dot)uk/abs参照)、コンタクト定義で定義された利用可能な複雑な結晶構造(MacCallum et al., J.Mol.Biol. 262:732-745 1996参照)、および「立体配座の定義」(例えば、Makabe et al., Journal of Biological Chemistry, 283:1156-1166, 2008を参照)などの方法を含むことができる。
本明細書で使用される場合、「可変領域」および「CDR」は、アプローチの組み合わせを含む、当技術分野で公知の任意のアプローチによって定義される可変領域およびCDRを指し得る。
軽鎖と重鎖の両方の完全可変領域または本質的に完全可変領域を含む機能的抗体断片は、以下のように定義される;
(i)Fv、2本の鎖として表される軽鎖の可変領域(VL)と重鎖の可変領域(VH)からなる遺伝子操作された断片として定義される;
(ii)単鎖Fv(「scFv」)、軽鎖の可変領域および重鎖の可変領域を含む遺伝子操作された単鎖分子であり、遺伝子融合単鎖分子として適切なポリペプチドリンカーによって連結されている。
(iii)ジスルフィド安定化Fv(「dsFv」)、軽鎖の可変領域および重鎖の可変領域を含む遺伝子操作された抗体、遺伝子操作されたジスルフィド結合によって連結された。
(iv)Fab、抗体全体を酵素パパインで処理して、無傷の軽鎖と、可変およびそのCH1ドメインからなる重鎖のFd断片を生成することにより得られる抗体分子の一価抗原結合部分を含む抗体分子の断片;
(v)Fab’抗体全体を酵素ペプシンで処理し、その後還元することにより取得できる抗体分子の一価の抗原結合部分を含む抗体分子の断片(抗体分子あたり2つのFab’断片が得られる);
(vi)F(ab’)2、抗体全体を酵素ペプシンで処理することにより得られる抗体分子の一価抗原結合部分を含む抗体分子の断片(すなわち、2つのジスルフィド結合により一緒に保持されたFab’断片の二量体);および
(vii)単一ドメイン抗体またはナノボディは、抗原に対して十分な親和性を示す単一のVHまたはVLドメインで構成されている。
一実施形態では、抗体はポリクローナル抗体である。
別の実施形態では、抗体はモノクローナル抗体である。
なおさらなる実施形態では、抗体は組換え抗体である。
さらなる実施形態では、抗体はヒト化抗体である。
なおさらなる実施形態において、抗体はIgA、IgD、IgEおよびIgG(例えば、IgG1、IgG2、IgG3またはIgG4)である。
さらなる態様において、抗体はIgMである。
ポリクローナルおよびモノクローナル抗体ならびにその断片を産生する方法は当技術分野で周知である(例えば,Harlow and Lane,Antibodies:A Laboratory Manual,Cold Spring Harbor Laboratory,New York,1988、参照により本明細書に組み込まれる)。
本発明のいくつかの実施形態による抗体断片は、抗体のタンパク質分解加水分解によって、または断片をコードするDNAの大腸菌または哺乳動物細胞(例えば、チャイニーズハムスター卵巣細胞培養または他のタンパク質発現系)における発現によって、調製することができる。抗体断片は、従来の方法による抗体全体のペプシンまたはパパインの消化によって取得できる。例えば、抗体断片は、F(ab’)2と呼ばれる5S断片を提供するペプシンを伴う抗体の酵素的な切断によって生成することができる。この断片は、チオール還元剤、および任意でジスルフィド結合の切断から生じるスルフヒドリル基のブロック基を使用してさらに切断し、3.5S Fab’一価断片を生成することができる。あるいは、ペプシンを使用した酵素による切断から、2つの一価Fab’断片とFc断片が直接生成される。
これらの方法は、例えば、Goldenberg、米国特許第4,036,945号明細書および第4,331,647号明細書、およびそれに含まれる参考文献に記載されている。これらの特許は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。Porter、R.R.[Biochem.J.73:119-126(1959)]も参照されたい。断片が無傷の抗体によって認識される抗原に結合する限り、重鎖を分離して一価の軽・重鎖断片を形成するなどの、抗体を切断する他の方法、断片のさらなる切断、または他の酵素的、化学的、または遺伝的手法を使用してもよい。
Fv断片は、VHおよびVL鎖の結合を含む。Inbarらの[Proc.Nat’l Acad.Sci.USA 69:2659-62(19720])に記載されているように、この結合は非共有結合であってよい。あるいは、可変鎖は、分子間ジスルフィド結合によって結合されるか、グルタルアルデヒドなどの化学物質によって架橋され得る。好ましくは、Fv断片は、ペプチドリンカーにより接続されたVH鎖およびVL鎖を含む。これらの単鎖抗原結合タンパク質(sFv)は、オリゴヌクレオチドによって接続されたVHおよびVLドメインをコードするDNA配列を含む構造遺伝子を構築することにより調製される。構造遺伝子は発現ベクターに挿入され、続いて大腸菌などの宿主細胞に導入される。組換え宿主細胞は、2つのVドメインを架橋するリンカーペプチドを伴う単一のポリペプチド鎖を合成する。sFvを生成する方法は、例えば、[Whitlow and Filpula, Methods 2:97-105 (1991); Bird et al., Science 242:423-426 (1988); Pack et al., Bio/Technology 11:1271-77 (1993);および米国特許第4,946,778号明細書に記載されている。これは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
抗体断片の別の形態は、単一の相補性決定領域(CDR)をコードするペプチドである。CDRペプチド(「最小認識ユニット」)は、目的の抗体のCDRをコードする遺伝子を構築することにより取得できる。そのような遺伝子は、例えば、ポリメラーゼ連鎖反応を使用して、抗体産生細胞のRNAから可変領域を合成することにより調製される。例えば、Larrick and Fry [Methods, 2:106-10 (1991)]を参照されたい。
非ヒト(例えばマウス)抗体のヒト化形態は、非ヒト免疫グロブリンに由来する最小配列を含む免疫グロブリン、免疫グロブリン鎖またはその断片(Fv、Fab、Fab’、F(ab’)2または抗体の他の抗原結合部分配列など)のキメラ分子である。
ヒト化抗体には、レシピエントの相補性決定領域(CDR)形成の残基は、所望の特異性、親和性、および能力を有するマウス、ラット、ウサギなどの非ヒト種(ドナー抗体)のCDRから得る残基に置き換えられる。場合によっては、ヒト免疫グロブリンのFvフレームワーク残基は、対応する非ヒト残基に置き換えられる。
ヒト化抗体は、レシピエント抗体にも、インポートされたCDRまたはフレームワーク配列にも見られない残基を含んでもよい。一般に、ヒト化抗体は、少なくとも1つ、典型的には2つの可変ドメインの実質的にすべてを含み、CDR領域のすべてまたは実質的にすべてが非ヒト免疫グロブリンのものに対応し、FR領域のすべてまたは実質的にすべては、ヒト免疫グロブリンコンセンサス配列のものである。ヒト化抗体はまた、免疫グロブリン定常領域(Fc)の少なくとも一部、典型的にはヒト免疫グロブリンのものを最適に含む[Jones et al., Nature, 321:522-525 (1986); Riechmann et al., Nature, 332:323-329 (1988);およびPresta, Curr.Op.Struct.Biol., 2:593-596 (1992)]。
非ヒト抗体をヒト化する方法は、当技術分野で周知である。一般に、ヒト化抗体には、非ヒト由来のソースから1つ以上のアミノ酸残基が導入されている。これらの非ヒトアミノ酸残基は、多くの場合、インポート残基と呼ばれ、通常、インポート可変ドメインから取得される。Winterと同僚の方法に従って、ヒト抗体の対応する配列をげっ歯類のCDRまたはCDR配列に置き換えることにより、ヒト化を本質的に実行することができる[Jones et al., Nature, 321:522-525 (1986); Riechmann et al., Nature 332:323-327 (1988); Verhoeyen et al., Science, 239:1534-1536 (1988)]。したがって、そのようなヒト化抗体はキメラ抗体(米国特許第4,816,567号)であり、無傷のヒト可変ドメインよりも実質的に少ないものが、非ヒト種由来の対応する配列によって置換されている。実際には、ヒト化抗体は、典型的には、いくつかのCDR残基およびおそらくいくつかのFR残基が、げっ歯類の抗体の類似部位から得る残基で置換されているヒト抗体である。ヒト抗体はまた、ファージディスプレイライブラリー[Hoogenboom and Winter, J.Mol.Biol., 227:381 (1991); Marks et al., J.Mol.Biol., 222:581 (1991)]を含む当技術分野で知られている様々な技術を使用して製造することもできる。ColeらおよびBoernerらの技術はまた、ヒトモノクローナル抗体の調製にも利用できる(Cole et al.,Monoclonal Antibodies and Cancer Therapy,Alan R.Liss,p.77(1985)、およびBoerner et al.,J.Immunol.,147(1):86-95(1991)]。
同様に、ヒト抗体は、ヒト免疫グロブリン遺伝子座をトランスジェニック動物、例えば、内因性免疫グロブリン遺伝子が部分的または完全に不活化されたマウスに導入することにより作成できる。挑んでみると、ヒト抗体の産生が観察される。これは、遺伝子再構成、アセンブリ、抗体レパートリーなど、ヒトに見られるものとあらゆる点でよく似ている。このアプローチは、例えば、米国特許第5,545,807号明細書;第5,545,806号明細書;第5,569,825号明細書;第5,625,126号明細書;第5,633,425号明細書;第5,661,016号明細書、および以下の科学出版物:Marks et al., Bio/Technology 10,:779-783 (1992); Lonberg et al., Nature 368:856-859 (1994); Morrison, Nature 368 812-13 (1994); Fishwild et al., Nature Biotechnology 14, 845-51 (1996); Neuberger, Nature Biotechnology 14:826 (1996);およびLonberg and Huszar, Intern.Rev.Immunol.13, 65-93 (1995)に記載されている。
組換え技術を使用する場合、抗体は細胞内、ペリプラズム空間で産生されるか、培地に直接分泌され得る。抗体が細胞内で産生される場合、最初のステップとして、宿主細胞または溶解細胞のいずれかの粒子状の破片を、例えば遠心分離または限外ろ過により除去することができる。抗体が培地に分泌される場合、そのような発現システムからの上清は、市販のタンパク質濃縮フィルター、例えば、Amicon(商標)またはMillipore Pellicon(商標)限外ろ過ユニットを使用して最初に濃縮できる。
細胞の溶解は、機械的せん断、浸透圧ショック、または酵素処理など、様々な方法で実行できる。そのような破壊は、細胞の内容物全体をホモジネートに放出し、さらに、サイズが小さいために除去が困難な細胞内断片を生成する。これらは通常、分画遠心法またはろ過によって除去される。抗体が分泌される場合、そのような発現システムからの上清は、一般に、市販のタンパク質濃縮フィルター、例えば、Amicon(商標)またはMillipore Pellicon(商標)限外ろ過ユニットを使用して最初に濃縮される。抗体が培地に分泌される場合、組換え宿主細胞は、例えば接線流ろ過によって、細胞培養培地から単離することもできる。
本明細書で使用される「細胞溶解物」という用語は、抗体を含む細胞生物学的材料の水溶液を指し、細胞のかなりの部分の細胞性物質が破壊され、その内部成分が放出される。
一実施形態では、細胞溶解物は全細胞から調製される。
全細胞溶解物の場合、細胞膜の破壊に続いて、細胞溶解物を処理して、約2ミクロンを超える細胞小器官(例えば細胞核)を除去できることが理解されよう。したがって、例えば、細胞溶解物から細胞核を沈殿させるために、細胞溶解物全体を遠心分離してもよい。例示的な遠心分離条件には、500~1000xgで1~5分(例えば985xgで2分)が含まれる。
細胞溶解物は、抗体を発現する任意の細胞から調製され得る。細胞は、真核生物(例えば、哺乳類、植物、真菌)または原核生物(細菌)であり得る。
一実施形態では、細胞は抗体をその細胞質に分泌する。
細胞は、抗体を発現するように遺伝的に改変されていてもよい。別の実施形態では、細胞は遺伝子改変されていない。
意図される例示的な細胞には、グラム陰性菌細胞、例えば大腸菌;グラム陽性菌細胞、例えばBacillus brevis、Bacillus subtilis、Bacillus megateriumおよびLactobacilli(例えばLactobacillus zeae/caseiまたはLactobacillus paracasei);酵母細胞、例えばPichia pastoris、Saccharomyces cerevisiae、Hansenula polymorpha、Schizosaccharomyces pombe、Schwanniomyces occidentalis、Kluyveromyces lactis、およびYarrowia lipolytica;糸状菌、例えばTrichodermaおよびAspergillus;昆虫細胞;哺乳類細胞、例えばチャイニーズハムスター卵巣(CHO)細胞および植物細胞を含むがこれらに限定されない。
一実施形態では、細胞は不死化されており、細胞株の一部、例えばハイブリドーマである。上述のように、本発明のこの態様の単離方法は、抗体を含む培地を非イオン性界面活性剤、疎水性キレート剤および金属イオンの凝集体と接触させることにより実施される。
抗体産生細胞を培養するための細胞培地の例には、ハイブリドーマ培地、例えば無血清ハイブリドーマ培地が含まれる。このような培地は、Gibco、Thermo Fisher Scientific、およびSigma-Aldrichなどの企業から簡単に入手できる。
一実施形態では、培地は、ウマ血清アルブミン(HAS)またはウシ血清アルブミン(BSA)などの血清アルブミンを含む。
好ましくは、血清アルブミンは、0.5mg/ml未満の濃度で、例えば0.1~0.5mg/mlの間で存在する。
このステップの前に、任意選択で培地を清澄化することができる。
本明細書で使用する用語「清澄化された」は、宿主細胞および/または細胞の残骸を除去するための遠心分離、精密ろ過および深層ろ過の1つまたは複数を含む固液分離工程を経たサンプル(すなわち細胞懸濁液)を指す。清澄化された発酵ブロスは、細胞培養上清であり得る。清澄化は、一次または初期回復ステップと呼ばれることもあり、通常はクロマトグラフィーまたは同様のステップの前に行われる。
「非イオン性界面活性剤」という用語は、非荷電の親水性頭部を含む界面活性剤を指す。一部の非イオン性界面活性剤は、ポリオキシエチレンまたはグリコシドに基づいている。前者の一般的な例には、Tween、Triton、およびBrijシリーズが含まれる。これらの材料は、エトキシレートまたはPEGlyatesおよびその代謝物、ノニルフェノールとしても知られている。グリコシドは、非荷電親水性頭部として糖を持っている。例には、オクチルチオグルコシドおよびマルトシドが含まれる。HEGAおよびMEGAシリーズの界面活性剤は似ており、頭部として糖アルコールを有している。
特定の実施形態によれば、非イオン性界面活性剤はポリソルベート界面活性剤である。そのような例には、ポリソルベート20、ポリソルベート40、ポリソルベート60およびポリソルベート80が含まれるが、これらに限定されない。
一実施形態では、非イオン性界面活性剤はポリソルベート20である。
本発明によって企図される他の例示的な非イオン性界面活性剤には、プルロニックファミリーに属するもの、例えばF-68およびF-127が含まれる。
本明細書で使用する「キレート剤」という用語は、多座配位子と単一の中心原子との間の2つ以上の別個の配位結合の形成または存在により、溶液から金属イオンを結合する化合物を指す。本発明のこの態様のキレート剤は、単離に使用される金属イオンをキレート化することができる。好ましくは、キレート剤は、金属イオンに静電的に結合(非共有結合)する。特定の実施形態によれば、キレート剤は、キレート剤と金属の比2:1以上で金属イオンをキレート化することができる。
キレート剤の疎水性は、非イオン性界面活性剤の凝集体に分配できるほどのものである。一実施形態では、キレート剤は、非イオン性界面活性剤の凝集体に埋め込むことができる。
一実施形態では、疎水性キレート剤は、少なくとも8個の炭素を(例えば、鎖または環の中に)含み、荷電基を含まない。
いくつかの実施形態では、疎水性キレート剤は8-ヒドロキシキノリンまたはその誘導体である。8-ヒドロキシキノリンの例示的な誘導体には、2-メチル-8-ヒドロキシキノリン(CH3-HQ)、5,7-ジクロロ-2-メチル-8-ヒドロキシキノリン(Cl2-CH3-HQ)、5,7-ジブロモ-8-ヒドロキシキノリン(Br2-HQ)、5-スルホ-7-ヨード-8-ヒドロキシキノリン(フェロン)および5-スルホ-8-ヒドロキシキノリン(SO3H-HQ)が含まれるが、これらに限定されない。
いくつかの実施形態では、疎水性キレート剤はフェナントロリン、例えば1,10-フェナントロリンを含む。親水性置換基で置換されていない他のフェナノトロリンも考えられる。
例示的な疎水性フェナントロリンには、バソフェナントロリンおよびN-(1,10-フェナントロリン-5-イル)アルキルアミドが含まれるが、これらに限定されず、アルキルの長さは長さ1~10個の炭素原子である。例示的なN-(1,10-フェナントロリン-5-イル)アルキルアミド)化合物には、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)メタンアミド)(Phen-C1)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)エタンアミド)(Phen-C2)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)プロパンアミド)(Phen-C3)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)ブタンアミド)(Phen-C4)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)ペンタンアミド)(Phen-C5)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)ヘキサンアミド)(Phen-C6)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)ヘプタンアミド)(Phen-C7)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)オクタンアミド)(Phen-C8)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)ノナンアミド)(Phen-C9)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)デカンアミド)(Phen-C10)が含まれる。
いくつかのそのような実施形態において、フェナントロリンは、バソフェナントロリン、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)ヘキサンアミド)(Phen-6)、N-(1,10-フェナントロリン-5-イル)デカンアミド)(Phen-C10)、およびN-(1,10-フェナントロリン-5-yl)オクタンアミド)(Phen-C8)からなる群から選択される。
本明細書全体を通して、「アルキルアミド」は、-NH-C(=O)-Rを描写し、Rはアルキルである。
「アルキル」という用語は、直鎖および分岐鎖の基を含む飽和脂肪族炭化水素を表す。好ましくは、アルキル基は1~20個の炭素原子の長さである。「1~20」などの数値範囲が本明細書で述べられているときはいつも、アルキル基の場合、基が1個の炭素原子、2個の炭素原子、3個の炭素原子、20個までの炭素原子などを含み得ることを意味する。より好ましくは、アルキルは、1~10個の炭素原子を有する中程度の大きさのアルキルである。アルキル基は置換または非置換であってもよい。置換されているアルキルは1つ以上の置換基を有してもよく、それにより、各置換基は独立して、例えば、アルキル、シクロアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、およびヘテロアリールであり得る。追加の置換基には、キレート剤の機能性が維持されている限り、例えば、ヒドロキシアルキル、トリハロアルキル、ヘテロ脂環式、アミン、ハライド、スルホネート、スルホキシド、ホスホネート、ヒドロキシ、アルコキシ、アリールオキシ、チオヒドロキシ、チオアルコキシ、チオアリールオキシ、シアノ、ニトロ、アゾ、スルホンアミド、C-カルボキシレート、O-カルボキシレート、N-チオカルバメート、O-チオカルバメート、尿素、チオ尿素、N-カルバメート、O-カルバメート、C-アミド、N-アミド、グアニル、グアニジンおよびヒドラジンを有し得る。
一部の実施形態では、フェナントロリンは、Phen-C10またはPhen-C8である。
疎水性キレート剤の追加の例には、酸性有機リンキレート剤、例えばDEHPA、EHEHPAおよびDTMPPA;中性有機リンキレート剤、例えばTBPおよびトリ-n-オクチルホスフィンオキシド(TOPO)、二官能性有機リンキレート剤、例えばCMPOおよびN,N,N’,N’-テトラオクチル-3-オキサメンタンジアミド(TOGDA);塩基性キレート剤、例えばトリ-n-オクチルアミン(TOA)および塩化トリカプリルメチルアンモニウムが含まれる。ヒドロキシオキシム、例えば5,8-ジエチル-7-ヒドロキシ-6-ドデカンオキシムおよび2-ヒドロキシ-5-ノニルアセトフェノンオキシム、クラウンエーテル、例えばジ-t-ブチル-ジシクロヘキサノ-18-クラウン-6、およびジチオセミカルバゾンを含む、当業者に知られている他のキレート剤も使用することができる。
いくつかの実施形態によれば、疎水性キレート剤は、キレート剤20mM溶液の約0.1%から約10%(v/v)、例えば約0.5%から約10%(v/v)、約1%~約10%(v/v)、例えば約5%、約6%、約7%、約8%、約9%、または約10%などの範囲の濃度で水溶液中に存在する。
いくつかの実施形態では、金属イオンは二価金属イオンである。
一部の実施形態では、二価金属イオンは、Zn2+、Fe2+、Mn2+、Ni2+およびCo2+からなる群から選択される。好ましくは、二価金属イオンはZn2+またはFe2+である。
いくつかの実施形態では、金属イオンは、金属イオン50mM溶液の約0.1%から約10%(v/v)、例えば約0.5%から約10%(v/v)、約1%~約10%(v/v)、約5%、約6%、約7%、約8%、約9%、または約10%などの範囲の濃度で水溶液中に存在する。
インキュベーションの条件は、金属イオン、疎水性キレート剤および非イオン性界面活性剤を含む凝集体が形成されるようなものである。
したがって、例えば、凝集体の生成は、典型的には、約0℃~約25℃、より好ましくは約4℃ ~約25℃の温度で実施される。本発明のこの態様の凝集体は、典型的には10~500nM、10~200nM、1~100mMまたは10~100mMである。
凝集体中の塩(例えば、NaCl)の濃度は、典型的には100mM未満であり、より好ましくは50mM未満である。一実施形態では、塩の濃度は、40mM未満、30mM未満、20mM未満、10mM未満、さらには5mM未満である。例示的な範囲には、20~100mM、20~50mM、0~50mM、0~40mM、0~30mM、0~25mM、0~20mMが含まれる。特定の一実施形態では、塩の濃度は約25mMである。
いくつかの実施形態では、非イオン性界面活性剤と疎水性キレート剤との接触は、金属イオンとの接触の前に実施される。
他の実施形態では、非イオン性界面活性剤と疎水性キレート剤との接触は、金属イオンとの接触と同時に行われる。
なおさらなる実施形態において、疎水性キレート剤は、最初に金属イオンと接触し、その後非イオン性界面活性剤と接触する。凝集体が形成されたら、凝集体への抗体(細胞溶解物に存在する)の分配を可能にする条件下で、それらは細胞溶解物と接触する。
これが発生すると(数秒から数時間-例えば5分から1時間)、遠心分離(例えば、超遠心分離)によって複合体の沈殿が促進できるが、場合によっては(例えば、大きな複合体の場合)遠心分離が不要であるか、非常に穏やかな遠心分離を使用できる(溶液をより高密度にするために-例えば、13Kの速度で1~5分間)。
沈殿後、ペレット化された複合体から抗体が放出される、すなわち可溶化される場合がある。
最初に、ペレットを洗浄することができる-例えば、低塩溶液(例えば、50mM以下、例えば、20mMのNaCl溶液)。
抽出は、3~6、より好ましくは3.8~5のpHを有する緩衝液で行うことができる。一実施形態では、緩衝液はカルボン酸緩衝液であり、その例には、酢酸ナトリウムおよびクエン酸ナトリウムが含まれるが、これらに限定されない。酢酸ナトリウムの例示的なpHは約pH4.6である。
別の実施形態では、緩衝液はアミノ酸を含む。一実施形態では、緩衝液は単一のアミノ酸を含む。別の実施形態では、緩衝液は少なくとも2つのアミノ酸を含む。
一実施形態において、アミノ酸は、(i)抗体側鎖と界面活性剤凝集体(例えばバリンまたはイソロイシン)との間の疎水性相互作用;(ii)抗体側鎖と界面活性剤凝集体(アスパラギン酸、グルタミン酸、またはアルギニンなど)との間のイオン結合および/またはH結合相互作用;または(iii)抗体側鎖と界面活性剤凝集体(例えば、ヒスチジン)との間の金属キレート化相互作用について競合できるものである。
特定の実施形態では、アミノ酸緩衝液はグリシン、バリンまたはイソロイシンである。別の実施形態では、アミノ酸緩衝液はイソロイシンである。
アミノ酸緩衝液の例示的なpHは約pH3.8またはpH4である。
サンプルは、抽出を促進する時間、例えば(1~60分)、1分、5分、10分間加熱できる。温度は、抽出された抗体の活性に影響を与えず、界面活性剤の凝集体が溶解しないように選択される。例示的な温度は25~35℃である。特定の実施形態によれば、サンプルは32℃で5分間加熱される。
放出された抗体の純度を高めるために、緩衝液に塩を加えてもよい(例えば、5~50mMのNaClまたは10~20mMのNaCl間)。複合ペレットから放出される抗体の量を増やすために、本発明者らは、塩を含まない緩衝液の使用を想定している。しかし、その場合放出された抗体の純度が損なわれる可能性があることは理解されるであろう。
単離され、必要に応じて可溶化される抗体の意図される用途に応じて、タンパク質(膜または細胞質ゾル)またはそれに結合する薬剤は、さらなる精製工程に供され得る。これは、当技術分野で周知の多くの生化学的方法を使用することにより達成され得る。例には、疎水性相互作用クロマトグラフィー(例えば、フェニルセファロース)での分画、エタノール沈殿、等電点電気泳動、逆相HPLC、シリカクロマトグラフィー、ヘパリンセファロースクロマトグラフィー、陰イオン交換クロマトグラフィー、陽イオン交換クロマトグラフィー、クロマトフォーカシング、SDS-PAGE、硫酸アンモニウム沈殿、ヒドロキシルアパタイトクロマトグラフィー、ゲル電気泳動、透析、ウイルス不活化(ウイルスろ過など)および限外ろ過が含まれるが、これらに限定されない。
追加の精製ステップ(およびそれらが実行され得る順序)の例を図5Bにまとめる。
陰イオン交換クロマトグラフィーは、ジエチルアミノエチル基(DEAE)などの正に帯電した基を含むイオン交換樹脂を使用して、電荷に基づいて物質を分離するプロセスである。溶液では、樹脂は正に帯電した対イオン(陽イオン)でコーティングされている。陰イオン交換樹脂は負に帯電した分子に結合し、対イオンを置き換える。
陽イオン交換クロマトグラフィーは、カルボキシメチル(CM)、スルホエチル(SE)、スルホプロピル(SP)、リン酸(P)およびスルホン酸(S)などの負に帯電した基を含むイオン交換樹脂を使用して、電荷に基づいて物質を分離するプロセスである)。溶液では、樹脂は負に帯電した対イオン(陰イオン)でコーティングされている。陽イオン交換樹脂は、正に帯電した分子に結合し、対イオンを置き換える。
本明細書で使用される「ウイルス不活化」という語句は、特定のサンプル中の外来性エンベロープウイルスの活性の低下(「不活化」)を指す。エンベロープウイルスの活性のそのような減少は、約3対数減少因子(LRF)、好ましくは約4LRF、より好ましくは約5LRF、さらにより好ましくは約6LRF程度であり得る。
熱不活性化(低温殺菌)、pH不活性化、溶媒/界面活性剤処理、UVおよびγ線照射、ならびにβ-プロピオラクトン、または例えば、その全教示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第4,534,972号明細書におけるものなどの銅フェナントロリンなどの特定の化学不活化剤の添加など、ウイルス不活化の様々な方法のいずれか1つまたは複数を使用できる。
pHウイルス不活化の方法には、低pHで一定期間混合物をインキュベートし、その後pHを中和することが含まれるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、混合物は約2~5のpHで、好ましくは約3~4のpHで、より好ましくは約3.6のpHでインキュベートされる。
試料混合物のpHは、クエン酸、酢酸、カプリル酸、または他の適切な酸を含むがこれらに限定されない任意の適切な酸によって低下し得る。pHレベルの選択は、抗体製品と緩衝液成分の安定性プロファイルに大きく依存する。低pHウイルス不活化中の標的抗体の質は、pHおよび低pHインキュベーションの期間に影響されることが知られている。特定の実施形態では、低pHインキュベーションの持続時間は0.5時間から2時間、好ましくは0.5時間から1.5時間であり、より好ましくは持続時間は約1時間である。ウイルスの不活性化は、高濃度での不活性化を制限する可能性のあるタンパク質濃度に加えて、これらの同じパラメーターに依存している。
したがって、タンパク質濃度、pH、および不活性化の持続時間の適切なパラメーターを選択して、ウイルス不活性化の望ましいレベルを達成できる。
特定の実施形態では、ウイルスろ過が実施される。これは、適切なフィルターを使用することで実現できる。適切なフィルターの非限定的な例は、Pall CorporationのUltipor DV50(商標)フィルターである。特定の実施形態では、限定されないが、ザルトリウスフィルター、ビレソルブ(商標)フィルター(Millipore、マサチューセッツ州ビレリカ);Zeta Plus VR(商標)フィルター(CUNO;メリデン、コネチカット州);およびPlanova(商標)フィルター(旭化成ファーマ、Planova Division、Buffalo Grove、111)などの代替フィルターがウイルス不活化に使用される。
限外ろ過については、Microfiltration and Ultrafiltration:Principles and Applications, L.Zeman and A.Zydney (Marcel Dekker, Inc., New York, N.Y., 1996);およびUltrafiltration Handbook, Munir Cheryan (Technomic Publishing, 1986; ISBN No. 87762-456-9))で詳細に説明されている。好ましいろ過プロセスは、「Pharmaceutical Process Filtration Catalogue」 pp.177-202(マサチューセッツ州ベッドフォード、1995/96)と題されたMilliporeのカタログに記載されている接線流ろ過である。限外ろ過は、一般に、平均の大きさが(例えば)50kDa以下のタンパク質の移動を可能にする孔径のフィルターを使用したろ過を意味すると考えられている。そのような小さな孔径を有するフィルターを使用することにより、フィルターの後ろに抗体が保持されている間、サンプル緩衝液がフィルターを透過することにより、サンプルの体積を減らすことができる。
ダイアフィルトレーションは、限外ろ過を使用して、塩、糖、および非水性溶媒を除去および交換し、結合種から分離し、低分子量物質を除去し、および/またはイオンおよび/またはpHの環境を急速に変化させる方法である。限外ろ過の速度にほぼ等しい速度で、限外ろ過される溶液に溶媒を加えることにより、微量の溶質が最も効率的に除去される。これにより、一定量の溶液から微量種が洗浄され、保持された抗体が効果的に精製される。本発明の特定の実施形態では、ダイアフィルトレーションステップを使用して、場合によりさらなるクロマトグラフィーまたは他の精製ステップの前に、本発明に関連して使用される様々な緩衝液を交換し、また抗体から不純物を除去する。
一実施形態では、単離される抗体は結晶化される。
本明細書で使用される「結晶化」という用語は、その原子および頻繁に外部である平面の規則的な繰り返し内部配列を形成するための対象分子の固化を指す。
目的の分子の結晶化を促進するために、当技術分野で知られているいくつかの結晶化アプローチをサンプルに適用することができる。結晶化アプローチの例には、自由界面拡散法[Salemme, F. R.(1972) Arch.Biochem.Biophys.151:533-539]、ハンギングドロップまたはシッティングドロップ法での蒸気拡散(McPherson, A.(1982) Preparation and Analysis of Protein Crystals, John Wiley and Son, New York, pp 82-127)、および液体透析(Bailey, K.(1940) Nature 145:934-935)を含むがそれらに限定されない。
現在、ハンギングドロップ法は、溶液から高分子結晶を成長させるために最も一般的に使用されている方法である。このアプローチは、タンパク質結晶の生成に特に適している。通常、タンパク質溶液を含む液滴はカバースリップにスポットされ、沈殿剤の濃度がより高いリザーバーを含む密閉されたチャンバーに懸濁される。時間が経つにつれて、液滴内の溶液は、液滴から水蒸気を拡散することによりリザーバーと平衡し、それにより、液滴内のタンパク質と沈殿剤の濃度が徐々に増加し、ひいてはタンパク質の沈殿または結晶化が生じる。
別の実施形態では、タンパク質は2Dゲル電気泳動にかけられる。
抗体の精製に使用される薬剤はキットとして提供されてもよい。
したがって、本発明のさらに別の態様によれば、疎水性キレート剤、金属イオン、非イオン性界面活性剤、および3~6の間のpHを有する緩衝液を含むタンパク質を精製するためのキットが提供される。
これらの構成要素は、本明細書で上記に説明されている。
別の構成において、キットは、疎水性キレート剤、ポリソルベートサーファクタントおよび金属イオンを含んでもよい。
疎水性キレート剤は、金属イオンとは別の容器に包装することが好ましい。
キットはまた、プロテアーゼ阻害剤を含んでもよい。
プロテアーゼ阻害剤には、セリンプロテアーゼ阻害剤、システインプロテアーゼ阻害剤、アスパラギン酸プロテアーゼ阻害剤、およびメタロプロテアーゼ阻害剤が含まれる。
一実施形態では、キットは、少なくとも2つ、少なくとも3つ、少なくとも4つ、少なくとも5つ、少なくとも6つのプロテアーゼ阻害剤を含む。
プロテアーゼ阻害剤の例には、AEBSF、ベスタチン、E-64、ペプスタチンA、ホスホラミドン、ロイペプチンおよびアプロチニンが含まれるが、これらに限定されない。
プロテアーゼ阻害剤は、個別にまたは単一の容器に(すなわち、カクテルとして)パッケージ化されてもよい。
プロテアーゼ阻害剤カクテルは、例えばSigma Aldrichから市販されている。
好ましくは、本発明のこの態様のキットの容器はラベルを含む。適切な容器には、例えば、ボトル、バイアル、シリンジ、および試験管が含まれる。容器は、ガラスまたはプラスチックなどの様々な材料から形成されてもよい。
加えて、安定剤、緩衝液、遮断剤などの他の添加剤も加えてもよい。
この出願から満了する特許の存続期間中に、多くの関連する疎水性キレート剤が開発されることが予想される。疎水性キレート剤という用語の範囲は、すべてのそのような新技術を先験的に含むことが意図される。
本明細書で使用される「約」という用語は、±10%を指す。
用語「含む(comprises)」、「含む(comprising)」、「含む(includes)」、「含む(including)」、「有する(having)」およびそれらの結合は、「含むが限定されない」ことを意味する。
「からなる」という用語は、「含んで限定される」ことを意味する。
「から本質的になる」という用語は、組成物、方法または構造が追加の成分、ステップおよび/または部品を含むことができるが、追加の成分、ステップおよび/または部品がクレームされる組成物、方法、または構造の基本的および新規の特性を実質的に変更しない場合のみを含み得ることを意味する。
本明細書で使用される単数形「a」、「an」、および「the」は、文脈からそうでないことが明確に示されない限り、複数の言及を含む。例えば、用語「化合物」または「少なくとも1つの化合物」は、それらの混合物を含む複数の化合物を含み得る。
本出願を通して、本発明の様々な実施形態は、範囲形式で提示され得る。範囲形式での説明は単に便宜上および簡潔にするためのものであり、本発明の範囲に対する柔軟性のない制限として解釈されるべきではないことを理解されたい。したがって、範囲の説明は、すべての可能な部分範囲およびその範囲内の個々の数値を具体的に開示したと見なされるべきである。例えば、1~6などの範囲の説明は、1~3、1~4、1~5、2~4、2~6、3~6などの副次的な範囲およびその範囲内の個々の番号、例えば1、2、3、4、5、6を具体的に開示していると見なされるべきである。これは、範囲の幅に関係なく適用される。
本明細書で使用される「方法」という用語は、化学、薬理学、生物学、生化学および医学の実務家により公知であるか、公知の様式、方法、手段、技術および処置から容易に開発される様式、手段、技術、および手順を含むがこれらに限定されない、所与のタスクを達成するための様式、手段、技術、および手順を指す。
明確にするため別個の実施形態の文脈で説明されている本発明の特定の特徴は単一の実施形態に組み合わせて提供することもできることは分かるであろう。逆に、簡潔にするために単一の実施形態の文脈で説明される本発明の様々な特徴は、別個に、または任意の適切なサブコンビネーションで、または本発明の他の説明された実施形態で適切に提供されてもよい。様々な実施形態の文脈で説明される特定の特徴は、実施形態がそれらの要素なしで動作不能でない限り、それらの実施形態の本質的な特徴と見なされるべきではない。
本明細書の上記で詳述され、以下の特許請求の範囲で請求される本発明の様々な実施形態および態様は、以下の実施例で実験的裏付けを見出す。
ここで、以下の実施例を参照するが、これらの実施例は、上記の説明とともに、本発明のいくつかの実施形態を非限定的な方法で説明するものである。
一般に、本明細書で使用される命名法および本発明で利用される実験室手順には、分子、生化学、微生物学および組換えDNA技術が含まれる。そのような技術は文献で徹底的に説明されている。例えば、“Molecular Cloning:A laboratory Manual” Sambrook et al., (1989); “Current Protocols in Molecular Biology” Volumes I-III Ausubel, R.M., ed.(1994); Ausubel et al., “Current Protocols in Molecular Biology”, John Wiley and Sons, Baltimore, Maryland (1989); Perbal, “A Practical Guide to Molecular Cloning”, John Wiley & Sons, New York (1988); Watson et al., “Recombinant DNA”, Scientific American Books, New York; Birren et al.(eds) “Genome Analysis:A Laboratory Manual Series”, Vols.1-4, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York (1998);米国特許第4,666,828号明細書;第4,683,202号明細書;第4,801,531号明細書;第5,192,659号明細書および第5,272,057号明細書; “Cell Biology:A Laboratory Handbook”, Volumes I-III Cellis, J.E., ed.(1994); “Culture of Animal Cells - A Manual of Basic Technique” by Freshney, Wiley-Liss, N.Y.(1994), Third Edition; “Current Protocols in Immunology” Volumes I-III Coligan J.E., ed.(1994); Stites et al.(eds), “Basic and Clinical Immunology” (8th Edition), Appleton & Lange, Norwalk, CT (1994); Mishell and Shiigi (eds), “Selected Methods in Cellular Immunology”, W.H.Freeman and Co., New York (1980)にて記載されている方法論を参照されたい;米国特許第3,791,932号明細書;第3,839,153号明細書;第3,850,752号明細書;第3,850,578号明細書;第3,853,987号明細書;第3,867,517号明細書;第3,879,262号明細書;第3,901,654号明細書;第3,935,074号明細書;第3,984,533号明細書;第3,996,345号明細書;第4,034,074号明細書;第4,098,876号明細書;第4,879,219号明細書;第5,011,771号明細書、および第5,281,521号明細書;“Oligonucleotide Synthesis” Gait, M.J., ed.(1984); “Nucleic Acid Hybridization” Hames, B.D., and Higgins S.J., eds.(1985); “Transcription and Translation” Hames, B.D., and Higgins S.J., eds.(1984); “Animal Cell Culture” Freshney, R.I., ed.(1986); “Immobilized Cells and Enzymes” IRL Press, (1986); “A Practical Guide to Molecular Cloning” Perbal, B., (1984) and “Methods in Enzymology” Vol.1-317, Academic Press; “PCR Protocols:A Guide To Methods And Applications”, Academic Press, San Diego, CA (1990); Marshak et al., “Strategies for Protein Purification and Characterization - A Laboratory Course Manual” CSHL Press (1996)などの特許および科学文献に利用可能なイムノアッセイが広範囲に記載されており、参照されたい;これらはすべて、ここに完全に記載されているかのように参照により組み込まれている。他の一般的な参考文献は、この文書全体で提示されている。その中の手順は、当技術分野で周知であると考えられ、読者の便宜のために提供される。ここに含まれるすべての情報は、参照により本明細書に組み込まれる。
材料および方法
材料:Tween-20(ポリソルベート20)、マウスIgG、バソフェナトロリン、NaCl、FeSO4、ZnCl2、NiBr2はSigma-Aldrich(ミズーリ州セントルイス)から入手した。ヒトIgGは、米国ミズーリ州セントルイスのLeeBiosolutions製であった。
Tween-20凝集体の調製:Tween-20凝集体は、等量の培地AとBを混合することで得られた:培地Aは、10μLの疎水性キレート剤バソフェナントロリン(メタノール中20mM)を、90μLの0.25mMのTween-20に加え、激しくボルテックスしながら、最終的な体積を100μLにすることにより調製した。次に、激しくボルテックスしながら、20mMのNaCl中の1mMのFeSO4から構成される等体積の培地Bを、培地Aに加えた。
Tween-20凝集体によるhIgGおよびマウスIgGの精製:大腸菌溶解物(5μL)および標的IgG(5μL)を含む混合物を、事前に形成されたTween-20凝集体に加え、室温(または4℃)で5分間インキュベートした。遠心分離(13K、2分間)を適用し、上清を廃棄し、ペレットを100μLの冷20mMのNaClで簡単に洗浄した。ペレットをサンプル緩衝液の存在下で溶解し、SDS-PAGEで分析した。
Tween-20凝集体からのIgGの抽出:標的IgGを含むTween-20ペレットを記載のように生成し、さらに50μLの、50mMのNaOA(pH4.6)/20mMのNaClまたは50mMのGly(pH4)/20mMのNaClのいずれかとインキュベートした。5~10分後、室温(または4℃)でサンプルを中和し、ゲルに充填するか、CDで分析した。
光学顕微鏡検査:画像は、オリンパスU-TV1X-2デジタルカメラを備えたオリンパスCX-40光学顕微鏡を使用して得られた。
クライオTEM分析:クライオTEMのサンプル(10μl)は、制御された環境のガラス化システム(CEVS)で調製し、25℃および飽和状態で平衡化した。ガラス化した試料は、120kVで動作するFEI T12 G2 TEMで検査された。前述のように、低線量条件下で画像を記録した。[27、28]クライオTEM画像の測定は、ImageJ(imagej(dot)nih(dot)gov)ソフトウェアを使用してなされた。
円偏光二色性(CD)分光法:上記のようにTween-20凝集体から抽出された抗体を、Chirascan CD分光計(Applied Photophysics)を使用してCD分析にかけた。CDスペクトルは、波長の関数として左右の円偏光[θ=3300°(AL-AR)20]の吸光度の差に比例する楕円率θを報告する。クォーツ1×1cmというパスの長さのキュベットを使用した。CDスペクトルは、20℃で、1nmのステップで、1nmの帯域幅分解能で記録された。CDスペクトルは、対応する緩衝液の参照スペクトルを差し引くことでベースラインの歪みを補正した。
デンシトメトリー:クーマシー染色ゲルに存在するバンドは、EZQuantプログラムを使用して定量化した。
結果
Tween-20ミセルの結合:Tween-20ミセルを含む水溶液への疎水性キレート剤:バソフェナントロリンの添加に続いて、水相のメディエーターとして機能するFe2+イオンを加えた。室温で数分間インキュベートした後、赤い粒状沈殿物の形で相分離が観察された(図2A)。Fe2+の非存在下での対照実験は、細長い微結晶をもたらした-おそらく疎水性キレート剤:バソフェナントロリンで構成されていた(図2B)。キレート剤のみ、またはキレート剤と金属の両方の非存在下での追加の対照は、いずれの相分離をも誘発しなかった(つまり、示されていないが、下降は明確である)。結果の赤い凝集体をクライオTEMで分析すると、界面活性剤と金属(図2Cの暗いスポット)が不規則な形状とサイズの濃縮された凝集体を生成することが示された(図2C)が、対照実験では、[(バソフェナントロリン)3:Fe2+]疎水性複合体がなく、ミセルは均一に分布し、相分離は観察されなかった(図2D)。
プロセスの特異度と低イオン強度への依存:結合したTween-20ミセル(すなわち、Tween-20凝集体)とのhIgGの短いインキュベーション(5分)、その後の短い遠心分離ステップ(13K、2分)により、凝縮した赤いペレットに至り、効率的な上清除去を可能にする。ペレットのSDS-PAGE分析により、ペレットには重鎖と軽鎖が減少していることが示された(図3A、レーン3)。さらに、システム内に存在していた不純物の大部分(デンシトメトリーで>85%)は、ペレットにない(図3Aのレーン1と3を比較されたい)。キレート剤のみまたは金属のみの非存在下での対照実験では、還元された重鎖および軽鎖の量が大幅に減少した(それぞれ図3A、レーン4~5)。タンパク質を含まないTween-20凝集体(不純物またはIgG)もクーマシーで染色され(図3A、レーン6)、レーン3のゲルの前面で観察されたバンドに移動した(アスタリスクを参照)。
イオン強度の効果を図3Bに示す。比較的低い塩濃度(例えば、20mMのNaCl)では、hIgGの捕捉が効率的である(図3B、レーン3~4)が、高い塩濃度(50~500mM)では、プロセス効率は次第に抑制される(図3B、レーン5~8)ことがわかった。イオン強度の増加に伴う重鎖と軽鎖の両方の減少は、界面活性剤凝集体を表すバンドにも適用されることがわかった(図3B、レーン4~8)。標的IgGがマウス由来の場合も、同様の結果と一般的な強度の傾向が観察された(図3C)。
他の金属および疎水性キレート剤への適用性:3つのバソフェナントロリン部分を並行して結合することが知られている2つの追加イオン(つまりZn2+およびNi2+)も同様に研究された。Zn2+で得られた結果はFe2+で得られた結果と非常に似ていたが、Ni2+イオンはFe2+またはZn2+に比べて収率が低くなった(図4A、レーン3~5)。キレート剤の疎水性部分の変化は、深遠な効果を持つことがわかった。市販のバソフェナントロリン(図4C)で、2つのフェニル基の代わりに6、8または10の炭素鎖を含む3つの合成1,10-フェナントロリン類似体を使用することは、プロセスの収率が劇的に低下することを示している(図4B、レーン3~6)。
Tween-20凝集体からのhIgGおよびマウスIgGの抽出;CD分析:2つの異なる緩衝系:50mMのNaOAc(pH4.6)または50mMのGly(pH4)を使用して、Tween-20凝集体から標的hIgG(またはマウスIgG)を抽出した。NaClの存在は、抽出効率に大きく影響することがわかった。NaClが存在しない場合、上清には抗体と界面活性剤の凝集体が含まれ、両方の緩衝液が検証された(図6A、レーン3および6)。しかし、10~20mMのNaClの添加は、Tween-20凝集体の水溶性を大幅に抑制し、同時に、抗体の濃度を低下させた(図6A、レーン4~5および7~8)。デンシトメトリー測定により、NaOAc(pH4.6)またはGly(pH4)を使用した場合のプロセスの全体的な収率(すなわち分配および抽出)は、それぞれ約42~46%と約40~46%の範囲で、凝集体の溶解は最小であった(示さず)。
マウスIgGの一般的な傾向は類似していた(図6B)。ここでも、NaClの存在はTween-20凝集体の水溶性を抑制したが、抽出収率はhIgGで得られたものよりも低く、NaOAc緩衝液で28~15%、Gly緩衝液で22~13%の範囲であった(図6B)。
Tween-20凝集プロセスにかけられたhIgGから得られたCDスペクトルは、精製された抗体の二次構造に有意な変化を示していない(図6C)。
考察
この研究では、一般的に使用されるProAカラムの代替として、共役Tween-20ミセルでIgGを精製する可能性を探る。実験結果は、非イオン性界面活性剤Tween-20(ポリソルベート20)で構成されるミセルが、疎水性の[(バソフェナントロリン)3:Fe2+]赤色複合体の存在下で特異的に結合し、顆粒状赤色沈殿物をもたらせることを示している(図2A)。ミセル共役は、金属(図2B)もキレート剤(図示せず)も存在しない場合には発生しないため、非常に特異的であることがわかった。Fe2+の非存在下では、疎水性キレート剤の結晶が観察される(図2B)。クライオTEMによる赤色の凝集体の分析は[(バソフェナントロリン)3:Fe2+]複合体が様々な凝集形態をもたらすことを示しているが、その一部はサイズが100nm(図2C)に達し、複合体の非存在下ではミセルの分散は単分散のように見える(図2D)。これらの結果は、[(バソフェナントロリン)3:Fe2+]複合体のミセルクラスタリングを誘発する能力の直接的な証拠を提供する。
IgGの精製を実証するために、大腸菌溶解物中の標的IgGの混合物(人工汚染バックグラウンドとして機能した)を、事前に形成されたTween-20凝集体に加えた。5分のインキュベーション後、混合物を遠心分離し、上清に存在する不純物を廃棄した。SDS-PAGEによるペレットの分析により、還元された重鎖と軽鎖の存在が明らかになった(図3A、レーン3)。これは、複合的な混合物からhIgGを捕捉するTween-20凝集体の能力の最初の指標であった。さらに、システム(図3A、レーン1)に存在する不純物の大部分はペレット(図3A、レーン3)に存在せず、IgG以外の水溶性タンパク質(平均してIgGよりも極性が高い)は、Tween-20凝集体とは結合しないが、抗体分子は結合するという仮説と一致した。
キレート剤と金属へのプロセスの依存性は、図3Aのレーン4と5に示されている。キレート剤のみがない場合、重鎖と軽鎖に対応するバンドの強度は劇的に減少する(図3A、レーン4)。同様の結果は、金属のみが存在しない場合にも観察された(図3A、レーン5)。両方の発見は、金属またはキレート剤が存在しない場合、hIgGが自然に分配される界面活性剤凝集体が生成されないことを示唆しており、プロセス効率の劇的な低下を説明している(図3A、レーン4~5)。予想外のバンドがレーン3のゲルの前面に現れた(図3A、レーン3のアスタリスクを参照)。このバンドはペレットに由来するように見えたが、大腸菌溶解物(図3A、レーン1)または標的hIgG(図3A、レーン2)には現れない。したがって、タンパク質を含まないTween-20凝集体がゲルに充填されるまで、その同一性は不明であった(図3A、レーン6)。これらの凝集体は、クーマシー色素で染色され、レーン3で観察されたバンドのように移動することがわかった。これらすべての結果は、非IgGタンパク質の大部分が上清に残っているあいだの、[(バソフェナントロリン)3:Fe2+]複合体の必須要件と、IgGを捕捉するTween-20凝集体の能力を示している。
プロセスの最適化中に、イオン強度が収率に劇的な影響を与えることが明らかになった。低イオン強度(0~20mM)ではプロセスは非常に効率的であった(図3B、レーン4)が、塩濃度が高くなるとプロセスは次第に非効率になった(図3B、レーン5~8)。
この傾向は、塩濃度の関数としての重鎖(または軽鎖)に対応するバンドの強度を比較すると明確に見られる(図3B、レーン4~8)。この現象は、様々な塩濃度での界面活性剤凝集体の挙動を分析することで説明できる。Tween-20凝集体は、20mMのNaClを添加すると最小の水溶性になり(図3B、レーン4)、500mMのNaClが存在していると最大の水溶性になる(図3B、レーン8)。この挙動は、低および高イオン強度でそれぞれ高および低hIgG回収率が得られる理由を説明できる。したがって、プロセスの有効性(すなわち、hIgG捕捉の収率)とTween-20凝集体の水溶性との間の単純な相関関係が見つかった。
プロセスの潜在的な一般性を実証するために、本発明者らは、ポリクローナルマウスIgGによるIgG分配挙動の依存性も研究し(図3C)、非常に類似したパターンを発見した。異なる生物学的起源(ヒトおよびマウス)からのIgGがTween-20凝集体に効率的に分配されるという事実は、当精製戦略が標的IgGの特定のアミノ酸配列に依存しない可能性があることを意味する。これはひいては、各治療用モノクローナル抗体のための特定の精製プロトコルを開発する必要性を回避し、したがって、標準化された精製プラットフォームが達成され得る。Fe2+イオンをZn2+に置換すると、純度と収率に関して同様の結果が得られた(図4A、レーン4)。一方、Ni2+イオンの使用は効率が低いようであった(図4A、レーン5)。Zn2+イオンがFe2+によって得られる結果と同様の結果を生成するという事実は、可能性のある成分の範囲を広げるので有望である。ただし、市販のキレート剤:バソフェナントロリンを、6、8、および10の炭素テールを含む3つの合成1,10-フェナントロリンアナログのPhen-C10、Phen-C8、およびPhen-C6(図4C)のいずれかと交換すると、長いアルキルのテールに対するバソフェナントロリンの2つのフェニル基の利点が強調された。
デンシトメトリー測定により、hIgGまたはマウスIgGのTween-20凝集体への分配収率(理想的な塩条件下)が本質的に定量的(約95%)であることが示されているため、このような凝集体は治療グレードのmAbの大規模なダウンストリーム処理で概して使用されるProAカラムの可変代替物を提供し得る(図5A)と論じることができる。実際にProAカラムを式から削除してTween-20凝集体に置き換えることができる場合(図5B)、IgGが凝集体に分配された後、不純物の大部分を含む上清が除去され、ペレットが溶解でき、次いで標的mAbが最終仕上げステップとして、一般的に使用される2つのイオン交換体にさらされる(図5B)。
明らかに、3つの従来のクロマトグラフィーステップの1つ(つまり、ProAカラム)を除去すると、mAbの生成が促進され、したがって精製プロセス全体の費用対効果が向上すると予想される。この理論的根拠に続いて、本発明者らは、生産効率をさらに高めるので、3つのうちの2つのクロマトグラフィーステップ、すなわちイオン交換の1つを同様に除去することが可能かどうかを検討した。そのような目的は、図3A~図3Cおよび4A~図4Cに提示されているものよりも大幅に高い純度のIgG製剤を生成できる場合にのみ考慮することができる。したがって、本発明者らは、界面活性剤凝集体の溶解および/または凝集体中に存在する可能性のある疎水性実体の抽出を並行して抑制する一方で、Tween-20凝集体に埋め込まれたIgGを新鮮な緩衝液に抽出する可能性を評価した。
2つの緩衝系(NaOAcはpH4.6で、GlyはpH4)は、Tween-20凝集体からhIgGおよびマウスIgGを抽出する能力を実証し、一方凝集体の溶解と疎水性不純物の同時抽出を大幅に抑制した(図6A~図6B)。Tween-20凝集体の水溶性に対するNaCl濃度の劇的な効果が再び観察された。hIgGを含むペレットを、NaClを加えずに50mMのNaOAc(pH4.6)とインキュベートした場合、上清には比較的純粋なIgGが含まれていたが、溶解したTween-20凝集体もかなり含まれていた(図6A、レーン3)。10mMのNaClの添加により、界面活性剤凝集体の溶解性が大幅に抑制されたが、同時に上清中のhIgGの濃度が減少した(図6A、レーン4)。塩をさらに添加すると、界面活性剤の溶解が完全になくなるように見えたが、hIgGの回収率は低くなった(図6A、レーン5)。緩衝系がGly(pH4)で構成されている場合、回収率の向上が観察された(図6A、レーン8)。
デンシトメトリー測定により、NaOAcまたはGly緩衝液のいずれかを使用した2つのステップ(つまり、分配と抽出)の全体的な収率が40~46%の範囲にあることが示される。これらの値は、上清にミセル凝集体が存在する証拠がない状態を表している。(例えば)レーン8で抽出されたhIgGの純度は、レーン2の純度と同等である。後者は99%を超える純度(製造元による)を表すため、抽出効率をさらに向上させることができれば、クロマトグラフィーなしでProAを使用せずに、大幅に高い純度を達成できることを意味する。これにより、現在使用されている3つのステップのうち2つのクロマトグラフィーステップを削除する道が開かれる可能性がある。低い抽出効率がマウスIgGで観察された(図6B)。ただし、マウスIgGを含むTween-20凝集体の水溶性に対する塩濃度の全般的な影響は、hIgGで得られたものと同様であった。
hIgGの二次構造の保存を円偏光二色性(CD)で調べた(図6C)。CD分析は、精製hIgGの二次構造に顕著な変化が生じなかったことを示している(図6C)。
結論
ProAをリガンドとして使用せずにIgGを精製できる2つの潜在的な非クロマトグラフィープロセスが提示された。Tween-20凝集体への抗体の自発的な分配とそれに続く凝集体の溶解により、高収率と低純度が得られるが、短い抽出ステップの後、低回収率と高純度が達成される。この戦略は、標的抗体の特定の配列に依存しないようであり、したがって標準化された精製プラットフォームを提供する可能性がある。Tween-20凝集体の粒状のテクスチャーにより、(例えば)ろ過が可能になり、したがって連続精製プロセスでのプロセスの実装が可能になると予想される。
無血清培地でのヒトおよびマウスIgGの精製
大腸菌溶解物の存在下での最適化試験の完了により、ハイブリドーマ無血清培地でのこの方法の実施に向けた道が開かれた。hIgGとマウスIgGの両方がTween-20ペレットで観察された。(図7Aおよび7C)(標的IgGに加えて)0.5mg/mlよりも高い濃度のBSAまたはHSAを含めると、凝集体内のアルブミン濃度の増加に伴い、IgGの結合が徐々に抑制されることがわかった。(図7Aおよび7C)。
特に重要なのは、BSAの著しい共抽出や凝集体の溶解なしに、ヒトおよびマウスIgGが50mMのイソロイシン(pH3.8)を含むTween-20凝集体から抽出できるという発見であった(図7Bおよび7D:レーン3~4)。より高いBSA濃度(≧0.5mg/ml)では、抽出されたIgGにアルブミンが観察された(図7Bおよび7D:レーン5~10)。BSAをHSAに置き換えた場合にも、同様の結果が観察された(示さず)。
最適な条件下で、IgG捕捉の収率は、hIgG/BSAで80~90%、マウスIgG/BSAで76~79%、hIgG/BSAで67~55%、マウスIgG/HSAで75~78%の範囲であった。以下の表1に要約されている。
Figure 0007445429000001
抽出緩衝液、円偏光二色性(CD)および動的光散乱(DLS)
様々なアミノ酸(すべてpH3.8)で構成される抽出緩衝液を研究した。最高の回収率が得られたのは、Gly、Val、またはIle緩衝液(図8A:レーン3~5)で、一方ArgまたはHis緩衝液は効率が低いことがわかった(図8A:レーン6~7)。AspまたはGlu緩衝液の使用により、部分的な凝集体の溶解が促進された。(図8A:レーン8~9、ゲル前面のバンドを参照)。
32℃でのインキュベーションは、低温(4~19℃、図示せず)と比較して最高の抽出収率をもたらし、治療用mAbは高温(例えば37℃、pH4.5)およびより長いインキュベーション時間(1~4日)での科学的な改変を経ることが報告されているため、懸念を表明しないように思われた。
動的光散乱(DLS)測定では、精製IgGと対照IgGのサイズのいずれかの変化や、IgGより大きい粒子の存在は示されなかった(図8Bおよび8C)。これらの結果が3つの抽出緩衝液と2つのIgG集団(ヒトおよびマウス)で繰り返されたという事実は、凝集体の溶解を伴わずにIgGの抽出が達成できることを示唆している。
Tween-20凝集体で精製し、Gly緩衝液で抽出したhIgGのCDスペクトルとそうでないもの(すなわち、対照hIgG)のCDスペクトルの比較は、両方のスペクトルが非常に類似しており、IgGの顕著な二次構造を表していることを示している(すなわち、-218nmで負の吸収を持つアンチ平行ベータシート[18])[19]で、以前の報告[20]と一致している(図8D)。同様のスペクトルがマウスIgGでも得られたため(図8E)、提示された精製アプローチは穏やかであり、検証したIgGの二次構造が保存されていることが示唆される。
IgG特異性の保存(ELISAアッセイ)
精製プロセスの終了時のIgG特異性の保存は、BSAを認識する2種類のポリクローナル抗体(Sheep&Rabbit)で研究された。これらのAbのそれぞれは、Tween-20凝集体(HSAを含みBSAを含まず、BSAをシステムから除去する)で精製され、7つの研究された緩衝液のそれぞれで(一度に1つ)抽出され、最終的に、ELISAアッセイで標的:BSAに結合する能力について検証された。観察されたELISAシグナルの違い(図9A~図9B)は、hIgGとマウスIgGで観察された抽出効率の違いを反映している。抽出緩衝液がAspまたはGluで構成されている場合に、最高のシグナルが得られた。これらの所見は、AspおよびGlu緩衝液が部分的な凝集体の溶解を誘導することが示された以前の説明と一致しており(図8A:レーン8~9)、強いELISAシグナルを即時に説明する高いIgGの濃度に至る(図9A~図9B)。
Tween-20凝集体によるIgMの精製
材料および方法
Tween-20凝集体によるIgMの捕捉:Tween-20凝集体は、0.1125mMのTween-20、1mMバソフェナントロリン、0.5mMのFeSO4および10mMのNaClを室温で10分間インキュベートすることにより生成された。次に、IgMとBSAの混合物(IgM/BSA)を新たに調製したTween-20凝集体に加え、システムを室温でさらに10分間インキュベートした。IgM/BSA混合物は、IgMとBSAの両方が0.5mg/mlであるEx-CELL培地(Sigma-H4281)にポリクローナルIgM(Sigma-I8135)をBSA(Sigma-A2153)に溶解することにより調製した。遠心分離(13,000rpm、5分)により上清を除去し、得られたペレットを50μlの冷えた20mMのNaClで洗浄し、ペレットの組成をSDS-PAGEで分析した。
Tween-20凝集体からのIgM抽出
捕捉したIgMを含むペレットを酸性条件(50mMイソロイシンpH3)に供し、32℃で30分間インキュベートした。サンプルを遠心分離(13,000rpm、5分)し、上清の組成(抽出物)をSDS-PAGEで分析した。
結果
ウシポリクローナルIgM抗体は、Tween-20凝集体:Tween-20、疎水性キレート剤:バソフェナントロリン(バソ)およびFe2+イオンで構成、に効率的に結合した。
この結論は、Tween-20凝集体と[IgM+BSA]の混合物との短時間のインキュベーション(5分)の後に上清を除去すると、標的IgMの重鎖と軽鎖が減少したペレットが得られるという発見に裏付けられている(図10Aレーン5)。Tween-20ペレットではIgMが検出されないため、プロセス効率はキレート剤(バソ)と金属(Fe2+)の存在に完全に依存する(図10Aレーン6~7)。
これらの結果は、IgM抗体が吸着/結合する疎水性または半疎水性環境の必要性によって説明できる。したがって、キレート剤(バソ)の不在または金属(Fe2+)の不在は、Tween-20ミセルを独立に維持する。つまり、非共役であるため、IgMの結合/分配のための疎水性環境は存在しない(図10A、レーン6~7)。
IgM抗体は、IgMを含むペレットから、ペレットの同時溶解なしに抽出できる(つまり、Tween-20凝集体)。これは、酸性条件下(50mMのイソロイシン、pH3)でペレットを32℃で30分間インキュベートすることで達成され、その後、上清から不混和性粒子を除去する遠心分離が続く。上清のSDS-PAGE分析は、検出可能な量のTween-20凝集体なしで、IgMの還元された重鎖および軽鎖が上清に存在することを示している(図10B、レーン4~7)。
本発明をその特定の実施形態に関連して説明したが、多くの代替、修正、および変形が当業者には明らかであることは明白である。したがって、添付の特許請求の範囲の精神および広い範囲内にあるそのようなすべての代替、修正、および変形を包含することが意図されている。
本明細書で言及されるすべての出版物、特許、および特許出願は、個々の出版物、特許、または特許出願が参照により本明細書に組み込まれることが具体的かつ個別に示されるのと同程度に、参照により全体が本明細書に組み込まれる。さらに、本出願における任意の参考文献の引用または識別は、そのような参考文献が本発明の先行技術として利用可能であることの承認として解釈されるべきではない。セクションの見出しが使用される限り、それらは必ずしも限定するものと解釈されるべきではない。
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Claims (28)

  1. 抗体を単離する方法であって、
    (a)バソフェナントロリン、非イオン性界面活性剤および金属イオンを含む凝集体を生成するために、前記バソフェナントロリン、前記非イオン性界面活性剤および前記金属イオンを接触させるステップ、および
    (b)前記凝集体への前記抗体の分配を可能にする条件下で、前記凝集体を、前記抗体を含む培地と接触させ、それにより前記抗体を単離するステップ
    を含む方法。
  2. 前記培地が細胞溶解物を含む、請求項1に記載の方法。
  3. 前記細胞溶解物が全細胞溶解物である、請求項2に記載の方法。
  4. 前記培地がハイブリドーマ培地を含む、請求項1に記載の方法。
  5. 前記培地が血清アルブミンを含む、請求項1または4に記載の方法。
  6. 前記細胞溶解物が約2ミクロンより大きいオルガネラを欠いている、請求項2に記載の方法。
  7. ステップ(b)の前記条件が、100mM未満の塩のレベルを有することを含む、請求項1に記載の方法。
  8. ステップ(b)の後に前記抗体を可溶化することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
  9. 前記可溶化が、3~6の間のpHを有する緩衝液で行われる、請求項8に記載の方法。
  10. 前記可溶化が、3.8~4の間のpHを有する緩衝液で行われる、請求項8に記載の方法。
  11. 前記緩衝液がさらに塩を含む、請求項9に記載の方法。
  12. 前記緩衝液がカルボン酸緩衝液である、請求項に記載の方法。
  13. 前記緩衝液がアミノ酸を含む、請求項に記載の方法。
  14. 前記カルボン酸緩衝液が、イソロイシン、バリン、グリシンおよび酢酸ナトリウムからなる群から選択される、請求項12に記載の方法。
  15. 前記非イオン性界面活性剤がポリソルベートサーファクタントである、請求項1に記載の方法。
  16. 前記ポリソルベートサーファクタントが、ポリソルベート20、ポリソルベート40、ポリソルベート60およびポリソルベート80からなる群から選択される、請求項15に記載の方法。
  17. 前記金属イオンが二価金属イオンである、請求項1に記載の方法。
  18. 前記二価金属イオンが、Zn2+、Fe2+、Mn2+、Ni2+およびCo2+からなる群から選択される、請求項17に記載の方法。
  19. 前記二価金属イオンが、Zn2+およびFe2+からなる群から選択される、請求項17に記載の方法。
  20. 前記バソフェナントロリンが、約0.1%から約10%(v/v)の範囲の濃度で水溶液中に存在する、請求項1に記載の方法。
  21. 前記金属イオンが、約0.1%から約10%(v/v)の範囲の濃度で前記培地中に存在する、請求項1に記載の方法。
  22. 前記細胞溶解物が細菌細胞に由来する、請求項2に記載の方法。
  23. 前記細胞溶解物が哺乳動物細胞に由来する、請求項2に記載の方法。
  24. 前記哺乳動物細胞がチャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO)である、請求項23に記載の方法。
  25. 前記抗体がヒト化抗体である、請求項1に記載の方法。
  26. 前記抗体が組換え抗体である、請求項1に記載の方法。
  27. 前記抗体が、IgA、IgD、IgE、IgMおよびIgGからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  28. 前記IgGがIgG1、IgG2、IgG3またはIgG4である、請求項27に記載の方法。
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