JPH07103151B2 - アフィニティクロマトグラフィーによる抗体の精製方法 - Google Patents

アフィニティクロマトグラフィーによる抗体の精製方法

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JPH07103151B2
JPH07103151B2 JP2171246A JP17124690A JPH07103151B2 JP H07103151 B2 JPH07103151 B2 JP H07103151B2 JP 2171246 A JP2171246 A JP 2171246A JP 17124690 A JP17124690 A JP 17124690A JP H07103151 B2 JPH07103151 B2 JP H07103151B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はプロティンAあるいはプロティンGをリガンド
するアフィニティ担体を用いたアフィニティクロマトグ
ラフィーにより動物細胞培養上清等の原料液から抗体を
効率的に精製することができるアフィニティクロマトグ
ラフィーによる抗体の精製方法に関するものである。
(従来の技術) 動物細胞培養上清中に含まれるモノクローナル抗体等の
抗体の濃度は一般に0.01〜0.1mg/mlと非常に希薄である
ため、抗体を精製する際には大量の動物細胞培養上清を
原料液としてアフィニティ担体に流す必要がある。
ところが上記のような目的で使用されるアフィニティ担
体としては、従来はアガロース系あるいはセルロース系
の比較的軟質のものが普通であったため、カラム内の線
速度を大きくすると圧密が生じで液が流れなくなる。そ
こでカラム内の吸着体体積Vを原料液の体積流量Fで割
ったV/Fの値が200sec前後となるようにゆっくりとした
流速で原料液を供給し、精製を行っていた。
ところが抗体は原料液中の動物細胞が放出したプロテア
ーゼによって分解されるおそれがあるためにできるだけ
速く精製を完了することが求められ、このためにはカラ
ム体積を大きくする必要がある。従って設備が大型化
し、精製コストが高くなる欠点があった。
さらにまた、抗体等のタンパク質の濃度は一般に紫外線
(280nm)の吸収で測定されるが、原料中の不純物にも
紫外線の吸収があるため、カラムから漏出した抗体の濃
度をモニターすることは本来不可能である。従って、破
過開始時間は計算により求めざるを得ないのであるが、
従来は原料液を供給する流速に対する破過開始時間を正
確に予測することができなかったために、安全を見て破
過開始のかなり前に原料液の供給を停止しており、一度
の精製工程により得られる抗体の量が少なく、精製され
た抗体の濃度を小さなものとしていた。また、破過が開
始されてから原料液の供給を止めた場合、精製された抗
体の濃度は高くなるものの、カラム外へ抗体が漏出して
しまうため、経済的ではない。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は上記した従来の問題点を解決して、カラム中へ
供給される原料液の速度を大きくすることにより精製コ
ストの低減を図るとともに、破過開始時間を正確に予測
することにより効率よく抗体を精製することができるア
フィニティクロマトグラフィーによる抗体の精製方法を
提供するために完成されたものである。
(課題を解決するための手段) 上記の課題を解決するためになされた第1の発明は、プ
ロティンAおよびプロティンGをリガンドとするアフィ
ニティ担体を用いたアフィニティクロマトグラフィーに
より原料液から抗体を精製する方法において、シリカ系
のアフィニティ担体を用いるとともに、 t=〔A0/C)×(V/F)×T〕+(Vε/F) 但しT=‐1.63×(1/Npore)+1 Npore=(Dpore/r2)×15×(V/F)×(1−ε) (ここでtは破過開始時間sec、A0は原料液の抗体濃度
に対する平衡吸着容量mg/ml-bed、Cは原料液の抗体濃
度mg/ml、Vはカラム内の吸着体体積ml、Fは原料液の
体積流量ml/sec、εはカラム内の担体の粒子間の空隙
率、Dporeは有効粒内拡散係数cm2/sec、rは担体の粒子
半径cm)の式を用い、この式に予め精製された不純物を
含まない抗体をカラムに流すことにより得られたカラム
の諸特性(A0およびDpore/r2の値)を代入し、破過開
始時間を予測するとともに予測された破過開始時間の寸
前にカラムへの原料液の供給を停止し、直ちにカラムを
洗浄し溶離液を流すことにより目的とする抗体を精製す
ることを特徴とするアフィニティクロマトグラフィーに
よる抗体の精製方法を要旨とするものである。
また上記の課題を解決するためになされた第2の発明
は、プロティンAおよびプロティンGをリガンドとする
アフィニティ担体を用いたアフィニティクロマトグラフ
ィーにより原料液から抗体を精製する方法において、ア
フィニティ担体として平均粒子径20〜40μm、平均細孔
径250〜650Å、粒子間の空隙率εが0.2〜0.4のシリカ系
の担体を用い、カラムへ供給される原料液の流速をV/F
(ここでVはカラム内の吸着体体積ml、Fは原料液の体
積流量ml/sec)が8〜60secとなるように調整しつつ精
製を行わせることを特徴とするアフィニティクロマトグ
ラフィーによる抗体の精製方法を要旨とするものであ
る。
上記のように本発明の第1の特徴は、従来のアガロース
系あるいはセルロース系の担体に替えて硬質のシリカ系
の担体をアフィニティ担体として使用することである。
このような硬質の担体はカラム内の原料液の線速度を大
きくしても圧密が生じることがない。またリガンドとし
ては、抗体のFc領域に強い親和性を示し、各種の抗体を
精製できるプロティンAあるいはプロティンGが用いら
れる。
本発明の第2の特徴は、原料液の供給を開始してから破
過が開始するまでの時間を正確に予測する技術を確立し
たことである。
本発明者等の研究によれば、破過開始時間tは、 t=〔A0/C)×(V/F)×T〕+(Vε/F) 但しT=‐1.63×(1/Npore)+1 Npore=(Dpore/r2)×15×(V/F)×(1−ε) の式により求められる。
これらの式はカラム内の物質収支式と担体粒子内の拡散
方程式を同時に解くことにより得られたものである。し
かし実際のカラムにこの式を適用するためには、予め精
製された不純物を含まない抗体をカラムに流すことによ
り、アフィニティクロマトグラフィーに使用するカラム
の諸特性(Dpore/r2、A0等)を測定しておく必要があ
る。具体的な方法は後の実施例に示すが、本発明者等の
研究により、従来は流速にかかわらず一定であると考え
られていたこれらの値がV/Fの関数であることが明らか
となった。
第1の発明においては、上式により予測された破過開始
時間tの寸前にカラムへの原料液の供給を停止し、直ち
にカラムを洗浄し溶離液を流す。
このようにすれば、第1図に示されるように原料液中の
抗体のうちアフィニティ担体に吸着されずに流出する量
をゼロとすることができる。またアフィニティ担体の吸
着容量を最大限に利用することができ、精製される抗体
の濃度を固めることができるとともに、設備の小型化を
図ることができる。
ところで、前記のようにDpore/r2、A0等はF/Vの関数で
あり、F/Vを大きくすると平衡吸着容量A0が減少する傾
向があるものの、流速が大きくなった効果により単位時
間当たりに精製できる抗体の量は増加する。この結果、
V/Fを変化させると、抗体の精製速度が最も高くなる領
域が存在することが始めて判明した。
第2の発明はかかる知見に基づくものであり、アフィニ
ティ担体として平均粒子径20〜40μm、平均細孔径250
〜650Å、粒子間の空隙率εが0.2〜0.4のシリカ系の担
体を用いた場合、V/Fが8〜60secとなるように調整しつ
つ精製を行わせるものである。これらの数値限定のう
ち、平均粒子径、平均細孔径、粒子間の空隙率の値は実
用的なシリカ系の担体を表したもので、それ自体には臨
界的な意味はない。しかしV/Fの値を特定するためには
これらの数値が必要である。またV/Fの値は8〜60secの
範囲を外れると抗体の精製速度が低下する。そしてこの
範囲内の速度で原料液をカラムに供給すれば、迅速に抗
体の精製を行うことが可能となる。
以下にこれらの発明を実施例により更に詳細に説明す
る。
(実施例) 直径4.6mm、長さ100mm(容量1.66ml)のシリカ系の担体
(平均粒子径20〜40μm、平均細孔径250〜650Å、ε=
0.25)にプロティンAをリガンドとして結合させたアフ
ィニティ担体を用い、抗体濃度が0.1mg/mlの動物細胞培
養上清を精製した。流速をさまざまに変化させて実験し
た結果、このアフィニティ担体の抗体に対するDpore/r
2の値は、第2図に示すように、 Dpore/r2=0.063×(F/V)0.566(sec-1)の実験式で
整理できた。
また使用したアフィニティ担体の平衡吸着容量Aは、第
3図に示すように、A=6.55×(F/V)-0.233(mg/ml-b
ed)の実験式で整理できた。これらの値を、 t=〔(A0/C)×(V/F)×T〕+(Vε/F) T=‐1.63×(1/Npore)+1 Npore=(Dpore/r2)×15×(V/F)×(1−ε) の各式に代入した結果、第1表に示したとおり各流速に
おける破過開始、精製速度が計算により予測できた。
(ここで精製速度は、第1表のtまでの吸着量をtと洗
浄−容離−再平衡に要する時間で割った値と定義した。
洗浄と再平衡にはベッドボリュームの30倍の液量を要
し、V/F=9.96で行い、容離にはベッドボリュームの5
倍の液量を要し、V/F=19.92で行うものとした。従っ
て、 精製速度=tまでの吸着量/(t+9.96×30+19.92×
5) =tまでの吸着量/(t+398.4)(mg/ml・sec) となる。) 〔ここでA0とAの関係について若干の説明を加えてお
く。実施例に記載されたように、請求項1の式中のA0
Dpore/r2に関係式から得られるAとDpore/r2をそれぞ
れ代入することにより、各流速における破過時間、そし
て精製速度が計算でき予測可能となる。ここで、A0はあ
る原料液の抗体濃度Cにおける(対する)平衡吸着容量
であるが、AはCだけでなく流速の影響も考慮された平
衡吸着容量であり、その意味で区別される。従来の軟質
ゲルでは、圧密の問題から低流量でのみ精製が行われて
おり、A0は流速にかかわらず一定であると従来は考えら
れていた。一方、本発明で用いる硬質のシリカ系アフィ
ニティ担体では高流速操作ができ、使用可能な流量範囲
が広い。この担体の流速の影響を調べた結果から,原料
液の抗体濃度Cが一定であっても流速によって破過曲線
の形状が変化し,平衡吸着容量A0が変動する現象が確認
できた。そのため、単にA0の値を代入するだけでは破過
開始時間tを正確に予測することはできないことが分か
った。従って、実施例中の関係式により得られた、流速
の影響も考慮された平衡吸着容量Aを式中のA0に代入す
る必要がある。
次に、原料液の抗体濃度Cが決まれば担体への吸着平衡
関係によりA0が決まる。すなわち、原料液の抗体濃度C
は変数である。ここで、担体のプロティンAやプロティ
ンGリガンドと抗体との結合力は強く、吸着平衡関係が
直角平衡で近似できて請求項1の式が得られ、簡単な形
にまとめられた結果、式中にA0/Cの項が出現するのであ
る。〕 第1表より、F=0.0833ml/secで精製すれば最も速く精
製できることが判明したため、以後の精製はこの流速で
行った。またこの場合、破過開始時間tは982.2秒と予
測されたが、抗体の流出によるロスを防ぐため、880秒
(14.7分)でカラムへの原料液の供給を停止し、直ちに
カラムの洗浄−溶離−再平衡化を398秒(6.6分)で行っ
た。このサイクルを3回繰り返すことにより、約1時間
で22mgの抗体を精製することができた。抗体の回収率は
ほぼ100%であり、計算通りほとんど抗体のロスがない
ことが確認された。
第4図は第1表の結果をグラフ化したものであり、V/F
が8〜60secのときに高い精製速度が得られることが分
かる。
なお、従来の軟質ゲルのアフィニティ担体ではカラム内
の線速度が小さい領域でしか操作することができないた
め、実施例のようにDpore/r2の値や平衡吸着容量Aを
実験式にまとめること自体が不可能であり、そのような
着想がなされたこともない。また最も大きな精製速度を
得るためには、圧密が生じない最大可能流速で原料液を
供給する必要があるが、その流速は、第1表の最上段の
V/F=99.6秒の付近であり、従って、精製速度も0.05(m
g/ml・sec)前後という低い値となる。
(発明の効果) 以上に説明したように、本発明によればシリカ系の硬質
のアフィニティ担体を用いることによりカラム中へ供給
される原料液の速度を大きくすることができ、大型の装
置を用いなくても大量の動物細胞培養上清等の原料液を
アフィニティ担体に流すことができ、精製コストの低減
を図ることができる。しかも本発明によれば、破過開始
時間を正確に予測することができ、効率よく抗体を精製
することができる。よって本発明は従来の問題点を一掃
したアフィニティクロマトグラフィーによる抗体の精製
方法として、産業の発展に寄与するところは極めて大き
いものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は吸着操作時間を横軸としカラムからの流出液中
の抗体の濃度を縦軸として表したグラフ、第2図は実施
例のアフィニティ担体におけるDpore/r2の値とF/Vの値
との関係を示すグラフ、第3図は同じく実施例のアフィ
ニティ担体における平衡吸着容量Aの値とF/Vの値との
関係を示すグラフ、第4図は実施例における精製速度と
V/Fの値との関係を示すグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プロティンA及びプロティンGをリガンド
    とするアフィニティ担体を用いたアフィニティクロマト
    グラフィーにより原料液から抗体を精製する方法におい
    て、シリカ系のアフィニティ担体を用いるとともに、 t=〔(A0/C)×(V/F)×T〕+(Vε/F) 但しT=‐1.63×(1/Npore)+1 Npore=(Dpore/r2)×15×(V/F)×(1−ε) (ここでtは破過開始時間sec、A0は原料液の抗体濃度
    に対する平衡吸着容量mg/ml-bed、Cは原料液の抗体濃
    度mg/ml、Vはカラム内の吸着体体積ml、Fは原料液の
    体積流量ml/sec、εはカラム内の担体の粒子間の空隙
    率、Dporeは有効粒内拡散係数cm2/sec、rは担体の粒子
    半径cm)の式を用い、この式に予め精製された不純物を
    含まない抗体をカラムに流すことにより得られたカラム
    の諸特性(A0およびDpore/r2の値)を代入し、破過開
    始時間を予測するとともに予測された破過開始時間の寸
    前にカラムへの原料液の供給を停止し、直ちにカラムを
    洗浄し溶離液を流すことにより、目的とする抗体を精製
    することを特徴とするアフィニティクロマトグラフィー
    による抗体の精製方法。
  2. 【請求項2】プロティンAおよびプロティンGをリガン
    ドとするアフィニティ担体を用いたアフィニティクロマ
    トグラフィーにより原料液から抗体を精製する方法にお
    いて、アフィニティ担体として平均粒子径20〜40μm、
    平均細孔径250〜650Å、粒子間の空隙率εが0.2〜0.4の
    シリカ系の担体を用い、カラムへ供給される原料液の流
    速をV/F(ここでVはカラム内の吸着体体積ml、Fは原
    料液の体積流量ml/sec)が8〜60secとなるように調整
    しつつ精製を行わせることを特徴とするアフィニティク
    ロマトグラフィーによる抗体の精製方法。
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JP2007284425A (ja) * 2006-03-20 2007-11-01 Nokodai Tlo Kk タンパク質の精製方法
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