JPH10182700A - 高圧液体クロマトグラフィーによるインシュリンの単離方法 - Google Patents
高圧液体クロマトグラフィーによるインシュリンの単離方法Info
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- JPH10182700A JPH10182700A JP9347383A JP34738397A JPH10182700A JP H10182700 A JPH10182700 A JP H10182700A JP 9347383 A JP9347383 A JP 9347383A JP 34738397 A JP34738397 A JP 34738397A JP H10182700 A JPH10182700 A JP H10182700A
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Abstract
程をさらに行うことなく、直接使用に適するインシュリ
ンを得るための単離方法を提供する。 【解決手段】 1.1MPa〜40MPaの圧力下で圧
力安定性酸性陽イオン交換物質を用いて単離が行われ
る、クロマトグラフィーによりインシュリンを単離する
方法等に関する。
Description
0MPaの圧力下で圧力安定性酸性陽イオン交換物質を
用いて単離が行われることを特徴とする、クロマトグラ
フィーによりインシュリンを単離する方法に関する。
シュリンの微生物における生合成は、天然インシュリン
のA及びB鎖の配列以外に、連結ペプチド及び融合蛋白
質配列からなる一本鎖前駆体分子を経由して、形質転換
大腸菌のようなバクテリアにおいて行われる。後者は、
遺伝子工学上の理由により完全蛋白質のN末端に結合
し、形質転換大腸菌において封入体の形で得られるイン
シュリン含有生産物の発現の原因となる。この作業の目
的は、多段階の蛋白質化学製造工程においてこの融合蛋
白質からインシュリンを得ることである。すべての場合
において、この作業は、膵臓ベータ細胞中におけるイン
シュリンの天然の生合成と同じように、(プレ)プロイ
ンシュリンのフォールディングの工程の経由を伴う。
(プレ)プロインシュリンは、(例えばトリプシンを用
いた)酵素切断により、ジ−Arg−(B31〜32)−イ
ンシュリン及びモノ−Arg −B31−インシュリンである
他のインシュリン前駆体並びに連結ペプチド(35アミ
ノ酸残基まで)からなる切断混合物へと変換される。不
完全な中間体である脱−Thr−B30−インシュリン又
はArg−A0−インシュリン及びプレインシュリンの
ような、トリプシンのプロテアーゼ活性により産生され
る副産物も製造される。US 5 101 013は、S−セファロ
ース(登録商標)、フラクトゲル(登録商標)、TSK
又はSPトリアクリル(登録商標)のような強酸性イオ
ン交換体上での大気圧又は中圧クロマトグラフィーによ
るインシュリン及びインシュリン誘導体の前記混合物の
分離を開示している。公知のクロマトグラフィー物質は
圧力に安定でなく、1 MPa以上の圧力下のクロマトグ
ラフィー・カラム中で圧縮され、そしてインシュリン含
有混合物の分離が不可能となるのである。他の公知のイ
ンシュリンの単離方法は、脂肪親和的に修飾されたシリ
カゲル上での高圧液体クロマトグラフィーである(US 5
245 008、EP 0 547 544)。
は、最適化された慣用のゲル物質を使用しても、要求さ
れる程度の組換インシュリンの精製を達成するのに必要
な分離効率が得られない。最新の調製用ゲル物質、例え
ば、Poros 50μm/Perseptiv、Source 30μm/Phar
macia又はMakropep 50μm/BioRadを用いるクロマト
グラフィーは、中圧の工程で行われる。小粒子サイズの
ゲル(例えば、Source15μm)を用いての中圧クロマ
トグラフィーは、分離効率に関して僅かに選択性を改良
するだけであり、その結果、この場合においてもインシ
ュリン中のごく小さな不純物を除去するために、最終の
精製工程として必然的に高圧液体クロマトグラフィー
(High-pressure liquid chromatography: HPLC)が行
われる。蛋白質の変性の危険性、RPシリカゲル相の滲
出(bleeding )及び洗浄不足などの逆相HPLCの不
利な点は受け入れなければならず、さらに、平均的以上
の費用と時間が必要となる。
ンシュリンを得るための改良した分離及び単離方法を提
供する本発明の研究において、インシュリン及びインシ
ュリン誘導体混合物の圧力安定性酸性陽イオン交換物質
による1.1MPa〜40MPaの圧力下でのクロマト
グラフィーにより、優れた効果が達成できることが見い
だされた。真性糖尿病治療用の注射液において、このよ
うに単離されたインシュリンは、精製工程をさらに行う
ことなく、直接使用するのに適している。
1.1MPa〜40MPaの圧力下で圧力安定性酸性陽
イオン交換物質を用いて単離が行われることを特徴とす
る、クロマトグラフィーによりインシュリンを単離する
方法に関する。インシュリンなる用語は、例えばヒト・
インシュリンやブタ・インシュリンのような動物起源や
ヒト起源の化合物、プロインシュリンやプレインシュリ
ンのようなインシュリン前駆体、又は遺伝学的に修飾さ
れた微生物により発現される組換インシュリンやインシ
ュリン誘導体を意味する。インシュリンは、例えば、脱
−Phe−B1−インシュリン、ジアルギニン−インシ
ュリン(B31、B32)、モノアルギニン−インシュリ
ン、ジフェニルアラニン−インシュリン(B31、B32)
(US 4 601 852)、又はGlyA21−ArgB31−Ar
gB32ヒト・インシュリン(EP 368 187)のように化学
的又は酵素的誘導化(derivatization)により修飾され
得る。
リンは、下記式(I):
基を示し、Xは水酸基又は遺伝子にコードされ得るL−
アミノ酸残基を示し、nは0〜10の整数を示し、Yは
水素原子又はL−フェニルアラニン残基を示し、Zは遺
伝子にコードされ得るL−アミノ酸残基を示し、及び、
残基A2〜A20はヒト・インシュリン、動物インシュリ
ン又はインシュリン誘導体のA鎖のアミノ酸配列に対応
し、残基B2〜B29はヒト・インシュリン、動物インシ
ュリン又はインシュリン誘導体のB鎖のアミノ酸配列に
対応する。)を有する。
て、R30はL−アラニンおよびL−スレオニンからなる
群より選択される残基を示し、XはL−アルギニン、L
−リジンおよびL−フェニルアラニンからなる群より選
択されるL−アミノ酸残基を示し、nは0〜6の整数を
示し、Zはグリシン、L−アラニン、L−セリン、L−
スレオニン、L−アスパラギン酸およびL−グルタミン
酸からなる群より選択される残基を示し、A1〜A20又
はB2〜B29は、ヒト、ブタ又はウシ・インシュリンの
アミノ酸配列を表す。特に好適には、ヒト・インシュリ
ン及びGlyA21−ArgB31−ArgB32−ヒト・イン
シュリンが単離される。
酸配列は: Gly Ile Val Glu Gln Cys Cys Thr Ser Ile Cys Ser Leu Tyr Gln Leu Glu Asn Tyr Cys (配列番号1) である。ヒト・インシュリンのB1〜B29のアミノ酸配
列は: Phe Val Asn Gln His Leu Cys Gly Ser His Leu Val Glu Ala Leu Tyr Leu Val Cys Gly Glu Arg Gly Phe Phe Tyr Thr Pro Lys (配列番号2) である。
た状態又は(例えばゲルクロマトグラフィーによる)前
精製段階のいずれも使用し得る。繰り返し結晶化及びゲ
ルクロマトグラフィーに付した後であっても、インシュ
リンは依然として、分子量が極めて類似しているが、適
切に選択されたpHにおいてはその電荷がお互いに、そ
してインシュリンとは異なる、インシュリンと複合体を
形成するインシュリン様随伴物質により汚染されている
(US 4 129 560)。このような物質の例は:脱アミド
・インシュリン、アルギニン−及びジアルギニン−イン
シュリン及びインシュリン−エチル−エステルである。
は、例えば、ポリスチレンと、スルホ基、特に、R−O
−CH2−CHOH−CH2−O−CH2−CHOH−C
H2−SO3−基により変性されたジビニルベンゼンとの
コポリマーのような物質を意味する。以下の生産物が特
に好適である。Pharmacia Biotech AB, Uppsala, Swede
nにより供給され、圧力に安定で球形かつ多孔性の、粒
径約30μmのSource(登録商標)30S(Downstream, N
o.19, (1995), Pharmacia Biotech AB, S-751 82 Uppsa
la, Sweden, pages 3-8)。Pharmacia Biotech AB, Upp
sala, Swedenにより供給され、圧力に安定で球形かつ多
孔性の、平均粒径約15μmのSource(登録商標)15S
。Perseptivにより供給される、Poros 50μm。Biora
dにより供給される、Makroprep 50μm。
物質、水及び有機溶媒を含む。適当な緩衝物質は文献に
開示されており、例えば、リン酸塩、アルカリ金属、酢
酸カリウムのようなアルカリ土類金属塩、クエン酸アン
モニウム、クエン酸ナトリウム、酢酸塩、硫酸塩又は塩
化物である。溶離液は、さらに、アルコール、ケトン、
酢酸メチル、ジオキサン又はアセトニトリルのような水
混和性有機溶媒を含む。n−又はイソ−プロパノール、
メタノール、エタノール又はブタノールのような(C1
〜C4)アルコールが好適に用いられる。
有機溶媒の濃度は、10〜50容量パーセント、好適に
は20〜40容量パーセント、特に好適には25〜35
容量パーセントである。緩衝物質の濃度は、溶媒として
の水に基づき約1mmol/リットル〜140mmol/リット
ル、好適には2mmol/リットル〜120mmol/リットル
である。緩衝液に添加し得るこれ以外の添加物は、例え
ば、塩、好適には生理学的に許容される鉱酸塩、蟻酸、
酢酸、乳酸又はクエン酸、好適には乳酸のような1種以
上の有機酸、塩基、好適にはNaOH、及び/又は防腐
剤である。緩衝液の好適なpHは、約pH2.5〜5.5、
特に好適には約3.5〜4.0である。有機酸の濃度は広
い範囲で変わり得る。有利な量は、溶媒としての水に基
づき10から100mmol/リットル、好適には25〜5
0mmol/リットルである。クロマトグラフィーの温度は
0℃〜50℃、好適には15℃〜30℃、特に好適には
15〜20℃である。クロマトグラフィーの操作圧力は
本質的に一定である。クロマトグラフィーは様々な圧力
下、例えば、1.1〜40MPa、特に1.5〜10MP
aで行うことができる。溶離の流速は、200〜100
0cm/h、最大2000cm/hである。
にインシュリン及びインシュリン誘導体の溶離は、公知
の、従来用いられてきた技法により行われる。精製され
るべきインシュリン溶液のカラムへの負荷は、好適に
は、水性アルコール又は純粋に水性の緩衝液を用いて行
われる。インシュリン溶液は、約1〜10%、好適には
3%の蛋白質含量を有する。圧力安定性酸性陽イオン交
換体の負荷は、例えば、インシュリン混合液を−好適に
は前述した組成を有し、前述のpHを有する−緩衝液に
溶解し、得られた溶液を圧力安定性酸性陽イオン交換体
に接触させることにより行うことができる。
の組成を有し得るが、好適には3.5〜4.0のpHを有
する。特に好適な溶離方法は、溶離液が塩濃度の時間的
勾配、好適には直線性を示すものである。この濃度勾配
は、溶離の開始時には溶離液に低濃度の塩(極限の場合
はゼロ)を存在させ、溶離過程の間に塩濃度を増大させ
ることにより得ることができる。このようにして、蛋白
質混合液の特に効果的な分離を達成することが可能であ
る。好適な塩濃度勾配は、(溶離の開始時に)0mol塩
/リットル付近〜(溶離の終了時に)0.8mol塩/リッ
トル、特に好適には、(溶離の開始時に)約0.10〜
(溶離の終了時に)約0.25mol/リットルである。添
加する塩として好適なものは、多くの有機及び無機塩で
ある。アンモニウム塩やアルカリ金属塩のような生理学
的に許容される塩が好適であり、特に好適なものはナト
リウム塩であり、特に塩化ナトリウムである。
れる。温度は、好適にはイオン交換クロマトグラフィー
で一定に保持されるが、広い範囲で変化し得る。好適な
温度範囲は、約−10℃〜約50℃であり、特に約15
〜約25℃である。クロマトグラフィー後の溶離物のイ
ンシュリンの濃縮は、亜鉛塩による沈殿または結晶化に
より行われる。さらに場合により、減圧下における蒸留
法により溶液から予め実質的に溶媒を除去すること、ま
たは水で希釈してその濃度を下げることも可能である。
いずれにせよ、上清の蛋白質含量を<50mg/リットル
に保持するために、沈殿又は結晶化の前には溶媒の濃度
は10%以下にしなければならない。得られたインシュ
リン沈殿物は、デカンテーション、遠心分離又は濾過に
より単離し、及び乾燥することができる。本発明の方法
は、分析用クロマトグラフィーばかりでなく、特に本発
明の方法が調製用高圧液体クロマトグラフィー(high-p
ressure liquid chromatography:HPLC)系で行わ
れる場合に、調製用クロマトグラフィーにも好適であ
る。「調製用クロマトグラフィー」なる用語は、各々の
クロマトグラフィーの実験において純粋な生成物を、単
に分析するだけでなく単離する目的の精製方法を意味す
る。純粋な生成物の量は広い範囲で変化し得、例えば、
1mg〜5.0kg、好適には50mg〜2.5kgである。
に記載される。パーセンテージのデータは、他に示され
ない限り容量に基づく。 実施例1 緩衝液A:水に30%n−プロパノール、50mM乳酸、
0.01M NaCl、pH 3.5 吸着剤:Source(登録商標)S 15μm カラム容積:5cm×25cm 調製用HPLCカラム(5cm×25cm、カラム容量約5
00ml)を、50%水性エタノール中のSource S 15
μmの懸濁液で充填し、緩衝液Aで平衡化した。この目
的のため、この緩衝液は流速98ml/分でポンプでカラ
ムに送られた。この間1.9MPaの圧力が加えられ
た。この場合において、このカラムはフラクション・コ
レクター及びUV検出機(254/280nm)が付属し
たクロマトグラフィー系の一部であった。精製されるべ
き粗製ヒト組換インシュリン5gが500mlの緩衝液A
に溶解され、上記と同じ流速でカラム上にポンプで送ら
れた。それに続く洗浄の期間において、1000mlの緩
衝液Aを用いた新たな平衡化が行われた。溶離に際し、
緩衝液A及び緩衝液B(緩衝液B=緩衝液A+0.15
M NaCl)からなる直線的NaCl勾配が勾配混合
系によりカラムの低圧側にポンプで送られ、UV溶離図
が得られた。溶出物が分画され、個々の画分が従来より
用いられている分析的HPLC法により調べられた。要
求される純度に相当する画分が集められた。水で希釈し
た後(1容量の溶出物+2容量の水)、高度に精製され
たインシュリンが、公知の方法によりZn2+インシュリ
ンとしての結晶化により単離された。 収量:3.8g;純度 >98%
液C(溶離液参照)に溶解された。0.02mlが高圧液
体クロマトグラフィー・カラムに充填された。 カラム:ET 250/8/4 (R)Nucleosil 300-5 C18 (Macherey & Nagel, Aachen, Germany) 溶離液:貯蔵液:二水素リン酸ナトリウム *H2O 4
1.4g 2回蒸留水 1800ml 85%のリン酸でpH2.5に調整され、2回蒸留した水で200
0mlにする。
17〜21分になるように調整されなければならなかっ
た。 温度: 40℃ 総実験時間: 45分 流速: 1ml/分 検出: 210nm
橋を有する配列番号1及び3のインシュリン)、Arg
−B31−ヒト・インシュリン(正しいシスチン架橋を有
する配列番号1及び5のインシュリン)及びGlyA21
−ArgB31−ArgB32−ヒト・インシュリン(正しい
シスチン架橋を有する配列番号6及び4のインシュリ
ン)の混合液5gが実施例1と同様の方法で精製され
た。この混合液は、典型的に組換インシュリンの単離で
製造される。該混合液はさらに、非特異的な酵素切断に
より極めて微量の他の不純物を含み、医薬物質として使
用するためにはその濃度を下げなければならなかった。
れた。UV図形はNaCl勾配が増え等電点が上昇する
につれて個々の構成成分の選択的分離を示した(脱−T
hr B30−ヒト・インシュリン:I;ArgB31−ヒト・
インシュリン:II;GlyA2 1−ArgB31−ArgB32
−ヒト・インシュリン:III)。分画されたカラム溶出
物は実施例1と同様に分析され、要求される高純度生成
物GlyA21−ArgB31−ArgB32−ヒト・インシュ
リンが結晶化により単離された。 収量:1.78g;純度 >98.5%
の溶離液流速で1MPa(10bar)下、中圧クロマト
グラフィーの条件下で精製された。UV溶離図形は実施
例2と類似した構成成分の分離を示した。しかしなが
ら、この図形の経過だけからでも、個々の構成要素の分
離の鮮明さが劣ることが明らかであった。HPLCの分
析により、個々のインシュリンの不純物が明確に重複し
ていることが確認された。精製された生成物は結晶化に
より単離された。やや低い収量にかかわらず、純度は医
薬物質として要求される規格に一致していなかった。そ
れゆえ調製物は、それに続く逆相シリカゲル上の調製用
HPLCでの精製が必要であった。 収量:1.5gのGlyA21−ArgB31−ArgB32−ヒ
ト・インシュリン;純度:97.6%
されたインシュリンは、真性糖尿病治療用の注射液にお
いて、精製工程をさらに行うことなく、直接使用に対し
安定である。
Claims (12)
- 【請求項1】 1.1MPa〜40MPaの圧力下で圧
力安定性酸性陽イオン交換物質を用いて単離を行う、ク
ロマトグラフィーによりインシュリンを単離する方法。 - 【請求項2】 式(I): 【化1】 (式中、 R30は遺伝子にコードされ得るL−アミノ酸残基を示
し、 Xは水酸基又は遺伝子にコードされ得るL−アミノ酸残
基を示し、 nは0〜10の整数を示し、 Yは水素原子又はL−フェニルアラニン残基を示し、 Zは遺伝子にコードされ得るL−アミノ酸残基を示し、
及び、 残基A2〜A20はヒト・インシュリン、動物インシュリ
ン又はインシュリン誘導体のA鎖のアミノ酸配列に対応
し、残基B2〜B29はヒト・インシュリン、動物インシ
ュリン又はインシュリン誘導体のB鎖のアミノ酸配列に
対応する。)で表されるインシュリンを単離する請求項
1記載の方法。 - 【請求項3】 式(I)において、 R30はL−アラニン又はL−スレオニンを示し、 XはL−アルギニン、L−リジン又はL−フェニルアラ
ニンからなる群より選択されるL−アミノ酸を示し、 nは0〜6の整数を示し、 Zはグリシン、L−アラニン、L−セリン、L−スレオ
ニン、L−アスパラギン酸又はL−グルタミン酸を示
し、 A1〜A20又はB2〜B29は、ヒト、ブタ又はウシ・イ
ンシュリンのアミノ酸配列を表すインシュリン誘導体を
単離する請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 ヒト・インシュリンを単離する請求項1
〜3のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項5】 10〜50容量パーセント、好適には2
0〜40容量パーセント、特に好適には25〜35容量
パーセントの(C1〜C4)アルカノールを含有するH2
O/(C1〜C4)アルカノール混合液を用いて溶離を行
なう請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項6】 圧力安定性酸性陽イオン交換物質とし
て、ポリスチレンとスルホ基を有するジビニルベンゼン
との架橋ポリマーを用いる請求項1〜5のいずれか一項
に記載の方法。 - 【請求項7】 pH2.5〜5.5、好適には3.5〜4.
0にて、カラム容量1リットル当たり5〜15gの蛋白
質を圧力安定性酸性陽イオン交換体に負荷する請求項1
〜6のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項8】 溶離に使用されるH2O/(C1〜C4)
アルカノール混合液が、(C1〜C4)アルカノールとし
てエタノール又はイソプロパノール、特にプロパノール
を含有する請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項9】 溶離液のpHを3.5〜4.0に調整する
請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項10】 負荷及び溶離液が緩衝物質、好適には
有機酸をベースとする緩衝物質、特に好適には乳酸をベ
ースとする緩衝物質を含有する請求項1〜9のいずれか
一項に記載の方法。 - 【請求項11】 0〜0.8mol/リットル、特に0.1
0から0.25mol/リットルのアンモニウム又はアルカ
リ金属塩の勾配により溶離が行われる請求項1〜10の
いずれか一項に記載の方法。 - 【請求項12】 クロマトグラフィーを1.5MPa〜
10MPaの圧力下で行なう請求項1〜11のいずれか
一項に記載の方法。
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