JPS6372699A - アフィニティクロマトグラフィ−による生体高分子の分離・精製方法 - Google Patents

アフィニティクロマトグラフィ−による生体高分子の分離・精製方法

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JPS6372699A
JPS6372699A JP62197991A JP19799187A JPS6372699A JP S6372699 A JPS6372699 A JP S6372699A JP 62197991 A JP62197991 A JP 62197991A JP 19799187 A JP19799187 A JP 19799187A JP S6372699 A JPS6372699 A JP S6372699A
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silica gel
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porous
affinity
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DIAGEN INST MOLEKULARBIO
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DEIAGEN INST fur MOREKURAABIOROJITSUSHIE DEIAGUNOSUTEITSUKU GmbH
DIAGEN INST MOLEKULARBIO
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の分野] 本発明は、表面にアフィニティリガンド(affini
ty ligand)が共有結合した多孔性t]体を用
いたア、イユティクロマトグラフィーによす生体高分子
を分離および精製する方法に関する。
[発IJ1の背景] まず第一に、アフィニティクロマトグラフィーには、デ
キストラン、アガランおよびアクリルアミド等の多孔性
担体が使用される。その細孔径は20〜100 n m
 (200〜1000 X)の範囲に分布している。こ
のような物質には、例えば共有結合抗体が結合している
。これらの物質を使用することによってインシュリン、
インターフェロン等の蛋白質を商業的規模で精製するこ
とが可ス鮭となる。
米国特許第4,415,655号には、アガロース、セ
ルロースまたはシリカゲルなどの高分子担体に、生物活
性のある有機物質を共有結合させる特殊な方法が開示さ
れている。その実施例4および5では、不特定な細孔径
および粒子径の多孔性シリカゲルを使用し、N”−(6
−7ミノヘキシル)−アデノシン−5′−モノホスフェ
イトを共tr &i 合させている。しかし、この方法
はt−PA、ウロキナーゼ、ヒト成長ホルモン、血液因
子■および単クローン性抗体のような組み換え蛋白質に
対してアフィニティクロマトグラフィーを使用するには
適当でない。
[発明の構成] 本発明の目的は、その表面に7フイニテイリガンドが共
有結合した多孔性シリカゲルまたは他の多孔性担体(例
えば、多孔性ガラス、ケイ藻土、アルミナ、醸化チタン
およびこれらの混合物)を用いたアフィニティクロマト
グラフィーによる生体高分子を分離・精製する方法を改
良し、迅速、高信頼性、かつ高特異性の分離拳精製を可
能にすることにある。
一方では、その目的は、通常最も高価なアフィニティリ
ガンド(例えば抗体)を最適に使用することであり、ま
た一方では、不必要なロスやJi FI化奢避けるため
に、担体物質の使用量をできるだけ少なくすることであ
る0種々の多孔性担体、種々のアフィニティリガンドお
よび種々の生体高分子は、アフィニティクロマトグラフ
ィによる精製により下記の驚くべき結果がもたらされる
すなわち、大きさが精製される物質の5〜20倍の特定
の狭い範囲にある細孔径を有するシリカゲルなどの多孔
性担体を使用する精製方法により上記の目的を最適に達
成することができる。
細孔径の範囲が不特定で広い多孔性の担体を使用した場
合は満足な結果は得られず、上記目的は達成されないで
あろう、多孔性担体が、特定の狭い範囲であったとして
も、精製される物質よりは大きいが5倍より小さい場合
では、高価で価値のあるアフィニティリガンドをただ使
用したというだけで有効な使用法ではない、また、ざら
に細孔径が小さい場合は、にじみ出るアフィニティリガ
ンドの量および/またはその汚染量が増加する。
もし、細孔径が精製される物質の大きさの20倍より大
きい多孔性担体を使用した場合、その物質の精製される
ために有効な表面桔が減少し、次の初期に結合した生体
高分子を溶離する際、必要以上に大量の多孔性担体と大
容量の溶離液を使用しなければならなくなる。これは、
特に治療の目的で使用される生体高分子の場合には非常
に望ましくない。
精製される物質の5〜20倍の特定の狭い範囲の大きさ
の本発明に従う細孔径において、この範囲の下側の方が
実質的に球形の生体高分子に使用することが好ましく、
一方この範囲の上側の方は長くてかさばった生体高分子
に使用することが好ましい。
さらに、上記細孔径の下側の範囲のものは、比較的小さ
いアフィニティリガンドが比較的短いスペーサを介して
多孔性担体の表面に結合する場合に好ましく、一方線孔
径の上側の範囲のものは、より大きくよりかさばったア
フィニティリガンドおよび/または長鎖スペーサが使用
される場合に好ましい。
表面に共有結合したアフィニティリガンドとしては、特
に抗体を挙げることができる。しかし、精製される生体
高分子に対して特異的な親和性を有する他の多数の物質
のいずれでもよい、その典型的な例は、スタフィ口コツ
力スアウレウス(Staph71ococcus au
reus)の蛋白質Aまたは免疫グロブリン(IgG)
に特別な親和性を有するM1換え蛋白質Aである。
本発明の方法は、蛋白質、糖蛋白質および/または核酸
、ウィルスまたはワクチン、オルガネラ、原核細胞また
は真核細胞、ミセルまたは小胞、乳び脂粒、V L D
 L (very low density) 、 L
D L (low density)およびHD L 
(high density)リポ蛋白質および蛋白質
複合体の分離および精製に特に重要なものである。
このように、本発明は、少なくとも5〜10n m (
50−100又)から500nm(5000K)以上の
大きさの生体高分子に適用することができる。従って、
本発明では、少なくとも30nm(300又)、シかし
ながら好ましくは50〜1000 n m (500〜
10000 X )の4シ定の狭い範囲の細孔径を有す
る多孔性担体が使用される。基本的には、さらに大きな
細孔径を有する多孔性担体を使用することも可使であろ
う、しかしながらこのオーダーの大きさで狭い範囲の細
孔径を有するシリカゲルなどの多孔性担体を製造するこ
とは、これまで技術的に困難であった。
本発明の方法による代表的な適用分野を以下に示す。
−・防接種材料 製  るためのウィルスとワク天ヱ 生ワクチン(天然痘ウィルス、φ:約250nm(25
00^)) 弱毒ウィルス株(口蹄疫ウィルス、φ:約250nm(
2500X)) 遺伝子工学的形質発現方法によって、より強い細胞培養
またはバクテリアから調製された組換えワクチン(例え
ば、B型肝炎ウィルスのコート蛋白質複合体、φ:約5
0nm(50祷又))小胞およびミセルを基にしたワク
チン(φ:約10〜50nm (100〜500又))
オルガネラ ミトコンドリア(φ:約500nm(5000X)) ミクロボディー 原核細 および真核細 例えば、培地または血液から除去したマイコプラズマ(
φ:約100100n、000又))およびIII!瘍
細胞(φ:約10000nm(10000n又))。
蛋白質 低分子蛋白質:リンフ才力イン、例えばインターフェロ
ンおよびTNF(分子Htoooo〜中分子量蛋白質二
組織特異的プラズミノーゲン活性化因子(分子量約65
000)、IgG(分子量150000、φ:約15n
m(150X))、ウロキナーゼ(φ:約9nm(90
又)) 高分子量蛋白質:IgG(分子量900000、φ:約
90nm (900X))、血液因子で例えば■因子(
分子量〉1万、φ> 50 n m(500X)) 蛋白質複合体 血液を洗浄することよって除去した、例えばリウマチ因
子(分子量500000、φ〉約50nm(500又)
)のような免疫複合体。
例えば脂肪酸合成酵素(分子量約2.3万)のような酵
素複合体。
例えばミクロチュービリン、アクチン複合体のような線
状複合体。
リポゾーム。
ミセルおよび小胞 キロミクロン(φ:約100〜1.000nm(100
0〜1ooooλ)) V L D L (very low density
 1ipoproteins)。
(φ:約30〜50 n m (300〜500 X 
) )LDL(φ:約20〜25 n m (200〜
250又)) HDL(φ> 10 n m (l OO@ ) )シ
リカゲルなどの多孔性担体の細孔表面にアフィニティリ
ガンドを共有結合させる方法は、それ自体公知の方法で
行なわれる0例えば、次の反応でアフィニティリガンド
と反応する有機部分を活性化することができるシランの
反応により行なわれる。
特に穏やかな、従って好ましい活性化方法は、穏やかな
条件下で共有結合を介してアフィニティリガンドをシリ
カゲルなどの多孔性担体と結合させるために、特に穏や
かな条件でアフィニティリガンドのアミン基、氷酸基そ
してスルフヒドリルノふと反応するアルキルまたはアリ
ールのスルフォン酸エステルをrXJ製することである
。しかしながら、電荷を持ったアフィニティリガンドを
付与しなかったり、あるいはまた親和性に影響するよう
な変性を起こさない限り、基本的には他の全ての公知で
あるカップリング剤もまた適当である(例えば、グルタ
ルアルデヒドによるアミン基の活性化、カルボニルジイ
ミダゾール、クロロギ酸塩。
ビスエポキシシランによる水#1基の活性化そして過ヨ
ウ素酸塩によるジオールの活性化)、原則として、長い
スペーサーと同様短いものもシリカゲルなどの多孔性担
体とアフィニティリガンドの間に挿入されても良い、し
かしながら、巾に炭素原子数を2〜12個有するスペー
サーが好ましい。
短すぎるスペーサーを使用すると、アフィニティリガン
ドと精製される生体高分子間の反応に対して不必要な立
体障害が生ずる。長すぎるスペーサーは、アフィニティ
リガンドの効果を増加させることなく、細孔内の有効な
空間を無駄に使ってしまう。
以下の参考例で、穏やかな条件で種々なアフィニティリ
ガンドと共イ(結合できるようにその表面が活性化され
た、いくつかのシリカゲルの調製法を述べる。その次の
実施例では、いかにして特殊なアフィニティリガンドが
該表面に共有結合するか、そして得られたシリカゲルが
代表的な生体高分子のための高渣率のアフィニティクロ
マトグラフィーに、いかにして使用されるかについて述
へる。
[参考例1] ジオール令シリカゲルの合成 500 m lの三ツロフラスコ内で、細孔径が100
nm(100n又)そして粒子径が60ルのシリカゲル
50gを、気圧が1ミリバ一ル未満そして150℃の温
度で12ff)間乾燥した。その後上記材料を冷却し、
フラスコ内を通気しそして純粋トルエン200muおよ
びトリブチルアミン1 m l中に、蒸留したγ−グリ
シジルオキシプロピルートリメトキシシラン50mMを
添加したものを加えた0反応は、トルエンのJhlk温
度である1 11”Cで12時間行なわれた。反応終了
後、生成物(エポキシシリカゲル)を吸引濾過した。そ
して250mMトルエンで二回、250mMアセトンで
三回、0.005M塩酸で二回洗浄し、それから吸引濾
過した。このエポキシ−シリカゲルを、0.005M塩
酸250mJl中にFJ、%し、90℃で2時間保持し
ジオールを生成させた。
この生成物(ジオール・シリカゲル)を吸引濾過によっ
て選別し、木で五回、アセトンで二回清浄し、50℃で
乾燥した。
[参考例2] ジオール令シリカゲルのトシルクロライドによる活性化 500m文の三ツロフラスコ内で、参考例1に従って合
成された細孔径が100nm(10100nの乾燥シリ
カゲル50gを、若干残っている可能性のある水分の除
去のため気圧が1ミリバ一ル未満そして70℃の温度で
2時間転帰した。乾煙後、フラスコ内を通気し、純粋ア
セトン250m文および純粋ピリジン1mJlを加えた
。この懸濁液を真空下にガスを除去し、攪拌機に接続し
た。攪拌しながら懸濁液に、純粋アセトン50m1にト
シルクロライド10ミリモルを溶解した溶液をゆっくり
滴下した。20〜24℃の室温で30分間反応後、トシ
ル活性化シリカゲルを吸引濾過した。そしてアセトン、
および組成が75=25.50:50.25 : 75
のアセトンと2mM塩酸の混合物そして最後はl腸M塩
酸により、この順で洗浄し、吸引濾過し、そして凍結乾
燥を行なった・ [参考例3] 500 m lの三ツロフラスコ内で、参考例1に従っ
て合成された細孔径が250nm (2500又)の乾
燥シリカゲル50gを、若干残っている可能性のある水
分の除去のため気圧が1ミリバ一ル未満そして70℃の
温度で2時間乾燥した。乾燥後、フラスコ内を通気し、
純粋アセトン250m文および純粋ピリジン1mJ2を
加え、フラスコ等の装置を攪拌機に接続した。この懸濁
液を真空下にガスを除去し、水浴で0℃に冷却した。攪
拌しながら懸濁液に、純粋アセトン50m交にトリクロ
ロメタンスルフオン酸クロライド10ミリモルを溶解し
た溶液をゆっくり滴下した。0℃の温度で30分間反応
後、トリクロロメタンスルフオン酸クロライド活性化シ
リカゲルを吸引11!過した。そしてアセトン、および
組成が75 : 25.50 : 50.25 : 7
5のアセトンと2mM塩酸の混合物そして最後は1mM
塩酸により、この順で洗浄し、吸引0過し、そして凍結
乾燥を行なった。
[参考例4] 500muの三ツロフラスコ内で、参考例1に従って合
成された細孔径が500nm(5000又)の乾燥シリ
カゲル50gを、若干残っている可能性のある水分の除
去のため気圧が1ミリバ一ル未満そして70℃の温度で
2時間乾燥した。乾燥後、フラスコ内を通気し、純粋ア
セトン250m!;Lおよび純粋ピリジン1mJ1を加
え、フラスコ等の装置を攪拌機に接続した。この懸濁液
を真空下にガスを除去し、水浴で0℃に冷却した。攪拌
しながら懸濁液に、純粋アセトン50m又に2゜4 、
6− ト’J : トロベンゼンスルフォン酸りロライ
ドlOミリモルを溶解した溶液をゆっくり滴下した。0
℃の温度で30分間反応後、トリニトロベンゼンスルフ
オン酸クロライド活性化シリカゲルを吸引濾過した。そ
してアセトン、および組成が75 : 25.50:5
0.25ニア5のアセトンと2+sM塩酸の42合物そ
して最後は1 mM塩酸により、この順で洗浄し、吸引
濾過し、そして凍結乾燥を行なった。
[参考例5] 500 m lの三ツロフラスコ内で、参考例1に従っ
て合成された細孔径が1,000nm(10000又)
の乾燥ジオール番シリカゲル50gを、若干残っている
可爺性のある水分の除去のため気圧が1ミリバ一ル未満
そして70℃の温度で2時間乾燥した。乾燥後、フラス
コ内を通気し、純粋アセトン250mMおよび純粋ピリ
ジン1m文を加え、フラスコ等の装はを攪拌機に接続し
た。この懸濁液を真空下にガスを除去し、水浴で0℃に
冷却した。攪拌しながら懸濁液に2゜2.2−トリフロ
ロエタンスルフオン酸クロライド10ミリモルをゆっく
り滴下した。0℃の温度で30分間反応後、2.2.2
−)リフロロエタンスルフォン酸クロライド(Tres
yl C:hloride)活性化シリカゲルを吸引濾
過した。そしてアセトン、および組成が75 : 25
.50 : 50.25ニア5のアセトンと21塩酸の
dシ合物、そして最後は1mM塩酸により、この順で洗
浄し、吸引0過し、そして凍結乾燥を行なった。
[参考例6] ジオール番シリカゲルの過ヨウ素酸ナトリウムによる活
性化 500mQの三ツロフラスコ内で、参考例1に従って合
成された細孔径が250nm(2500又)、粒子径が
75〜125μmの範囲にある乾燥ジオール争シリカゲ
ル20gをpH4の0.1M酢酸ナトリウ1、溶液25
0mflに懸濁させ、フラスコ内のガスを減圧除去した
。10gの過ヨウ素酸ナトリウムを50mMの水に溶か
した溶液を攪拌しながら懸濁液に滴下した。、そして、
室温で2時間反応を続けた。得られたアルデヒド化シリ
カゲルを吸引濾過し 数回、水、エタノールとエーテル
で洗浄し、減圧乾燥した。
[実施例1] A: 1100n (1000又)の細孔を有するスル
フォニルクロライド活性化シリカゲル10gをpH8,
0c7)O,1Mリン酸ナトリウム緩衝液50mMに懸
濁し、真空下にガスを除去した。この5.H液にpH8
−0の0.1Mリン酸ナトリウム緩衝液15m交に溶解
した蛋白質A(スタフィロコッカスアウレウス(Sta
phylococcus aureus)または、1l
11換え蛋白質Aからの)300mgを加えた。この懸
濁液は、蛋白質Aの固定化を確実にするために4℃で6
時間振とうされた0反応後、生成物の蛋白質Aシリカゲ
ルを濾過により選別し、pH8,0の0.1Mのメルカ
プトエタノールおよび0.1Mリン酸ナトリウムの緩衝
液100mMに懸濁し、スルフォニル基が未反応もまま
残ることを防ぐために2時間振とうした。この阻止反応
後、その生成物をpH7,0の0.1Mリン酸ナトリウ
ム緩衝液で近回洗浄した。
B:蛋白質A−シリカゲル−1000(1000X)1
0gを1.27X15cmクロマトグラフィのカラムに
入口および出口のアダプターにより充填し、カラム体積
の二倍のpH7,0の0゜1Mリン酸ナトリウム緩衝液
で洗浄し、次いでカラム体積の二倍のpH3,0の0.
05Mクエン酸ナトリウム緩衝液で洗浄し、そして0.
1Mリン酸ナトリウム緩衝液で平衡状態にした。100
0 m gの未加工のヒ) −I gGから成るIgG
サンプルをpH7,0の0.1Mリン酸ナトリウム緩衝
液100mJlに溶かし、10+nJJ/分でカラム内
に吸着させた。他の蛋白質および非特異的結合のIgG
による汚染物をカラム体積の二倍のpH7,0(7)O
,1Mリン酸ナトリウム緩衝液で溶出し、そして特異的
結合ヒト・IgG1pH3,0の0.05Mクエン酸ナ
トリウム緩衝液を用い、流速1m11分で溶出した。
蛋白質A−シリカゲル(細孔径:1OOOX)の結合容
量は、測定の結果、25mg−IgG/mlカラム容量
であった。
[実施例2] G)の精製 A:抗ヒト@IgG抗体200mgを、250nm(2
500X)の、■■孔を有するスルフォニルクロライド
活性化シリカゲル10gに実施例IAと同様に固定化し
た。
B:抗ヒF−IgG抗体シリカゲル−2500を、実施
例IBと同様にしてクロマトグラフィのカラムに充填し
平衡状態にした。未加工のヒト・IgGを吸着させた後
、非特異的結合蛋白質をpH7,0の0.1Mリン酸ナ
トリウムHHj液で溶出し、そして特異的結合ヒト・I
gGをpH3,0の0.05Mクエン斂ナトリウム緩衝
液を用い、流速1m立/分で溶出した。
抗ヒト・IgG抗体シリカゲル(細孔径:250nm 
(2500又)の結合容量は、測定の結果、10mgヒ
)IgG/m文カラム容量であった。
[実施例3] M)の精製 A:抗ヒト−I gM抗体10mgを、1000nm(
1000n又)の細孔を有するスルフォニルクロライド
活性化シリカゲル10gに実施例IAと同様に固定化し
た。
B:抗ヒト・IgM抗体シリカゲル−10000を、実
施例IBと同様にしてクロマトグラフィカラムに充填し
平衡状態にした。未加工のヒト・IgMを吸着させた後
、非特異的結合蛋白質をpH7,0の0.1Mリン酸ナ
トリウム緩Ii液で溶出し、そして特異的結合ヒ) −
I gMをpH3,0(7)0.05Mクエン酸ナトリ
ウム緩衝液を用い、波速1m文/分で溶出した。
抗ヒト・IgM抗体シリカゲル(細孔径:11000n
 (10000又)の結合容量は、測定の結果、0 、
75 m gヒトIgM/1nJJカラム容量であった

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、表面にアフィニティリガンドが共有結合した多孔性
    シリカゲル、多孔性ガラス、ケイ藻土、アルミナ、酸化
    チタン、氷酸リン灰石、酸化ジルコニウムまたはこれら
    の混合物からなる群より選ばれる多孔性担体を用いたア
    フィニティクロマトグラフィーにより生体高分子を分離
    ・精製する方法において、上記多孔性担体が、精製され
    る物質の大きさの5〜20倍の特定の狭い範囲内にある
    細孔径を有することを特徴とする方法。 2、上記多孔性担体が、50〜1000nmの特定の狭
    い範囲内にある細孔径を有することを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の方法。 3、アフィニティリガンドとして抗体が用いられている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。 4、精製される物質が蛋白質、糖蛋白質および/または
    核酸であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の方法。 5、精製される物質がウィルスまたはワクチンであるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。 6、精製される物質が細胞オルガネラであることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の方法。 7、精製される物質が原核細胞または真核細胞であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。 8、精製される物質がミセル、小胞、乳び脂粒、VLD
    L、LDLおよび/またはHDLリボ蛋白質であること
    を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方法。
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