KR20150086545A

KR20150086545A - 용액 조건을 조정하는 것에 의해 활성탄을 사용하여 단백질의 혼합물로부터 단백질의 선택적 제거

Info

Publication number: KR20150086545A
Application number: KR1020157016836A
Authority: KR
Inventors: 매튜 티. 스톤; 미카일 코즈로프
Original assignee: 이엠디 밀리포어 코포레이션
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2015-07-28
Also published as: JP2016505641A; EP2961760A4; SG11201504358QA; US20150376232A1; CA2893760A1; EP2961760A1; CA2893760C; KR101704462B1; ES2869232T3; WO2014133741A1; EP2961760B1; US11472836B2; CN104955834A; JP6067889B2

Abstract

본 발명은 특정 유형의 탄소질 물질을 혼입하여 소망하는 단백질 생성물의 수율에 나쁜 영향을 주지 않고 특정의 바람직하지 않은 불순물의 효과적 또 선택적 제거를 초래하는 신규하고 개선된 단백질 정제 방법을 제공한다.

Description

용액 조건을 조정하는 것에 의해 활성탄을 사용하여 단백질의 혼합물로부터 단백질의 선택적 제거{SELECTIVE REMOVAL OF A PROTEIN FROM A MIXTURE OF PROTEINS USING ACTIVATED CARBON BY ADJUSTING SOLUTION CONDITIONS}

관련 출원의 교차 참조

본 출원은, 그 내용이 참조에 의해 본 명세서에 참고문헌으로 포함되는, 2013년 2월 26일 출원된 미국 특허 가출원 번호 61/769,269호를 우선권 주장한다.

발명의 분야

본 발명은 용액 조건을 조정하는 것에 의해 바람직하지 않은 단백질 또는 단백질성 불순물로부터 일개 단백질을 분리하는 활성탄의 용도에 관한 것이다.

활성탄은 공기 필터(참조, 예컨대, 미국 특허번호 6,413,303호), 가스 정제(참조, 예컨대, 미국 특허번호 7,918,923호), 카페인제거(참조, 예컨대, 미국 특허번호 4,481,223호), 금 정제(참조, 예컨대, 미국 특허번호 5,019,162호), 연료 정제(참조, 예컨대, 미국 공개번호 2006/0223705 A1호), 혈액관류(참조, 예컨대, 미국 특허번호 4,048,064호), 중독 및 남용의 치료(참조, 예컨대, 미국 특허번호 4,453,929호), 폐수처리(참조, 예컨대, 미국 특허번호 8,329,035호), 유출청정화(참조, 예컨대, 미국 특허번호 4,770,715호), 지하수 교정(참조, 예컨대, 미국 특허번호 6,116,816호), 자동차 연료 시스템으로부터 휘발성 유기 화합물의 포획(참조, 예컨대, 미국 특허번호 7,044,112호), 화학 정제(참조, 예컨대, 미국 특허번호 4,906,445호), 증류된 알코올 음료 정제(참조, 예컨대, 미국 공개번호 US 2007/0248730 A1호), 당의 탈색(참조, 예컨대, 미국 특허번호 2,082,425호), 인공호흡기(참조, 예컨대, 미국 특허번호 5,714,126호), 가스 마스크(참조, 예컨대, 미국 특허번호 4,992,084호), 화생방호복(참조, 예컨대, 미국 특허번호 7,877,819호), 및 정수 공정(참조, 예컨대, 미국 특허번호 7,537,695호)에 이전부터 사용되어 왔다.

또한, 활성탄은 지방산 및 빌리루빈과 같은 소형 분자 불순물을 혈청 알부민으로부터 제거하기 위해 사용되고 있다[참조, 예컨대, Chen et al., J. Biol. Chem., 242: 173-181(1967); Nakano et al., Anal Biochem., 129: 64-71(1983); Nikolaev et al., Int. J. Art. Org., 14:179-185(1991)]. 활성탄은 또한 식물 바이러스를 정제하는 동안 안료뿐만 아니라 숙주 단백질, 단백질분해효소(proteases), 및 리보뉴클레아제를 제거하기 위해 사용되고 있다[참조, 예컨대, Price, Am. J. Botany, 33: 45-54(1946); Corbett, Virology, 15:8-15(1961); McLeana et al., Virology, 31: 585-591(1967), 미국 공개번호 US 2006/0281075 A1호].

또한, 활성탄은 플라스미드 DNA으로부터 저분자량 플라스미드 단편을 제거하기 위해 유용한 것으로 이전에 기재되어 있다. 참조, Kim et al., J. Biosci. Bioeng. 110:608-613(2010).

발명의 요약

본 발명은 선택적으로 제거하려는 단백질의 등전점에 가까운 용액 조건을 이용하여 적어도 2개의 단백질을 함유하는 혼합물로부터 일개 단백질을 선택적으로 제거하기 위해 활성탄이 사용될 수 있다는 놀랍고 예상치 못한 발견을 적어도 부분적으로 기초로 하고 있다.

일부 실시양태에서, 적어도 2개의 단백질을 포함하는 샘플로부터 일개 단백질을 선택적으로 제거하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 (a) 적어도 2개의 단백질을 포함하는 샘플을 제공하는 단계; (b) 상기 샘플의 용액 pH가 선택적으로 제거하려는 단백질의 등전점의 2.0 pH 단위 내에 들도록 상기 샘플의 용액 pH를 조정하는 단계; (c) 상기 샘플을 활성탄과 접촉시켜서, 상기 활성탄이 선택적으로 제거하려는 단백질에 결합되게 하는 단계; 및 (d) 상기 샘플로부터 활성탄을 제거함으로써, 활성탄 결합된 단백질을 상기 샘플로부터 선택적 제거하는 단계를 포함한다.

일부 실시양태에서, 본 명세서에 기재된 바와 같이, 샘플로부터 일개 단백질을 선택적으로 제거하는 방법에 사용된 용액 pH는 선택적으로 제거하려는 단백질의 등전점의 1.0 pH 단위 내에 든다.

일부 실시양태에서, 표적 단백질 및 적어도 하나의 바람직하지 않은 단백질을 포함하는 샘플에서 관심 있는 표적 단백질의 순도를 증가시키는 방법이 제공되며, 상기 방법은 (a) 표적 단백질 및 적어도 하나의 바람직하지 않은 단백질을 포함하는 샘플을 제공하는 단계; (b) 상기 샘플의 용액 pH가 적어도 하나의 바람직하지 않은 단백질의 등전점의 2.0 pH 단위 내에 들도록 상기 샘플의 용액 pH를 조정하는 단계; (c) 상기 샘플을 활성탄과 접촉시켜서, 상기 활성탄이 적어도 하나의 바람직하지 않은 단백질에 결합하게 하는 단계; 및 (d) 적어도 하나의 바람직하지 않은 단백질에 결합된 활성탄을 샘플로부터 제거함으로써, 샘플 중의 표적 단백질의 순도를 증가시키는 단계;를 포함한다.

일부 실시양태에서, 본 명세서에 기재된 바와 같이, 표적 단백질 및 적어도 하나의 바람직하지 않은 단백질을 함유하는 샘플에서 표적 단백질의 순도를 증가시키는 방법에 사용된 용액 pH는 바람직하지 않은 단백질의 등전점의 1.0 pH 단위 내에 든다.

일부 실시양태에서, 적어도 하나의 바람직하지 않은 단백질은 단백질성 불순물이다.

일부 실시양태에서, 상기 표적 단백질은 항체와 같은 면역글로불린 단백질이다. 일부 실시양태에서, 상기 항체는 모노클로날 항체이다. 다른 실시양태에서, 상기 항체는 폴리클로날 항체이다.

일부 실시양태에서, 상기 표적 단백질은 비-면역글로불린 단백질이다.

일부 실시양태에서, 적어도 2개의 단백질을 함유하는 샘플은 세포 배양물로부터 유도된 수용액이다.

일부 실시양태에서, 상기 세포 배양물은 중국 햄스터 난소(CHO) 세포 배양물이다.

세포 배양물 샘플의 다른 예는, 비제한적으로, HeLa 세포, NTH 3T3 세포, BHK 세포, VERO 세포, CV-1 세포, NS/0 세포, COS 세포, 베이비 햄스터 신장 세포, 주의 골수종세포, 하이브리도마(hybridoma) 세포, 세균 세포, 효모 세포, 곤충 세포, 양서류 세포, 인간 세포, 마우스 세포, 래트 세포, 개 세포, 원숭이 세포, 염소 세포, 돼지 세포, 소 세포, 말 세포, 개 세포, 고양이 세포, 토끼 세포, 새 세포, 원숭이 세포, 햄스터 세포, 비-인간 포유동물 세포를 포함한다.

일부 실시양태에서, 상기 단백질-함유 샘플은 전체 세포 배양물 공급물일 수 있다. 다른 실시양태에서, 상기 세포 배양물은 활성탄과 접촉하기 전에 최초로 정화(clarified)되거나 및/또는 정제된다. 정화 방법은, 비제한적으로, 원심분리, 침강, 심층여과 또는 스크린 여과, 응집제를 사용한 착화, 및 pH 변화를 포함한다.

일부 다른 실시양태에서, 상기 샘플은 인간, 동물, 또는 식물 조직 또는 동물 유체, 예를 들어, 인간 혈액 또는 혈장, 인간 조직, 동물 혈액, 염소 밀크, 소 밀크, 포유동물 밀크, 동물 기관, 동물 조직, 트랜스제닉(transgenic) 동물, 트랜스제닉 식물, 및 계란으로부터 유도될 수 있다.

더욱 다른 실시양태에서, 상기 단백질 샘플은 아미노산 또는 더 작은 펩티드로부터 화학 합성에 의해 생성된다.

일부 실시양태에서, 상기 샘플은, 샘플을 본 명세서에 기재된 방법에 처리하기 전에, 하나 이상의 정제 단계 또는 방법에 처리된다. 이러한 정제 단계 또는 방법은, 비제한적으로, 결합 및 용리(bind and elute)에 의해 또는 플로우 쓰루(flow-through) 모드, 즉 결정화; 2- 및 3-상 분배(partitioning); 및 여과에 의해 수행되는 컬럼 및/또는 막 크로마토그래피를 포함한다.

도 1은 용액 pH가 사이토크롬(cytochrome) C의 등전점에 가까울 때, 활성탄을 사용하여 사이토크롬 C 및 α-락트알부민의 혼합물(1:1 중량비)로부터 사이토크롬 C를 선택적으로 제거하는 것과, 역으로, 용액 pH가 α-락트알부민의 등전점에 가까울 때, 상기 혼합물로부터 α-락트알부민을 선택적으로 제거하는 것을 나타내는 대표적 실험의 결과를 도시하는 그래프이다. X축은 용액 pH를 나타내고 또 Y축은 활성탄에 의해 처리한 후 단백질 혼합물 중의 단백질의 %를 도시한다.
도 2는 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 및 9.0에서 활성탄을 사용하여 사이토크롬 C 및 표적 단백질(즉, 모노클로날 항체(MAb I))을 함유하는 혼합물로부터 제거된 사이토크롬 C의 로그 감소값(log reduction value: LRV)을 나타내는 대표적 실험의 결과를 도시하는 그래프이다. 상기 혼합물은 5.0 mg/mL의 MAb I 및 1 mg/mL의 사이토크롬 C(200,000 ppm)를 함유하였다. 도 3에 도시된 바와 같이, 활성탄을 사용한 사이토크롬 C의 최적 제거는 용액 pH가 pH 10.0-10.5에서 사이토크롬 C의 등전점에 가장 가까울 때 관찰된다. X축은 용액 pH를 나타내고 또 Y축은 사이토크롬 C의 LRV를 나타낸다.
도 3은 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 및 9.0에서 활성탄을 사용하여 α-락트알부민 및 표적 단백질(즉, 모노클로날 항체(MAb I))을 함유하는 혼합물로부터 제거된 α-락트알부민의 로그 감소값(log reduction value: LRV)을 나타내는 대표적 실험의 결과를 도시하는 그래프이다. 상기 혼합물은 5.0 mg/mL의 MAb I 및 1 mg/mL의 α-락트알부민(200,000 ppm)을 함유하였다. 도 3에 도시된 바와 같이, 활성탄을 사용한 α-락트알부민의 최적 제거는 용액 pH가 4.8에서 α-락트알부민의 등전점에 가장 가까울 때 관찰된다. X축은 용액 pH를 나타내고 또 Y축은 α-락트알부민의 LRV를 나타낸다.
도 4는 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 및 9.0에서 활성탄을 사용하여 라이소자임 및 표적 단백질(즉, 모노클로날 항체(MAb I))을 함유하는 혼합물로부터 제거된 라이소자임의 로그 감소값(LRV)을 나타내는 대표적 실험의 결과를 도시하는 그래프이다. 상기 용액은 5.0 mg/mL MAb I 및 1.0 mg/mL의 라이소자임(200,000 ppm)을 함유하였다. 도 4에 도시된 바와 같이, 용액 pH가 라이소자임의 등전점 11.2-11.3에 가장 가까운 pH 9.0에서 최대량의 라이소자임이 제거된다. X축은 용액 pH를 나타내고 또 Y축은 라이소자임의 LRV를 나타낸다.
도 5는 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 및 9.0에서 활성탄을 사용하여 BSA 및 표적 단백질(즉, 모노클로날 항체(MAb I))을 함유하는 혼합물로부터 제거된 BSA의 로그 감소값(LRV)을 나타내는 대표적 실험의 결과를 도시하는 그래프이다. 상기 용액은 5.0 mg/mL MAb I 및 0.5 mg/mL의 BSA(100,000 ppm)를 함유하였다. 도 5에 도시된 바와 같이, 용액 pH가 BSA의 등전점 4.9에 가장 가까운 pH 5.0에서 최대량의 BSA가 제거된다. X축은 용액 pH를 나타내고 또 Y축은 BSA의 LRV를 나타낸다.
도 6은 바람직하지 않은 단백질의 등전점으로부터 멀리 떨어진 용액 pH에서 활성탄을 통하여 흘러서 통과될 때 바람직하지 않은 단백질이 효과적으로 제거되지 않음을 나타내는 대표적 실험의 결과를 도시하는 그래프이다. 상기 그래프는 5.0 mg/mL의 α-락트알부민 및 0.5 mg/mL의 사이토크롬 C를 함유하는 pH 4.0 용액이 활성탄 컬럼을 통과한 후 수집된 12.5 mL 분획에서 사이토크롬 C 및 α-락트알부민의 농도를 도시한다. 저농도 사이토크롬 C 및 고농도 α-락트알부민은 이들이 컬럼에 들어간 것과 거의 동일한 비율로 컬럼으로부터 용리되었다. 도 6에 도시된 바와 같이, 사이토크롬 C의 등전점 pH 10.0-10.5로부터 멀리 떨어진 pH 4.0에서, 상기 활성탄은 사이토크롬 C 및 α-락트알부민의 용액으로부터 사이토크롬 C의 효과적인 제거를 제공하지 않는다. X축은 α-락트알부민의 로딩량(kg/L)을 나타낸다; 좌측 Y축은 사이토크롬 C의 농도(g/L)를 나타내고 또 우측 Y축은 α-락트알부민의 농도(g/L)를 나타낸다.
도 7은 바람직하지 않은 단백질의 등전점에서 가까운 용액 pH에서 활성탄을 통하여 흘러서 통과될 때 상기 바람직하지 않은 단백질이 아주 효과적으로 제거됨을 나타내는 대표적 실험의 결과를 도시하는 그래프이다. 상기 그래프는 5.0 mg/mL의 α-락트알부민 및 0.5 mg/mL의 사이토크롬 C를 함유하는 pH 9.0 용액이 활성탄 컬럼을 통과한 후 수집된 12.5 mL 분획에서 사이토크롬 C 및 α-락트알부민의 농도를 도시한다. 사이토크롬 C는 활성탄 리터당 1.09 kg의 α-락트알부민이 로딩되었을 때까지 컬럼을 돌파하지 않았다. 도 7에 도시된 바와 같이, 활성탄은 사이토크롬 C의 등전점 pH 10.0-10.5에 가까운 pH 9.0에서 α-락트알부민의 용액으로부터 사이토크롬 C의 탁월한 제거를 제거하였다. X축은 α-락트알부민의 로딩량(kg/L)을 나타낸다; 좌측 Y축은 사이토크롬 C의 농도(g/L)를 나타내고 또 우측 Y축은 α-락트알부민의 농도(g/L)를 나타낸다.

상세한 설명

본 발명은 선택적으로 제거하려는 단백질의 등전점에 가까운 용액 조건하에서 활성탄을 사용하여 적어도 2개의 단백질의 혼합물로부터 일개 단백질을 선택적으로 제거하는 신규하고 개선된 방법을 제공한다.

활성탄은 정수 공정에 이전에 사용되어 왔다. 또한, 활성탄은 지방산 및 빌리루빈과 같은 소분자 불순물들을 혈청 알부민으로부터 제거하기 위해 사용되어 왔다[참조, 예컨대, Chen et al., J. Biol. Chem., 242: 173-181(1967); Nakano et al., Anal Biochem., 129: 64-71(1983); Nikolaev et al., Int. J. Art. Org., 14:179-185(1991)]. 활성탄은 또한 식물 바이러스를 정제하는 동안 안료뿐만 아니라 숙주 단백질, 단백질분해효소(proteases), 및 리보뉴클레아제를 제거하기 위해 사용되어 왔다[참조, 예컨대, Price, Am. J. Botany, 33: 45-54(1946); Corbett, Virology, 15:8-15(1961); McLeana et al., Virology, 31: 585-591(1967)].

또한, 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함된, 2012년 8월 2일 출원된 미국 특허 출원번호 13/565,463호는 관심 있는 생분자(예컨대, 항체)를 함유하는 샘플로부터 단백질성 불순물(예컨대, 숙주 세포 단백질) 및 DNA를 제거하기 위해 다른 매질과 함께 활성탄의 사용을 개시한다.

따라서, 일반적으로, 활성탄은 용액 중의 분자(예컨대, 물 샘플 중의 불순물)에 비-특이적으로 결합하는 것으로 보고되어 있다.

본 발명은 용액의 pH가 선택적으로 제거하려는 단백질의 등전점에 가깝도록 용액 조건을 조정하는 것에 의해 2 이상의 단백질을 함유하는 혼합물로부터 일개 단백질을 선택적으로 제거하기 위해 활성탄이 사용될 수 있다는 예상치 못한 놀라운 발견을 적어도 일부 기본으로 한다.

본 명세서의 실시예에 예시된 바와 같이, 활성탄은 2 이상의 단백질의 혼합물로부터 일개 단백질을 선택적으로 제거하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서의 실시예에 예시된 바와 같이, 단백질의 제거 정도는 pH 조건을 변경하는 것에 의해 조절될 수 있다. 또한, 활성탄은, 본 명세서에 기재된 바와 같이, 표적 단백질 및 하나 이상의 바람직하지 않은 단백질을 함유하는 용액 중에서 표적 단백질의 순도를 증가시키기 위하여 사용될 수 있고, 이때 상기 하나 이상의 바람직하지 않은 단백질은 활성탄을 사용하여 선택적으로 제거되고 또 상기 표적 단백질은 남겨져서, 샘플 중의 표적 단백질의 순도를 증가시킨다.

본 명세서에 기재된 일부 실시양태에서, 활성탄은 단백질의 혼합물로부터 일개 단백질을 선택적으로 제거하기 위하여 플로우 쓰루(flow-through) 정제 모드로 사용된다.

본 발명이 더욱 용이하게 이해될 수 있도록 하기 위하여, 특정 용어를 먼저 정의한다. 부가적 정의는 상세한 설명을 통하여 설명된다.

I. 정의

본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "탄소질 물질"은 탄소를 포함하는 또는 탄소를 함유하는 임의 성분을 지칭한다. 일부 실시양태에서, 특허청구된 발명에 따른 방법에 사용된 탄소질 물질은 활성 탄소 또는 활성탄이다. 일부 실시양태에서, 활성탄은 활성 목탄을 포함한다. 일부 실시양태에서, 활성탄은 섬유질 매질에 포함된다. 섬유질 매질은 습윤 레잉(wet-laying) 및 건조 레잉(dry-laying)을 비롯한 당해 분야에 공지된 다수의 방법에 의해 제작될 수 있다. 섬유질 매질은 전형적으로 활성탄, 섬유 성분, 및 경우에 따라 결합제를 포함한다. 섬유성 매질의 섬유 성분은 폴리아미드, 폴리올레핀, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에스테르와 같은 합성 물질; 셀룰로오스와 같은 천연 물질; 또는 셀룰로오스 에스테르와 같은 반합성 물질로부터 제조될 수 있다.

본 명세서에서 상호교환적으로 사용되는 용어 "활성 탄소" 또는 "활성탄"은 그의 기공 구조를 향상시키기 위한 공정에 처리된 탄소질 물질을 지칭한다. 활성탄은 매우 높은 표면적을 갖는 다공성 고체이다. 이들은 석탄, 나무, 코코넛 껍질, 땅콩껍질 및 토탄을 비롯한 다양한 공급원으로부터 유도될 수 있다. 활성탄은 제어된 대기압하에서 가열하는 것을 포함한 물리적 활성화 또는 강한 산, 염기, 또는 산화제를 사용한 화학적 활성화를 이용하여 이들 물질로부터 생성될 수 있다. 상기 활성화 공정들은 불순물 제거를 위한 높은 능력을 활성탄에 제공하는 고표면적을 갖는 다공성 구조를 생성한다. 활성화 공정들은 표면의 산도를 제어하기 위하여 조절될 수 있다.

전형적 활성화 공정들은 수지 폐기물, 석탄, 석탄 코우크, 석유 코우크, 리그나이트, 중합체 물질, 및 펄프 및 종이를 비롯한 리그노셀룰로오스 물질, 펄프 제조로부터 나온 잔류물, 나무(나무 칩, 톱밥, 및 나무 가루와 같은), 너트 껍질(아몬드 껍질 및 코코넛 껍질과 같은), 알곡, 및 과일 씨(올리브 및 체리 스톤과 같은)와 같은 탄소 공급원을 열적 공정(예컨대 산화성 가스를 사용) 또는 화학 공정(예컨대 인산 또는 염화아연과 같은 금속염을 사용)에 처리하는 것을 포함한다. 나무-계 탄소를 인산(H₃PO₄)을 사용하여 화학적으로 활성화하는 것을 포함하는 예시적 공정은 미국 특허번호 Re. 31,093호에 개시되어 있고, 이는 탄소의 탈색 및 가스 흡착능 개선을 초래하였다. 또한, 미국 특허번호 5,162,286호는 너트 껍질, 과일씨, 및 알곡과 같이 특히 조밀하고 비교적 높은(30%) 리그닌 함량을 함유하는 나무-계 물질의 인산 활성화를 개시한다. 리그노셀룰로오스 물질의 인산 활성화는 또한 고 활성 및 고 밀도의 탄소를 제조하는 단계로서 미국 특허번호 5,204,310호에 개시되어 있다. 상기 단락에 수록된 특허들 각각의 가르침은 전체가 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

대부분의 다른 흡착 물질과 대조적으로, 활성탄은 비교적 약한 반데어발스 또는 런던 분산력을 이용하는 분자와 상호작용하는 것으로 믿어진다. 전형적인 시판되는 활성탄 제품은 당해 분야에 잘 공지된 방법인 질소 흡착을 기본한 BET(Brunauer-Emmett-Teller)법에 의해 측정되는 바와 같이 적어도 300 m²/g의 표면적을 나타낸다.

활성 탄소 또는 활성탄은 이전에는 액체 및 가스를 정제하기 위한 공정뿐만 아니라 재조합적으로 발현된 항체를 불순물에 결합시키는 것에 의해 다른 불순물로부터 정제하기 위한 공정에 사용하였지만, 선택적으로 제거될 단백질의 특성을 기본으로 하여 용액 조건을 적용하는 것에 의해 2 이상의 단백질의 혼합물로부터 일개 단백질을 선택적으로 제거하기 위해서는 이전에는 적용되지 않았다. 따라서, 2 이상의 단백질의 혼합물로부터 일개 단백질을 선택적으로 제거하는 것에 의해, 제거되지 않은 단백질의 순도가 증가된다.

일부 실시양태에서, 상기 2 이상의 단백질의 혼합물은 본 명세서에 개시된 방법을 이용하여 선택적으로 제거될 적어도 하나의 단백질 및 정제될 다른 단백질을 포함한다. 일반적으로, 다른 단백질의 선택적 제거를 실시한 후 혼합물 중에서 하나 이상의 다른 단백질을 선택적으로 제거한 후 남아 있는 단백질의 순도는 증가한다. 순도가 증가되는 단백질을 표적 단백질이라 칭한다. 상기 표적 단백질은 면역글로불린 또는 비-면역글로불린 단백질일 수 있다. 일부 실시양태에서, 상기 표적 단백질은 면역글로불린 단백질, 예컨대, 모노클로날 항체이다.

다음은 본 발명에 따라 정제될 수 있는 단백질의 예이다. 상기 논의한 바와 같이, 일부 실시양태에서, 상기 표적 단백질은 모노클로날 항체이다. 표적 단백질의 다른 예는, 비제한적으로, 재조합 인간 성장 호르몬, 재조합 인간 인슐린, 재조합 난포 자극 호르몬, 재조합 인자 VII(항-혈우병 인자), 재조합 인간 에리쓰로포이에틴, 재조합 과립구 콜로니 자극 인자, 재조합 알파-갈락토시다제 a, 재조합 이두로니다제(iduronidase), 재조합 갈술파제(galsulfase), 재조합 도르나제 알파, 재조합 조직 플라스미노겐 액티베이터, 재조합 인간 인터페론, 재조합 인슐린-유사 성장 인자 1, 및 재조합 아스파라기나제를 포함한 재조합 단백질을 포함한다.

본 발명의 다른 실시양태에서, 상기 표적 단백질은 인간 혈액 또는 기타 생리학적 유체로부터 유도된 단백질이다. 이러한 단백질의 예는, 비제한적으로, 면역글로불린 G 및 M, 인자 VIII, 인자 IX, 안티트롬빈 III, 및 알파-I-안티트립신을 포함한다.

용어 "면역글로불린" "Ig" 또는 "IgG" 또는 "항체" (본 명세서에서 상호교환적으로 사용됨)는 2개의 중쇄 및 2개의 경쇄로 이루어진 기본적 4-폴리펩티드 사슬 구조를 갖는 단백질을 지칭하며, 상기 사슬은 예를 들어, 항원을 특이적으로 결합하는 능력을 갖는 사슬내 다이설파이드 결합에 의해 안정화된다. 용어 "단일쇄 면역글로불린" 또는 "단일쇄 항체" (본 명세서에서 상호교환적으로 사용됨)는 일개 중쇄 및 일개 경쇄로 이루어진 2개 폴리펩티드 사슬 구조를 갖는 단백질을 지칭하며, 상기 사슬은 예를 들어, 항원을 특이적으로 결합하는 능력을 갖는 사슬내 펩티드 링커에 의해 안정화된다. 용어 "도메인"은 예를 들어, β-플리티드(pleated) 시트 및/또는 사슬내 다이설파이드 결합에 의해 안정화된 펩티드 루프(예컨대, 3 내지 4개 펩티드 루프 포함)를 포함하는 중쇄 또는 경쇄 폴리펩티드의 구상 영역(globular region)을 지칭한다. 도메인은 또한 본 명세서에서 "불변" 도메인의 경우 다양한 종류의 멤버의 도메인 내에서 서열 변이의 상대적 결여, 또는 "가변" 도메인의 경우 다양한 종류의 멤버의 도메인 내에서 상당한 변이를 기본으로 하여 "불변" 또는 "가변"이라고 칭한다. 항체 또는 폴리펩티드 "도메인"은 흔히 당해 분야에서 상호교환적으로 항체 또는 폴리펩티드 "영역(region)"이라 칭한다. 항체 경쇄의 "불변" 도메인은 상호교환적으로 "경쇄 불변 영역", "경쇄 불변 도메인", "CL" 영역 또는 "CL" 도메인이라 칭한다. 항체 중쇄의 "불변" 도메인은 상호교환적으로 "중쇄 불변 영역", "중쇄 불변 도메인", "CH" 영역 또는 "CH" 도메인이라 칭한다. 항체 경쇄의 "가변" 도메인은 상호교환적으로 "경쇄 가변 영역", "경쇄 가변 도메인", "VL" 영역 또는 "VL" 도메인이라 칭한다. 항체 중쇄의 "가변" 도메인은 상호교환적으로 "중쇄 가변 영역", "중쇄 가변 도메인", "VH" 영역 또는 "VH" 도메인이라 칭한다.

면역글로불린 또는 항체는 모노클로날 또는 폴리클로날일 수 있고 또 단량체 또는 중합체 형태로 존재할 수 있고, 예를 들어, 오량체 형태로 존재하는 IgM 항체 및/또는 단량체, 이량체 또는 다량체 형태로 존재하는 IgA 항체를 포함한다. 면역글로불린 또는 항체는 또한 다중특이적 항체(예컨대, 2중특이적 항체)를 포함할 수 있다.

용어 "Fc 영역" 및 "Fc 영역 함유 단백질"은 단백질이 면역글로불린의 중쇄 및/또는 경쇄 불변 영역 또는 도메인(이전에 정의된 바와 같은 CH 및 CL 영역)을 함유하는 것을 의미한다. "Fc 영역"을 함유하는 단백질은 면역글로불린 불변 도메인의 이팩터(effector) 작용을 보유할 수 있다. CH₂/CH₃ 영역과 같은 "Fc 영역"은 단백질 A 또는 그의 작용 변이체와 같은 친화성 리간드에 선택적으로 결합할 수 있다. 일부 실시양태에서, Fc 영역 함유 단백질은 단백질 A 또는 그의 작용 유도체, 변이체 또는 단편에 특이적으로 결합한다. 다른 실시양태에서, Fc 영역 함유 단백질은 단백질 G 또는 단백질 L, 또는 그의 작용 유도체, 변이체 또는 단편에 특이적으로 결합한다.

상기 논의한 바와 같이, 일부 실시양태에서, 표적 단백질은 Fc 영역 함유 단백질, 예컨대, 면역글로불린이다. 일부 실시양태에서, Fc 영역 함유 단백질은 다른 폴리펩티드 또는 그의 단편에 융합된 면역글로불린의 Fc 영역을 포함하는 재조합 단백질이다.

일반적으로, 면역글로불린 또는 항체는 관심 있는 "항원"에 대한 것이다. 바람직하게는, 상기 항원은 생물학적으로 중요한 폴리펩티드이며 또 질병 또는 장애에 걸린 포유동물에 항체를 투여하는 것은 그 포유동물에서 치료효과를 초래할 수 있다.

본 명세서에서 상호교환적으로 사용되는 용어 "모노클로날 항체" 또는 "Mab"는 실질적으로 균일한 항체 집단으로부터 얻어진 항체를 지칭하며, 즉, 집단 중의 개별 항체는 소량 존재할 수 있는 천연 산출 돌연변이를 제외하고는 동일하다. 모노클로날 항체는 단일 항원 부위에 대하여 매우 특이적이다. 또한, 상이한 결정기(에피토프: epitopes)에 대한 상이한 항체를 전형적으로 포함하는 통상의 (폴리클로날) 항체 제제와 대조적으로, 각 모노클로날 항체는 항원 상의 단일 결정기에 대한 것이다. 한정어 "모노클로날"은 실질적으로 균일한 항체 집단으로부터 얻어진 항체의 특징을 나타내며, 또 특정 방법에 의한 항체의 생산을 요하는 것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명에 따라 사용될 모노클로날 항체는 쾰러(Kohler) 등에 의해 Nature 256:495(1975)에 최초로 기재된 하이브리도마법에 의해 제조될 수 있거나, 또는 재조합 DNA 방법(참조, 예컨대, 미국 특허번호 4,816,567호)에 의해 제조될 수 있다. "모노클로날 항체"는 또한 클랙슨(Clackson) 등에 의해 Nature 352:624-628(1991) 및 마크스(Marks) 등에 의해 J. Mol. Biol. 222:581-597(1991)에 기재된 수법을 이용하여 파아지 항체 라이브러리로부터 단리될 수 있다.

모노클로날 항체는 또한 중쇄 및/또는 경쇄의 일부가 특정 종으로부터 유도되거나 또는 특정 항체 클래스 또는 서브클래스에 속하는 항체에서 상응하는 서열과 동일하거나 또는 상동인 반면에, 상기 사슬(들)의 나머지는 다른 종으로부터 유도되거나 또는 다른 항체 클래스 또는 서브클래스에 속하는 항체에서 상응하는 서열과 동일하거나 또는 상동인 "키메라" 항체(면역글로불린)뿐만 아니라 소망하는 생물학적 활성을 나타내는 한 그러한 항체의 단편을 포함할 수 있다(미국 특허번호 4,816,567호; 및 Morrison et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 81:6851-6855(1984)).

본 명세서에서 사용될 때 용어 "초가변 영역"은 항원-결합에 관여하는 항체의 아미노산 잔기를 지칭한다. 상기 초가변 영역은 경쇄 가변 도메인 중의 "상보성 결정 영역" 또는 "CDR"(즉 잔기 24-34(L1), 50-56(L2) 및 89-97(L3) 및 31-35(H1), 중쇄 가변 도메인 중의 50-65(H2) 및 95-102(H3)로부터의 아미노산 잔기; Kabat et al., Sequences of Proteins of Immunological Interest, 5th Ed. Public Health Service, National Institutes of Health, Bethesda, Md.(1991)) 및/또는 경쇄 가변 도메인 중의 "초가변 루프"(즉 잔기 26-32(L1), 50-52(L2) 및 91-96(L3) 및 중쇄 가변 도메인 중의 26-32(H1), 53-55(H2) 및 96-101(H3)로부터의 잔기; Chothia and Lesk J. Mol. Biol. 196:901-917(1987))를 포함한다. "프레임워크" 또는 "FR" 잔기는 본 명세서에 정의된 바와 같은 초가변 영역 잔기와는 다른 가변 도메인 잔기이다.

비-인간(예컨대, 쥐) 항체의 "인간화된" 형태는 비인간 면역글로불린으로부터 유도된 최소의 서열을 함유하는 키메라 항체이다. 대부분의 경우, 인간화된 항체는 수용성의 초가변 영역 잔기가 소망하는 특이성, 친화성, 및 능력을 갖는 마우스, 래트, 토끼 또는 비인간 영장류와 같은 비-인간 종(공여 항체)으로부터의 초가변 영역 잔기에 의해 치환된 인간 면역글로불린(수용성 항체)이다. 일부 경우에서, 인간 면역글로불린의 Fv 프레임워크 영역(FR) 잔기는 상응하는 비-인간 잔기에 의해 치환된다. 또한, 인간화된 항체는 수용성 항체 또는 공여 항체에서 발견되지 않는 잔기를 포함할 수 있다. 이들 변형은 항체 성능을 더욱 정제하기 위하여 실시된다. 일반적으로, 상기 인간화된 항체는 적어도 하나, 및 전형적 2개의 가변 도메인의 전부를 실질적으로 포함할 것이며, 이때 초가변 루프의 전부 또는 실질적으로 전부는 비인간 면역글로불린의 전부 또는 실질적으로 전부에 상응하며 또 상기 FR 영역의 전부 또는 실적으로 전부는 인간 면역글로불린 서열의 전부 또는 실질적으로 전부이다. 상기 인간화된 항체는 면역글로불린 불변 영역(Fc)의 적어도 일부, 전형적으로 인간 면역글로불린의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 더욱 상세하게는, Jones et al., Nature 321:522-525(1986); Riechmann et al., Nature 332:323-329(1988); 및 Presta, Curr. Op. Struct. Biol. 2:593-596(1992) 참조바람.

본 명세서에서 상호교환적으로 사용되는 용어 "폴리뉴클레오티드" 및 "핵산 분자"는 임의 길이의 뉴클레오티드의 중합체 형태인 리보뉴클레오티드 또는 데옥시리보뉴클레오티드를 지칭한다. 이들 용어는 단일-, 이중- 또는 삼중-가닥 DNA, 게놈 DNA, cDNA, RNA, DNA-RNA 하이브리드, 또는 퓨린 및 피리미딘 염기, 또는 기타 천연, 화학적으로 또는 생화학적으로 변형된, 비-천연 또는 유도화된 뉴클레오티드 염기를 포함하는 중합체를 포함한다. 상기 폴리뉴클레오티드의 주쇄는 당 및 포스페이트 기(RNA 또는 DNA에서 전형적으로 발견될 수 있는 바와 같은), 또는 변형된 또는 치환된 당 또는 포스페이트 기를 포함할 수 있다. 또한, 이중-가닥 폴리뉴클레오티드는 상보적 가닥을 합성하고 그 가닥들을 적절한 조건하에서 어닐링하는 것에 의해, 또는 DNA 중합효소와 더불어 적절한 프라이머를 사용하여 상보성 가닥을 새로(de novo) 합성하는 것에 의해 화학적 합성의 단일 가닥 폴리뉴클레오티드 생성물로부터 얻을 수 있다. 핵산 분자는 다수의 상이한 형태를 취할 수 있고, 예컨대, 유전자 또는 유전자 단편, 하나 이상의 엑손, 하나 이상의 인트론, mRNA, cDNA, 재조합 폴리뉴클레오티드, 분기된 폴리뉴클레오티드, 플라스미드, 벡터, 임의 서열의 단리된 DNA, 임의 서열, 핵산 프로브, 및 프라이머의 단리된 RNA일 수 있다. 폴리뉴클레오티드는 메틸화된 뉴클레오티드 및 뉴클레오티드 유사체와 같은 변형된 뉴클레오티드, 우라실, 기타 당 및 플루오로리보오스 및 티오에이트, 및 뉴클레오티드 브랜치(branch)와 같은 연결 기를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 "DNA" 또는 "뉴클레오티드 서열"은 염기 A, T, C, 및 G뿐만 아니라 이들의 유사체 또는 메틸화된 뉴클레오티드와 같은 이들 염기의 변형된 형태, 비하전 결합과 같은 인터뉴클레오티드 변형물 및 티오에이트, 당 유사체의 사용, 및 폴리아미드와 같은 변형된 및/또는 교대적(alternative) 주쇄 구조(backbone structures)를 포함한다.

본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "용액", "조성물" 또는 "샘플"은 2 이상의 단백질의 혼합물을 지칭하며, 이때 상기 단백질 중의 하나는 정제하려 하는 표적 단백질 또는 관심을 두고 있는 단백질이고 또 나머지 하나 이상의 단백질은 바람직하지 않고 또 본 명세서에 기재된 방법을 이용하여 선택적으로 제거된다. 일부 실시양태에서, 상기 샘플은 세포 배양물 공급물, 예를 들어, 2 이상의 단백질을 함유하는 포유동물 세포 배양물(예컨대, CHO 세포)로부터의 공급물을 포함한다. 그러나, 상기 샘플은 또한 관심 있는 단백질 또는 표적 단백질을 생성하기 위해 이용된 비-포유동물 발현 계를 포함한다.

본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "비-포유동물 발현 계"는 치료성 단백질을 생성하기 위해 이용된 모든 숙주 세포 또는 기관을 지칭하며, 상기 숙주 세포 또는 기관은 비-포유동물 기원이다. 관심 있는 단백질 또는 표적 단백질을 생성하기 위해 이용된 비-포유동물 발현 계의 예는 사카로마이세스 세레비시아애(Saccharomyces cerevisiae) 및 피치아 파스토리스(Pichia pastoris)와 같은 효모, 대장균(Escherichia coli), 바실루스 메가테륨(Bacillus megaterium), 브레비바실리러스 코시넨시스(Brevibacillus choshinensis)와 같은 세균, 스포도프테라 프루기페르다(Spodoptera frugiperda) 세포, 바큘로바이러스(Baculovirus) 감염된 곤충 세포와 같은 곤충 세포, 및 조류(algae) 세포를 포함한다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "폴리펩티드"는 일반적으로 약 10개 이상의 아미노산을 갖는 펩티드 및 단백질을 지칭한다. 본 명세서에서 상호교환적으로 사용되는 용어 "관심 있는 단백질" 및 "표적 단백질"은 혼합물 중의 다른 단백질 또는 폴리펩티드를 선택적으로 제거하는 것에 의해 2 이상의 단백질 또는 폴리펩티드의 혼합물로부터 정제되는 단백질 또는 폴리펩티드를 지칭한다.

본 명세서에서 상호교환적으로 사용되는 용어 "정제하는", "순도를 증가시키는" "분리하는" 또는 "단리하는"은 본 명세서에 기재된 방법을 이용하여 혼합물로부터 하나 이상의 다른 단백질을 선택적으로 제거하는 것에 의해 혼합물 중의 하나 이상의 다른 단백질에 대한 표적 단백질의 비율을 증가시키는 것을 지칭한다. 전형적으로, 상기 표적 단백질의 순도는 표적 단백질을 함유하는 샘플에 존재하는 하나 이상의 다른 단백질을 제거한 후 50% 정도, 또는 60% 정도, 또는 70% 정도, 또는 80% 정도, 또는 90% 정도 또는 그 이상 증가된다.

본 명세서에서 상호교환적으로 사용되는 용어 "선택적으로 제거하는" 및 "선택적 제거"는 2 이상의 단백질의 혼합물을 제거될 단백질의 등전점의 약 2.0 pH 단위 이내인 pH 조건하에서 탄소질 물질(예컨대, 활성탄)에 노출시키는 것에 의해 2 이상의 단백질의 혼합물로부터 일개 단백질을 제거하는 것을 지칭한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 다양한 실시양태에서, 활성탄은 제거하려는 단백질의 등전점에 가까운 pH 조건하에서 2 이상의 단백질의 혼합물에 부가됨으로써, 활성탄이 단백질에 결합되게 한다. 상기 활성탄은 이어 상기 혼합물로부터 제거되며, 그에 의해 결합 단백질의 제거를 초래한다.

본 명세서에서 상호교환적으로 사용되는 용어 "플로우 쓰루(flow-through) 공정", "플로우 쓰루 모드" 및 "플로우 쓰루 크로마토그래피"는 샘플 중의 적어도 하나의 생성물은 탄소질 매질을 통하여 흘려서 통과시키려는 것이고, 한편 적어도 하나의 가능성 있는 성분은 탄소질 매질(예컨대, 활성탄)에 결합하는 생성물 분리 수법을 지칭한다.

흘려서 통과시키려는 샘플은 일반적으로 "이동상"이라 지칭한다. 상기 "플로우 쓰루 모드"는 일반적으로 등용매 작업(즉, 이동상의 조성이 변경되지 않는 공정)이라 칭한다. 플로우 쓰루에 사용된 매질은 표적 단백질 분자를 함유하는 동일 완충 용액에 의해 통상 예비평형화(pre-equilibrated)된다. 정제 후, 상기 매질은 동일 완충용액의 부가적 양을 사용하여 씻겨져서 생성물 회수가 증가된다.

용어 "완충액"은 그의 산-염기 콘쥬게이트 성분의 작용에 의해 pH 증가를 견디는 용액을 지칭한다. 본 명세서에 기재된 방법에 적용될 수 있는 다양한 완충액은 완충액 부분에 기재되어 있다. A Guide for the Preparation and Use of buffers in Biological Systems, Gueffroy, D., ed. Calbiochem Corporation(1975) 참조. 상이한 완충액은 상이한 범위의 pH를 유지하며, 예를 들어 포스페이트 완충액은 통상 pH 6.0 내지 8.0의 경우에 사용되는 한편, 더 높은 pH의 경우, 보레이트 완충액이 사용될 수 있고, 또 더 낮은 pH의 경우, 카보네이트 완충액이 사용될 수 있다. 당해 분야의 통상의 지식을 갖는 사람들은 유지하려는 pH에 따라서 사용하는 적합한 완충액을 용이하게 확인할 수 있을 것이다. 본 발명에 따른 방법에 사용될 수 있는 완충액의 비제한적인 예는 MES, MOPS, MOPSO, 트리스, HEPES, 포스페이트, 아세테이트, 시트레이트, 숙시네이트, 카보네이트, 보레이트, 및 암모늄 완충액, 뿐만 아니라 이들의 조합을 포함한다.

용어 "세정 완충액" 또는 "평형화 완충액"은 본 명세서에서 상호교환적으로 사용되며, 단백질의 혼합물을 탄소질 물질과 접촉시키기 전에 탄소질 물질을 세정 또는 예비평형화하기 위하여 사용되는 완충액을 지칭한다.

용어 "도전성"은 2개 전극 사이에 전류를 도전하는 수용액의 능력을 지칭한다. 용액에서, 전류는 이온 수송에 의해 흐른다. 따라서, 수용액 중에 존재하는 이온의 양을 증가시키는 것에 의해, 상기 용액은 더 높은 도전성을 가질 것이다. 도전성의 측정 단위는 센티미터당 밀리지멘스(mS/cm 또는 mS)이고, 또 상업적으로 입수가능한 도전성 측정기(예컨대, 오리온에 의해 시판)를 이용하여 측정될 수 있다. 용액의 도전성은 옹액 안의 이온의 농도를 변경하는 것에 의해 달라질 수 있다. 예를 들어, 용액 중의 완충제의 농도 및/또는 염(예컨대 NaCl 또는 KCl)의 농도는 소망하는 도전성을 달성하도록 변경될 수 있다. 바람직하게는, 다양한 완충액의 염 농도는 이하의 실시예에서와 같이 소망하는 도전성을 달성하도록 변형된다.

폴리펩티드의 "pI" 또는 "등전점"은 폴리펩티드의 양전하가 그의 음전하와 균형을 이루는 pH를 지칭한다. pI는 폴리펩티드의 부착된 탄수화물의 아미노산 잔기 또는 시알산 잔기의 네트 전하로부터 산출될 수 있거나 또는 당해 분야에 잘 공지된 방법인 등전 포커싱 전기영동 겔; 모세관 등전 포커싱 전기영동; 크로마토포커싱; 등전 침강; 및 이온교환 크로마토그래피의 하나 이상을 이용하여 결정될 수 있다.

II. 본 명세서에 기재된 방법에 사용하기 위한 예시적 탄소질 물질

본 발명에 따른 방법에서, 활성탄과 같은 특정 탄소질 물질이 단백질의 선택적 제거를 위해 사용된다. 활성탄은 매우 높은 표면적을 갖는 다공성 고체로 기재될 수 있다. 일부 실시양태에서, 활성탄은 활성화된 목탄을 포함한다. 활성탄은 비제한적으로, 석탄, 나무, 코코넛 껍질, 견과류껍질, 및 토탄을 비롯한 다양한 공급원으로부터 유도될 수 있다. 활성탄은 제어되는 분위기하의 가열을 비롯한 물리적 활성화에 의해 또는 강한 산, 염기 또는 산화제를 사용한 화학적 활성화에 의해 이들 물질로부터 생성될 수 있다. 상기 활성화 공정들은 더 큰 불순물 제거능을 활성탄에 부여하는 고표면적을 갖는 다공성 구조를 생성한다. 활성화 공정들은 표면의 산성도를 제어하도록 변형될 수 있다.

활성탄은 다양한 상업적 공급원으로부터 입수가능하며 또 다수의 등급 및 포맷으로 입수한다. 활성탄의 일부 상업적 공급자는 미드웨스트바코 코포레이션(미국 버지니아 리치몬드 소재); 노리트 어메리카스 인코포레이티드 (미국 텍사스 마샬 소재); 칼곤 카본 코포레이션(미국 필라델피아 피츠버그 소재)과 같은 회사를 포함한다.

본 명세서에 기재된 일부 실시양태에서, 본 명세서에 기재된 바와 같이, 활성탄은 셀룰로오스-함유 섬유질 매질에 혼입된다.

본 발명에 따른 방법에 적용될 수 있는 상업적으로 입수가능한 활성탄 물질은, 비제한적으로, Nuchar HD 활성탄(미드웨스트바코 코포레이션(미국 버지니아 리치몬드 소재)); Nuchar SA 20(미드웨스트바코 코포레이션(미국 버지니아 리치몬드 소재)); Nuchar SN(미드웨스트바코 코포레이션(미국 버지니아 리치몬드 소재)); Nuchar WV-B 30(미드웨스트바코 코포레이션(미국 버지니아 리치몬드 소재)); RGC 분말 활성탄(미드웨스트바코 코포레이션(미국 버지니아 리치몬드 소재)); Norit Darco KB-G 활성탄(노리트 어메리카스 인코포레이티드 (미국 텍사스 마샬 소재)); Norit CGP Super 활성탄(노리트 어메리카스 인코포레이티드 (미국 텍사스 마샬 소재)); Norit A Supra USP(노리트 어메리카스 인코포레이티드 (미국 텍사스 마샬 소재)); Norit E Supra USP(노리트 어메리카스 인코포레이티드 (미국 텍사스 마샬 소재)); Norit C GRAN(노리트 어메리카스 인코포레이티드 (미국 텍사스 마샬 소재)); Norit SX Ultra(노리트 어메리카스 인코포레이티드 (미국 텍사스 마샬 소재)); 및 Chemviron Pulsorb PGC 활성탄(켐비론 카본 (벨기에 펠루이 소재)을 포함한다.

활성탄의 2개의 주요 포맷은 분말 및 과립 포맷이다. 분말화된 활성탄은 대략 1 mm 직경 입자를 함유하고, 또 대부분 액체의 정제를 위해 흔히 사용된다. 과립상(granular) 활성탄은 더 큰 입자 크기를 가져 더 작은 표면적을 가지므로, 가스 정제에 사용되는 것이 바람직하며, 이때 확산 속도는 더 빠르다.

소비자 적용(물, 식품, 음료 및 약제 정제와 같은)에서 활성탄의 사용과 관련된 안전성에 대해 중요한 고려점은 추출가능한 화합물의 감소 및 제어이다. 식수 및 음식 접촉 용도로 사용하기 위한 활성탄은 통상 물에 대한 모든 간접적 첨가제를 포함한 안전성 표준 ANSI/NSF Standard 61에 따라 제조된다. 또한, ASTM 표준시험법 D6385는 애싱(ashing)에 의해 활성탄에서 산 추출가능한 성분을 결정하는 것을 개시하며 또 이는 활성탄으로부터 추출가능한 물질을 연구하고 그 양을 최소화하기 위해 이용될 수 있다.

다양한 적용에 대해 다양한 활성탄 유형이 이용가능하다. 예를 들어, 미드웨스트바코 코포레이션(MeadWestVaco Corp.)은 표적 분자, 및 의도하는 적용에 따라 이들의 능력, 표면 산도, 기공 접근성이 다양한 적어도 12개 유형의 분말화된 활성탄을 공급한다. 불순물 제거를 위해서는 활성탄의 능력을 최대화하는 것이 일반적으로 바람직하다.

본 명세서에 기재된 일부 실시양태에서, 활성탄은 셀룰로오스 매질에 포함된다.

III. 정제 공정에서 탄소질 물질의 사용

적어도 2개의 단백질을 함유하는 용액으로부터 일개 단백질을 선택적으로 제거하기 위해 사용될 수 있는 일반적 과정을 이하에 기재한다.

일부 실시양태에서, 본 명세서에 기재된 방법을 이용하여 선택적으로 제거될 단백질은 바람직하지 않은 단백질 또는 단백질성 불순물로서, 혼합물을 활성탄과 정적 처리시키는 것에 의해 제거될 수 있다. 적어도 2개의 단백질을 함유하는 용액의 pH는 선택적으로 제거하려는 단백질 또는 단백질성 불순물의 등전점의 2.0 pH 유닛 또는 1.0 pH 유닛 이내인 pH로 조정된다. 상기 pH는 산 또는 염기를 상기 용액에 부가하는 것에 의해 조절될 수 있다. 용액 pH는 또한 상기 용액을 소망하는 용액 pH를 갖는 완충액을 사용하여 희석시키거나 또는 상기 용액을 소망하는 용액 pH를 갖는 완충액으로 투석 또는 투석여과(diafiltration)시키는 것에 의해 조절될 수 있다. 이어 활성탄은 건조 형태 또는 수용액에 현탁된 pH 조절된 용액에 부가된다. 상기 용액은 활성탄과 48시간 까지의 시간 동안 상호작용하도록 허용된다. 상기 활성탄은 단백질 불순물 흡착율을 최대화하기 위하여 용액 내에 계속 현탁되는 것이 바람직하다. 상기 용액은 상기 용액 용기를 이동하는 것에 의해 교반되거나 또는 자기 교반 바를 이용하여 용액을 교반하거나 또는 기계적 교반기를 이용하여 용액을 교반하는 것에 의해 교반될 수 있다.

이어 활성탄은 상기 용액으로부터 분리되며, 이때 활성탄은 선택적으로 제거될 단백질에 결합되어 있다. 결합된 활성탄은 용액을 여과하고 또 용액 여액을 회수하는 것에 의해 분리될 수 있다. 다르게는, 상기 결합된 활성탄은 용액을 원심분리하는 것에 의해 또는 결합된 활성탄을 침강하게 하여 상청액을 회수하는 것에 의해 분리될 수 있다. 원심분리 또는 침강 후에 상청액 내에 미립자 존재하면, 이들은 여과에 의해 제거될 수 있다. 잔류하는 용액은 선택적으로 제거되는 감소된 수준의 단백질을 함유한다.

다른 실시양태에서, 다음 과정은 적어도 2개의 단백질을 함유하는 용액으로부터 일개 단백질을 선택적으로 제거하기 위해 이용될 수 있다.

적어도 2개의 단백질을 함유하는 용액의 pH는 선택적으로 제거하려는 단백질의 등전점의 2.0 pH 유닛 이내 또는 1.0 pH 유닛 이내의 pH로 조절된다. 상기 pH는 산 또는 염기를 용액에 부가하는 것에 의해 조절될 수 있다. 용액 pH는 또한 용액을 소망하는 pH를 갖는 완충액을 사용하여 희석시키는 것에 의해 조절될 수 있다. 또한, 상기 용액 pH는 용액을 소망하는 pH를 갖는 완충액으로 투석 또는 투석여과하는 것에 의해 조절될 수 있다.

일부 실시양태에서, 크로마토그래피 장치, 예컨대, 컬럼은 활성탄의 수성 슬러리에 의해 로딩(loaded)된다. 활성탄은 또한 장치, 예컨대, 컬럼에 건조 분말로 로딩된 다음 수용액으로 습윤된다. 그러나, 때때로 입자 컬럼이 건조 팩킹될 때 활성탄 사이에서 생기는 모든 공기 기포를 제거하는 것은 도전적일 수 있다. 상기 컬럼은 단백질을 함유하는 용액과 동일한 pH를 갖는 완충액에 의해 평형화된다. 이어 상기 용액은 15초 내지 10.0 분간의 컬럼 체류 시간을 초래하는 유동 속도로 활성탄 컬럼을 통과한다. 상기 컬럼으로부터 용출액(eluate)을 수집하며, 이는 활성탄을 사용하여 선택적으로 제거된 단백질을 함유하지 않거나 감소된 양을 수집한다.

다양한 실시양태에서, 선택적으로 제거될 단백질에 결합된 활성탄은 표적 단백질을 함유하는 샘플로부터 여과 또는 원심분리에 의해 또는 원심분리와 여과의 조합에 의해 제거될 수 있다.

단백질의 혼합물로 출발할 때, 상기 혼합물 중에 있는 모든 단백질의 등전점은 상기 혼합물을 등전 포커싱 전기영동 겔 또는 모세관 등전 포커싱에 처리시키는 것에 의해 용이하게 결정될 수 있다. 또한 복합 혼합물의 용해는 이들의 등전점에 이어 이들의 크기에 의해 단백질을 분리하는 2차원 겔 전기영동에 의해 분석함으로써 달성될 수 있다. 이러한 정보를 기준으로 하여, 용액 조건은 본 명세서에 기재된 바와 같이. 표적 단백질 이외의 단백질을 제거하기 위하여 활성탄을 사용할 때 조정될 수 있다.

본 발명은 제한을 의미하지 않는 하기 실시예에 의해 더욱 자세하게 설명된다. 본 출원 및 도면을 통하여 인용된 모든 참고문헌, 특허 및 공개 특허 출원은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.

실시예

실시예 1. 1-대-1 (중량) 용액으로부터 활성탄을 사용하여 사이토크롬 C 또는 α-락트알부민을 선택적으로 제거하기 위한 용액 pH의 활용

이 대표적 실시예는 출발 용액의 pH를 조정하는 것에 의해 혼합물 내에서 동일 농도로 처음에 존재하는 2개 단백질의 혼합물로부터 활성탄을 이용하여 일개 단백질이 선택적으로 제거될 수 있음을 나타낸다. 이 실험에서, 사이토크롬 C 또는 α-락트알부민의 선택적 제거는 선택적으로 제거하려는 단백질의 등전점 주변의 용액 pH를 이용하여 활성탄에 의해 얻어졌다.

사이토크롬 C 및 α-락트알부민의 1-대-1 중량 용액은 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 및 9.0에서 아래에 기재된 바와 같이 활성탄에 의해 처리되었다.

1-대-1 중량의 단백질 저장 용액(stock solution)은 소의 밀크로부터 200 mg의 α-락트알부민(PAGE에 의해 ≥85%, 제품번호 L5385, 로트 번호 110M7003V, 시그마-알드리히 코포레이션(미국 미주리 63103 세인트루이스 소재)) 및 말의 심장으로부터의 200 mg의 사이토크롬 C(SDS-PAGE에 의해 ≥95%, 제품번호 C2506, 로트 번호 041M7008V, 시그마-알드리히 코포레이션(미국 미주리 63103 세인트루이스 소재))를 100 mL 물에 용해시키는 것에 의해 제조되었다. 이어 상기 저장 용액을 0.22 μm 막(Stericup-GP 0.22 μm Millipore Express PLUS 막, 250 mL, 카탈로그 번호: SCGPU02RE, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 통하여 여과하였다.

각 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 및 9.0에 대해 3개의 15 mL 원심분리관에 10 mg의 Nuchar HD 활성탄(미드웨스트바코 코포레이션 (미국 버지니아 리치몬드 소재))을 로딩하였다. 각 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 및 9.0에 대하여 3개의 별개의 15 mL 원심분리관은 활성탄을 갖지 않는 대조군으로 사용하였다. 이어 적절한 pH(pH 4.0, 5.0, 6.0의 경우 50 mM 아세테이트 또는 pH 7.0, 8.0, 9.0의 경우 50 mM 트리스)에서 2.5 mL의 완충액을 각 관에 부가하였다. 이어 2.0 mg/mL의 α-락트알부민 및 2.0 mg/mL의 사이토크롬 C를 함유하는 2.5 mL의 1-대-1 단백질 저장 용액을 각 관에 부가하였다. 생성한 용액은 1.0 mg/mL의 α-락트알부민 및 1.0 mg/mL의 사이토크롬 C를 가졌다. 상기 관들은 20시간 동안 회전하도록 허용되었다.

상기 관들을 이어 원심분리에 처리하고 또 얻어진 상청액은 용액 내에 현탁되어 잔존할 수 있는 활성탄 입자를 제거하기 위하여 0.22 마이크론 막(Millex-GV 0.22 마이크론 필터 유닛 Durapore PVDF 막, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 통하여 여과시켰다. 샘플들은 역상 HPLC(기구: Agilent 1290 UPLC, 컬럼: Higgins Analytical Targa C18, 이동상: 용매 A - MilliQ Water 중의 0.1% 트리플루오로아세트산, 용매 B - 100% 아세토니트릴(HPLC 등급) 중의 0.1% 트리플루오로아세트산, 유속: 1 ml/분, 구배: 0-15 분, 5%-95% B, 컬럼을 재평형화하기 위해 10분 후, UV 검출기의 파장: 230 nm (550 nm 기준, 온도: 25℃)에 의해 분석하였다. 단백질의 회수는 HPLC 피크로 측정된 면적을 기준으로 하여 산출하였다.

하기 표 I에 요약되고 또 도 1에 도시된 바와 같이, 이 실험은 제거하려는 단백질의 등전점에 가깝도록 용액 pH를 조절하는 것에 의해 상이한 등전점을 갖는 2개의 단백질로 이루어진 용액으로부터 단일 단백질을 선택적으로 제거할 수 있음을 나타낸다. 예를 들어, 1-대-1 중량 단백질 용액을 α-락트알부민의 등전점에 가까운 pH 4.0에서 활성탄과 처리한 후, 용액 중의 사이토크롬 C의 조성은 50%에서부터 77%로 농축되는 반면에, 용액 중의 α-락트알부민의 조성은 50%에서부터 23%로 감소되었다.

역으로, 사이토크롬 C의 등전점에 가까운 pH 9.0에서 1-대-1 중량 단백질 용액을 활성탄으로 처리하는 것은 α-락트알부민의 용액 조성은 50%에서부터 100%로 농축된 반면에, 사이토크롬 C의 용액 조성은 50%에서부터 0%로 감소되었다.

도 1은 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 및 9.0에서 활성탄으로 처리된 후 1.0 mg/mL 사이토크롬 C 및 1.0 mg/mL의 α-락트알부민으로 이루어진 용액(50%:50% 비율) 중의 사이토크롬 C 및 α-락트알부민의 % 조성을 도시한다. 도시된 바와 같이, 활성탄은 용액 pH가 사이토크롬 C의 등전점 10.0-10.5에 가까울 때 사이토크롬 C를 선택적으로 제거하고 또 용액 pH가 α-락트알부민의 등전점 4.8에 가까울 때 α-락트알부민을 선택적으로 제거한다. 상기 그래프는 용액 pH가 제거하려는 단백질의 등전점에 가까울 때 단백질을 선택적으로 제거하기 위해 활성탄이 이용될 수 있다는 예상치 못한 결과를 나타낸다.

표 I. 1.0 mg/mL 사이토크롬 C 및 1.0 mg/mL의 α-락트알부민으로 이루어진 용액(50%:50% 비율)이 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 또는 9.0에서 활성탄으로 처리된 후 사이토크롬 C의 회수, α-락트알부민의 회수, 및 α-락트알부민에 대한 사이토크롬 C의 비율.

실시예 2. 사이토크롬 C 및 α- 락트알부민을 모두 함유하는 용액으로부터 사이토크롬 C의 선택적 제거

이 대표적 실시예는 출발 용액의 pH가 바람직하지 않은 단백질의 등전점 또는 모델 단백질성 불순물의 등전점에 가깝도록 조절될 때, 표적 단백질을 함유하는 용액으로부터 활성탄을 사용하여 바람직하지 않은 단백질 또는 모델 단백질성 불순물이 선택적으로 제거될 수 있음을 나타낸다. 이 실험에서, 많은 단백질성 불순물의 수준과 유사할 수 있는, 100,000 ppm의 사이토크롬 C를 함유하는 α-락트알부민의 용액은 정적 조건하의 pH 4.0 또는 9.0에서 활성탄과 처리되어, 사이토크롬 C의 등전점에 가까운 용액 pH를 선택하는 것에 의해 활성탄에 의해 선택적으로 또 효과적으로 사이토크롬 C가 제거될 수 있음을 나타낸다.

소의 밀크로부터의 400 mg의 α-락트알부민 (PAGE에 의해 ≥85%, 제품번호 L5385, 로트 번호 110M7003V, 시그마-알드리히 코포레이션(미국 미주리 63103 세인트루이스 소재)), 말의 심장으로부터 40 mg의 사이토크롬 C(SDS-PAGE에 의해 ≥95%, 제품번호 C2506, 로트 번호 84H7135 시그마-알드리히 코포레이션(미국 미주리 63103 세인트루이스 소재)) 및 40 mL의 물로부터 용액을 제조하였다. 이 단백질 저장 용액을 이어 0.22 μm 막(Stericup-GP 0.22 μm Millipore Express PLUS 막, 250 mL, 카탈로그 번호: SCGPU02RE, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 통하여 여과하였다.

pH 4.0 및 pH 9.0에 대한 3개의 15 mL 원심분리관에 10 mg의 Nuchar HD 활성탄(미드웨스트바코 코포레이션 (미국 버지니아 리치몬드 소재))을 로딩하였다. pH 4.0 및 pH 9.0에서 3개의 별도의 15 mL 원심분리관을 활성탄을 갖지 않는 대조군으로 사용하였다. 이어 적절한 pH(pH 4.0에 대하여 50 mM 아세테이트, pH 9.0에 대하여 50 mM 트리스)에서 2.5 mL의 완충액을 각 관에 부가하였다. 이어서, 물 중에 10.0 mg/mL의 α-락트알부민 및 1.0 mg/mL의 사이토크롬 C를 갖는 2.5 mL의 저장 단백질 용액을 각 관에 부가하였다. 이로써 5.0 mg/mL의 α-락트알부민, 0.5 mg/mL의 사이토크롬 C, 및 25 mM의 완충액 농도를 갖는 용액을 초래하였다. 이 관들은 20시간 동안 회전시켰다.

상기 관들을 원심분리처리시키고 또 상청액을 0.22 마이크론 막(Millex-GV 0.22 마이크론 필터 유닛 Durapore PVDF 막, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 통하여 여과하여, 용액 중에 현탁되어 잔존할 수 있는 활성탄 입자를 제거하였다. 역상 HPLC(기구: Agilent 1290 UPLC, 컬럼: Higgins Analytical Targa C18, 이동상: 용매 A - MilliQ Water 중의 0.1% 트리플루오로아세트산, 용매 B - 100% 아세토니트릴(HPLC 등급) 중의 0.1% 트리플루오로아세트산, 유속: 1 ml/분, 구배: 0-15 분, 5%-95% B, 컬럼을 재평형화하기 위한 10분의 포스트-타임(post-time), UV 검출기의 파장: 230 nm (550 nm 기준, 온도: 25°C)에 의해 샘플들을 분석하였다. HPLC 피크에서 측정된 면적을 기본으로 하여 단백질 회수를 산출하였다.

하기 표 II에 제시된 결과로부터 분명한 바와 같이, 모델 단백질성 불순물로서 사용된 사이토크롬 C는 사이토크롬 C의 등전점(pI 10.0-10.5)에 가까운 pH 9.0에서 사이토크롬 C 및 α-락트알부민을 함유하는 용액으로부터 선택적으로 또 효과적으로 제거되었다. 대조적으로, 사이토크롬 C의 등전점으로부터 멀리 떨어진 pH 4.0에서는 용액으로부터 아주 소량의 사이토크롬 C가 제거된다.

따라서, 단백질성 불순물의 등전점에 가까운 pH를 갖는 용액에 활성탄을 부가하는 것에 의해, 관심 있는 표적 단백질을 함유하는 용액에 존재할 수 있는 단백질성 불순물을 제거하기 위하여 유사한 분리를 실시할 수 있다.

표 II. 5.0 mg/mL의 α-락트알부민 및 0.5 mg/mL의 사이토크롬 C(100,000 ppm)으로 구성된 용액을 pH 4.0 또는 pH 9.0에서 활성탄으로 처리한 후 α-락트알부민의 회수, 사이토크롬 C의 농도, 및 제거된 사이토크롬 C의 LRV

실시예 3. 사이토크롬 C의 용액으로부터 α- 락트알부민 단백질의 선택적 제거

이 대표적 실시예는 출발 용액의 pH가 다른 바람직하지 않은 단백질 또는 모델 단백질성 불순물의 등전점에 가까울 때 활성탄을 사용하여 표적 단백질을 함유하는 용액으로부터 다른 바람직하지 않은 단백질 또는 모델 단백질성 불순물이 선택적으로 제거될 수 있음을 또한 나타낸다. 실시예 2와 대조적으로, 여기서 제거하려는 모델 불순물은 α-락트알부민이다. 이 실험에서, 사이토크롬 C와 100,000 ppm의 α-락트알부민의 용액은 정적 조건하의 pH 4.0 또는 9.0에서 활성탄과 처리되어, α-락트알부민 단백질의 등전점에 가까운 용액 pH를 선택하는 것에 의해 활성탄에 의해 α-락트알부민이 선택적으로 또 효과적으로 제거될 수 있음을 나타낸다.

말의 심장으로부터의 400 mg의 사이토크롬 C(SDS-PAGE에 의해 ≥95%, 제품번호 C2506, 로트 번호 84H7135 시그마-알드리히 코포레이션(미국 미주리 63103 세인트루이스 소재)), 소의 밀크로부터의 40 mg의 α-락트알부민(PAGE에 이해 ≥85%, 제품번호 L5385, 로트 번호 110M7003V, 시그마-알드리히 코포레이션(미국 미주리 63103 세인트루이스 소재)) 및 40 mL의 물로부터 용액을 제조하였다. 이 단백질 저장 용액을 0.22 μm 막(Stericup-GP 0.22 μm Millipore Express PLUS 막, 250 mL, 카탈로그 번호: SCGPU02RE, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 통하여 여과시켰다.

pH 4.0 및 pH 9.0에 대한 3개의 15 mL 원심분리관에 10 mg의 Nuchar HD 활성탄(미드웨스트바코 코포레이션 (미국 버지니아 리치몬드 소재))을 로딩하였다. pH 4.0 및 pH 9.0에 대한 3개의 별도의 15 mL 원심분리관을 활성탄을 갖지 않는 대조군으로 사용하였다. 이어서, 적절한 pH(pH 4.0에 대하여 50 mM 아세테이트, pH 9.0에 대하여 50 mM 트리스)에서 2.5 mL의 완충액을 각 관에 부가하였다. 이어 물 중에 10.0 mg/mL의 사이토크롬 C 및 1.0 mg/mL의 α-락트알부민을 갖는 2.5 mL의 저장 단백질 용액을 각 관에 부가하여 5.0 mg/mL의 사이토크롬 C, 0.5 mg/mL의 α-락트알부민, 및 25 mM의 완충액 농도를 갖는 용액을 초래하였다. 상기 관들은 20시간 동안 회전시켰다.

상기 관들을 원심분리처리시키고 또 상청액을 0.22 마이크론 막(Millex-GV 0.22 마이크론 필터 유닛 Durapore PVDF 막, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 통하여 여과하여, 용액 중에 현탁되어 잔존할 수 있는 활성탄 입자를 제거하였다. 역상 HPLC(기구: Agilent 1290 UPLC, 컬럼: Higgins Analytical Targa C18, 이동상: 용매 A - MilliQ Water 중의 0.1% 트리플루오로아세트산, 용매 B - 100% 아세토니트릴(HPLC 등급) 중의 0.1% 트리플루오로아세트산, 유속: 1 ml/분, 구배: 0-15 분, 5%-95% B, 컬럼을 재평형화하기 위한 10분의 포스트-타임, UV 검출기의 파장: 230 nm (550 nm 기준, 온도: 25℃)에 의해 샘플들을 분석하였다. HPLC 피크에서 측정된 면적을 기본으로 하여 단백질 회수를 산출하였다.

하기 표 III에 나타낸 바와 같이, α-락트알부민의 등전점(pI 4.8)에 가까운 pH 4.0에서 사이토크롬 C 및 α-락트알부민을 함유하는 용액으로부터 α-락트알부민 단백질이 선택적으로 또 효과적으로 제거되었다. 대조적으로, α-락트알부민의 등전점으로부터 멀리 떨어진 pH 9.0에서는 아주 소량의 α-락트알부민 단백질이 제거된다.

따라서, 실시예 2 및 3은 용액의 pH가 활성탄을 사용하여 제거하려는 단백질의 등전점과 가까우면, 활성탄을 사용하여 용액으로부터 일개 단백질이 선택적으로 또 효과적으로 제거될 수 있음을 확인시켜 주었다. 이러한 발견은 신규하며 예상치 못한 것으로, 용액으로부터 특정 단백질을 제거하거나 또는 단백질의 혼합물로부터 일개 단백질을 제거하는 것이 바람직한 다수의 상이한 예에서 이용될 수 있다.

표 III. 5.0 mg/mL 사이토크롬 C 및 0.5 mg/mL의 α-락트알부민(100,000 ppm)으로 구성된 용액을 pH 4.0 또는 pH 9.0에서 활성탄을 사용하여 처리한 후 사이토크롬 C의 회수, α-락트알부민의 농도, 및 제거된 α-락트알부민의 LRV.

실시예 4. 모노클로날 항체를 함유하는 혼합물로부터 일개 단백질을 제거하기 위한 최적 용액 pH

이 대표적 실시예는 출발 용액의 pH가 불순물의 등전점에 가까울 때, 활성탄을 사용하여 표적 단백질인 모노클로날 항체를 함유하는 용액으로부터 모델 단백질성 불순물이 선택적으로 제거될 수 있음을 나타낸다. MAb I 모노클로날 항체 및 200,000 ppm 사이토크롬 C를 함유하는 용액을 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 및 9.0에서 활성탄에 의해 처리하여, 용액 pH가 사이토크롬 C의 등전점에 가까울 때, 사이토크롬 C가 활성탄을 사용하여 용액으로부터 선택적으로 또 효과적으로 제거될 수 있음을 나타내었다.

MAb I 모노클로날 항체의 10.0 mg/mL 용액을 물에 투석시켜 투석 튜빙(dialysis tubing)(Standard RC Dialysis Trial Kits, Spectra/Por® 1-3, 3.5K MWCO, 54 mm FLAT WIDTH, 시리얼 번호: 132725, 스펙트럼 라보라토리즈 인코포레이티드(미국 캘리포니아 90220 란초 도밍게즈 소재))에 의해 완충액 염을 제거하였다. 이어 투석된 MAB I 용액의 일부를 Amicon Ultra-15 Centrifugal 필터 유닛(3 kDa, 카탈로그 번호: UFC900324, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 이용하여 농축시켰다. 상기 용액의 농축된 부분을 투석된 MAB I 용액의 나머지와 조합하여 10.0 mg/mL 농도를 갖는 저장 용액을 얻었다. MAB I 저장 용액을 이어 0.22 μm 막(Stericup-GP 0.22 μm Millipore Express PLUS 막, 250 mL, 카탈로그 번호: SCGPU02RE, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 통하여 여과하였다.

말의 심장으로부터 200 mg의 사이토크롬 C(SDS-PAGE에 의해 ≥95%, 제품번호 C2506, 로트 번호 041M7008V, 시그마-알드리히 코포레이션(미국 미주리 63103 세인트루이스 소재))를 100 mL의 10.0 mg/mL MAB I 용액에 용해시켰다. 이 저장 용액을 0.22 μm 막(Stericup-GP 0.22 μm Millipore Express PLUS 막, 250 mL, 카탈로그 번호: SCGPU02RE, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 통하여 여과하였다.

pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 및 9.0에 대한 3개의 15 mL 원심분리관에 10 mg의 Nuchar HD 활성탄(미드웨스트바코 코포레이션 (미국 버지니아 리치몬드 소재))을 로딩하였다. pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 및 9.0에 대한 3개의 별도의 15 mL 원심분리관을 활성탄을 갖지 않는 대조군으로 사용하였다. 적절한 pH(pH 4.0, 5.0, 6.0에 대해 50 mM 아세테이트 또는 pH 7.0, 8.0, 9.0에 대해 50 mM 트리스)에서 2.5 mL의 완충액을 각 관에 부가하였다. 10.0 mg/mL의 MAb I 및 2 mg/mL의 사이토크롬 C를 함유하는 2.5 mL의 저장 용액을 각 관에 부가하였다. 생성한 용액은 5.0 mg/mL의 MAB I, 1.0 mg/mL의 사이토크롬 C, 및 25 mM의 완충액 농도를 가졌다. 이 관들을 20시간 동안 회전시켰다.

상기 관들을 원심분리처리시키고 또 그 상청액을 0.22 마이크론 막(Millex-GV 0.22 마이크론 필터 유닛 Durapore PVDF 막, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 통하여 여과시켜 용액 중에 현탁되어 잔존할 수 있는 활성탄 입자를 제거하였다. 상기 샘플들을 분석용 크기 배제 크로마토그래피(기구: Agilent 1260 HPLC; 컬럼: Tosoh BiosciencesTSK-Gel Super SW3000; 이동상: 0.2M 소듐 포스페이트 pH 7.0; 유속: 0.35ml/분, 등용매 구배, 15 분 런타임; UV 검출기의 파장: 230 nm; 온도: 25℃)에 의해 분석하였다. 각 단백질의 회수는 HPLC 피크에서 측정된 A230 면적을 기본으로 하여 산출하였다.

이 실시예는, 표 IV 및 도 2에 도시된 바와 같이, 용액 pH가 사이토크롬 C의 등전점에 가까울 때, 이 경우에서 불순물인 사이토크롬 C가 모노클로날 항체 함유 용액으로부터 효과적으로 또 선택적으로 제거된다는 놀라운 발견을 제시한다. 따라서, 용액이 사이토크롬 C의 등전점(즉, pI 10.0-10.5)에 가까운 pH9.0일 때 0.9 LRV의 사이토크롬 C가 제거되었다. 대조적으로, 사이토크롬 C의 등전점과는 멀리 떨어진 pH 4.0에서는 활성탄에 의해 오직 0.01 LRV의 사이토크롬 C가 제거되었다.

도 2 중의 그래프는 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 및 9.0에서 활성탄에 의해 처리된 모노클로날 항체(MAb I) 용액으로부터 제거된 사이토크롬 C의 로그 감소값(LRV)을 도시한다. 용액 pH가 사이토크롬 C의 등전점인 10.0-10.5에 가까운 pH 9.0에서 최대량의 사이토크롬 C가 제거된다. 상기 그래프는 용액 pH가 제거하려는 단백질의 등전점에 가까울 때 활성탄이 모노클로날 항체 용액으로부터 일개 단백질을 가장 효과적으로 제거할 수 있다는 놀라운 발견을 예시한다.

따라서, 이 실시예는 용액 pH가 불순물의 등전점에 가깝게 되도록 조작하는 것에 의해 관심 있는 단백질을 함유하는 용액으로부터 단백질성 불순물을 제거하기 위해 활성탄이 이용될 수 있다는 신규하고 예상치 못한 발견을 나타낸다.

표 IV. 5.0 mg/mL MAb I 및 1.0 mg/mL의 사이토크롬 C(200,000 ppm)으로 구성된 용액을 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 또는 9.0에서 활성탄을 사용하여 처리한 후 모노클로날 항체 MAb I의 회수, 사이토크롬 C의 농도 및 제거된 사이토크롬 C의 LRV

실시예 5. 모노클로날 항체를 함유하는 용액으로부터 일개 단백질을 제거하기 위한 최적 용액 pH

이 대표적 실시예는, 출발 용액의 pH가 바람직하지 않은 단백질 또는 단백질성 불순물의 등전점에 가까울 때, 모노클로날 항체를 표적 단백질로서 함유하는 용액으로부터 활성탄을 사용하여 바람직하지 않은 단백질 또는 모델 단백질성 불순물이 선택적으로 제거될 수 있음을 나타낸다. 실시예 4와 대조적으로, 여기서 모델 불순물은 α-락트알부민이다.

모노클로날 항체 및 200,000 ppm α-락트알부민을 함유하는 용액을 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 및 9.0에서 활성탄을 사용하여 처리하여, 용액의 pH를 α-락트알부민의 등전점에 가깝게 조절하는 것에 의해, 관심 있는 단백질(즉, 이 경우에서는 모노클로날 항체)을 함유하는 용액으로부터 다른 단백질(즉, α-락트알부민)을 선택적으로 또 효과적으로 제거하기 위하여 활성탄이 사용될 수 있음을 또한 나타낸다.

MAb I 모노클로날 항체의 10.0 mg/mL 용액을 물에 투석시켜 투석 튜빙(Standard RC Dialysis Trial Kits, Spectra/Por® 1-3, 3.5K MWCO, 54 mm FLAT WIDTH, 시리얼 번호: 132725, 스펙트럼 라보라토리즈 인코포레이티드(미국 캘리포니아 90220 란초 도밍게즈 소재))에 의해 완충액 염을 제거하였다. 이어 투석된 MAB I 용액의 일부를 Amicon Ultra-15 Centrifugal 필터 유닛(3 kDa, 카탈로그 번호: UFC900324, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 이용하여 농축시켰다. 상기 용액의 농축된 부분을 투석된 MAB I 용액의 나머지와 조합하여 10.0 mg/mL 농도를 갖는 저장 용액을 얻었다. MAB I 저장 용액을 이어 0.22 μm 막(Stericup-GP 0.22 μm Millipore Express PLUS 막, 250 mL, 카탈로그 번호: SCGPU02RE, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 통하여 여과하였다.

소의 밀크로부터 200 mg의 α-락트알부민(PAGE에 의해 ≥85%, 제품번호 L5385, 로트 번호 110M7003V, 시그마-알드리히 코포레이션(미국 미주리 63103 세인트루이스 소재))을 100 mL의 10.0 mg/mL MAB I 용액에 용해시켰다. 이 저장 용액을 0.22 μm 막(Stericup-GP 0.22 μm Millipore Express PLUS 막, 250 mL, 카탈로그 번호: SCGPU02RE, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 통하여 여과시켰다.

pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 및 9.0에 대한 3개의 15 mL 원심분리관에 10 mg의 Nuchar HD 활성탄(미드웨스트바코 코포레이션 (미국 버지니아 리치몬드 소재))을 로딩하였다. pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 및 9.0에 대한 3개의 별도의 15 mL 원심분리관을 활성탄을 갖지 않는 대조군으로 사용하였다. 이어서, 적절한 pH(pH 4.0, 5.0, 6.0에 대해 50 mM 아세테이트 또는 pH 7.0, 8.0, 9.0에 대해 50 mM 트리스)에서 2.5 mL의 완충액을 각 관에 부가하였다. 10.0 mg/mL의 MAb I 및 2.0 mg/mL의 α-락트알부민을 함유하는 2.5 mL의 저장 용액을 각 관에 부가하였다. 생성한 용액은 5.0 mg/mL의 MAB I, 1 mg/mL의 α-락트알부민, 및 25 mM의 완충액 농도를 가졌다. 이 관들을 20시간 동안 회전시켰다.

이 실시예는 실시예 4와 함께, 표 V 및 도 3에 도시된 바와 같이, 용액 pH를 바람직하지 않은 단백질의 등전점에 가깝도록 단순히 조절하는 것에 의해 관심 있는 단백질(이 경우에서는 모노클로날 항체)을 함유하는 용액에 존재하는 바람직하지 않은 단백질(이 경우에서는 α-락트알부민)을 실질적으로 선택적으로 또 효과적으로 제거하기 위해 활성탄이 사용될 수 있음을 나타낸다. 이 경우에서, α-락트알부민은, 용액의 pH가 α-락트알부민의 등전점에 가까울 때, 모노클로날 항체를 함유하는 용액으로부터 선택적으로 또 효과적으로 제거되었다. 예를 들어, 용액이 α-락트알부민의 등전점(pI 4.8)에 가까운 pH 5.0이었을 때, 0.57 LRV의 α-락트알부민이 제거되었다. 대조적으로, α-락트알부민의 등전점으로부터 멀리 떨어진 pH 9.0에서는 오직 0.12 LRV의 α-락트알부민이 활성탄에 의해 제거되었다.

도 3의 그래프는 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 및 9.0에서 활성탄으로 처리된 모노클로날 항체(MAb I) 용액으로부터 제거된 α-락트알부민의 로그 감소값(LRV)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 용액 pH가 α-락트알부민의 등전점인 4.8에 가장 가까운 pH 5.0에서 최대량의 α-락트알부민이 제거되었다. 상기 그래프는 용액 pH가 제거하려는 단백질의 등전점에 가까울 때 활성탄이 모노클로날 항체 용액으로부터 일개 단백질을 가장 효과적으로 제거한다는 예상치 못한 발견을 나타낸다.

표 V. 5.0 mg/mL MAb I 및 1 mg/mL의 α-락트알부민(200,000 ppm)으로 구성된 용액을 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 또는 9.0에서 활성탄으로 처리한 후 모노클로날 항체 MAb I의 회수, α-락트알부민의 농도, 및 제거된 α-락트알부민의 LRV

실시예 6. 모노클로날 항체를 함유하는 혼합물로부터 일개 단백질을 제거하기 위한 최적 용액 pH

이 대표적 실시예는, 출발 용액의 pH가 바람직하지 않은 단백질 또는 단백질성 불순물의 등전점에 가까울 때, 표적 단백질인 모노클로날 항체를 함유하는 용액으로부터 활성탄을 사용하여 바람직하지 않은 단백질 또는 모델 단백질성 불순물이 선택적으로 제거될 수 있음을 나타낸다. 실시예 4 및 5와 대조적으로, 여기서 모델 불순물은 라이소자임이다.

MAb I 모노클로날 항체 및 200,000 ppm 라이소자임을 함유하는 용액을 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 및 9.0에서 활성탄으로 처리하여 용액 pH가 라이소자임의 등전점에 가까울 때 활성탄을 사용하여 라이소자임이 용액으로부터 선택적으로 또 효과적으로 제거될 수 있음을 나타내었다.

닭난백으로부터 80 mg의 라이소자임(≥98% SDS-PAGE, 제품번호 L4919, 로트 번호 100M1897V1, Sigma-Aldrich Corporation St. Louis, MO, 63103, USA)을 40 mL의 10.0 mg/mL MAB I 용액에 용해시켰다. 이 저장 용액을 0.22 μm 막(Stericup-GP 0.22 μm Millipore Express PLUS 막, 250 mL, 카탈로그 번호: SCGPU02RE, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 통하여 여과시켰다.

pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 및 9.0에 대한 원심분리관에 10 mg의 Nuchar HD 활성탄(미드웨스트바코 코포레이션 (미국 버지니아 리치몬드 소재))을 로딩하였다. pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 및 9.0에 대한 별도의 15 mL 원심분리관을 활성탄을 갖지 않는 대조군으로 사용하였다. 이어서, 적절한 pH(pH 4.0, 5.0, 6.0에 대해 50 mM 아세테이트 또는 pH 7.0, 8.0, 9.0에 대해 50 mM 트리스)에서 2.5 mL의 완충액을 각 관에 부가하였다. 10.0 mg/mL의 MAb I 및 2 mg/mL의 라이소자임을 함유하는 2.5 mL의 저장 용액을 각 관에 부가하였다. 생성한 용액은 5.0 mg/mL의 MAB I, 1.0 mg/mL의 라이소자임, 및 25 mM의 완충액 농도를 가졌다. 이 관들을 20시간 동안 회전시켰다.

이 실시예는 표 VI 및 도 4에 도시된 바와 같이, 용액 pH가 라이소자임의 등점점에 가까울 때 이 경우에서 불순물로 분류된 라이소자임이 모노클로날 항체 함유 용액으로부터 효과적으로 또 선택적으로 제거되는 예상치 못한 발견을 나타낸다. 따라서, 용액이 라이소자임의 등전점(즉, pI 11.2-11.3)과 가까운 pH 9.0일 때 0.47 LRV의 라이소자임이 제거되었다. 대조적으로, 라이소자임의 등전점으로부터 멀리 떨어진 pH 4.0에서는 오직 0.08 LRV의 라이소자임이 활성탄에 의해 제거되었다.

도 4의 그래프는 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 및 9.0에서 활성탄으로 처리된 모노클로날 항체(MAb I) 용액으로부터 제거된 라이소자임의 로그 감소값(LRV)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 용액 pH가 라이소자임의 등전점인 11.2-11.3에 가장 가까운 pH 9.0에서 최대량의 라이소자임이 제거되었다. 상기 그래프는 용액 pH가 제거하려는 단백질의 등전점에 가까울 때 활성탄이 모노클로날 항체 용액으로부터 일개 단백질을 가장 효과적으로 제거한다는 예상치 못한 발견을 나타낸다.

따라서, 실시예 4 및 5와 함께 상기 실시예는 용액 pH가 불순물의 등전점에 가깝도록 조절하는 것에 의해 관심을 두고 있는 단백질을 함유하는 용액으로부터 단백질성 불순물을 제거하기 위해 활성탄이 사용될 수 있다는 신규하고 예상치 못한 발견을 나타낸다.

표 VI. 5.0 mg/mL MAb I 및 1.0 mg/mL의 라이소자임(200,000 ppm)으로 구성된 용액을 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 또는 9.0에서 활성탄으로 처리한 후 모노클로날 항체 MAb I의 회수, 라이소자임의 농도, 및 제거된 라이소자임의 LRV

실시예 7. 모노클로날 항체를 함유하는 혼합물로부터 일개 단백질을 제거하기 위한 최적 용액 pH

이 대표적 실시예는, 출발 용액의 pH가 단백질성 불순물의 등전점에 가까울 때, 표적 단백질로서 모노클로날 항체를 함유하는 용액으로부터 모델 단백질성 불순물이 활성탄을 사용하여 선택적으로 제거될 수 있음을 나타낸다. 실시예 4, 5, 및 6과 대조적으로, 이 실시예에서 사용된 모델 불순물은 BSA이다.

MAb I 모노클로날 항체 및 100,000 ppm BSA를 함유하는 용액을 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 및 9.0에서 활성탄으로 처리하여, 용액 pH가 BSA의 등전점에 가까울 때 활성탄을 사용하여 상기 용액으로부터 BSA가 선택적으로 또 효과적으로 제거될 수 있음을 나타내었다.

MAb I 모노클로날 항체의 10.0 mg/mL 용액을 물에 투석시켜 투석 튜빙(Standard RC Dialysis Trial Kits, Spectra/Por® 1-3, 3.5K MWCO, 54 mm FLAT WIDTH, 시리얼 번호: 132725, 스펙트럼 라보라토리즈 인코포레이티드 (미국 캘리포니아 90220 란초 도밍게즈 소재))에 의해 완충액 염을 제거하였다. 투석된 MAB I 용액의 일부를 Amicon Ultra-15 Centrifugal 필터 유닛(3 kDa, 카탈로그 번호: UFC900324, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 이용하여 농축시켰다. 상기 용액의 농축된 부분을 투석된 MAB I 용액의 나머지 부분과 다시 조합하여, 10.0 mg/mL 농도를 갖는 저장 용액을 초래하였다. 이 MAB I 저장 용액을 0.22 μm 막(Stericup-GP 0.22 μm Millipore Express PLUS 막, 250 mL, 카탈로그 번호: SCGPU02RE, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 통하여 여과하였다.

소 혈청으로부터의 40 mg의 알부민(≥98% SDS-PAGE, 제품번호 A7906, 로트 번호 SLBC0647V, Sigma-Aldrich Corporation St. Louis, MO, 63103, USA)을 40 mL의 10.0 mg/mL MAB I 용액에 용해시켰다. 이 저장 용액을 0.22 μm 막(Stericup-GP 0.22 μm Millipore Express PLUS 막, 250 mL, 카탈로그 번호: SCGPU02RE, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 통하여 여과하였다.

pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 및 9.0에 대한 원심분리관에 10 mg의 Nuchar HD 활성탄(미드웨스트바코 코포레이션 (미국 버지니아 리치몬드 소재))을 로딩하였다. pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 및 9.0에 대한 별도의 15 mL 원심분리관을 활성탄을 갖지 않는 대조군으로 사용하였다. 적절한 pH(pH 4.0, 5.0, 6.0에 대해 50 mM 아세테이트 또는 pH 7.0, 8.0, 9.0에 대해 50 mM 트리스)에서 2.5 mL의 완충액을 각 관에 부가하였다. 10.0 mg/mL의 MAb I 및 1 mg/mL의 BSA를 함유하는 2.5 mL의 저장 용액을 각 관에 부가하였다. 생성한 용액은 5.0 mg/mL의 MAB I, 0.5 mg/mL의 BSA, 및 25 mM의 완충액 농도를 가졌다. 이 관들을 20시간 동안 회전시켰다.

이 실시예는 표 VII 및 도 5에 도시된 바와 같이, 용액 pH가 BSA의 등점점에 가까울 때 이 경우에서 단백질성 불순물로 사용된 BSA가 모노클로날 항체 함유 용액으로부터 효과적으로 또 선택적으로 제거되는 예상치 못한 발견을 나타낸다. 따라서, 용액이 BSA의 등전점(즉, pI 4.9)과 가까운 pH 5.0일 때 0.40 LRV의 BSA가 제거되었다. 대조적으로, BSA의 등전점으로부터 멀리 떨어진 pH 9.0에서는 오직 0.06 LRV의 BSA가 활성탄에 의해 제거되었다.

도 5의 그래프는 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 및 9.0에서 활성탄으로 처리된 모노클로날 항체(MAb I) 용액으로부터 제거된 BSA의 로그 감소값(LRV)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 용액 pH가 BSA의 등전점인 4.9에 가장 가까운 pH 5.0에서 최대량의 BSA가 제거되었다. 상기 그래프는 용액 pH가 제거하려는 단백질의 등전점에 가까울 때 활성탄이 모노클로날 항체 용액으로부터 일개 단백질을 가장 효과적으로 제거한다는 예상치 못한 발견을 나타낸다.

따라서, 실시예 4, 5 및 6과 함께 상기 실시예는 용액 pH를 불순물의 등전점에 가깝도록 조절하는 것에 의해 관심을 두고 있는 단백질을 함유하는 용액으로부터 단백질성 불순물을 제거하기 위해 활성탄이 사용될 수 있다는 신규하고 예상치 못한 발견을 나타낸다.

표 VII. 5.0 mg/mL MAb I 및 0.5 mg/mL의 BSA(100,000 ppm)으로 구성된 용액을 정적 조건하의 pH 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 또는 9.0에서 활성탄으로 처리한 후 모노클로날 항체 MAb I의 회수, BSA의 농도, 및 제거된 BSA의 LRV

실시예 8. 몇 개의 상이한 유형의 활성탄을 사용하여 α- 락트알부민의 용액으로부터 사이토크롬 C 단백질의 선택적 제거

이 대표적 실시예는 본 명세서에 기재된 방법이 몇 개의 상이한 유형의 활성탄을 사용하여 성공적으로 실시될 수 있음을 나타낸다.

모델 단백질성 불순물로 사용된 100,000 ppm의 사이토크롬 C를 갖는 α-락트알부민의 용액을 pH 4.0 및 pH 9.0에서 몇 개의 상이한 유형의 활성탄을 사용하여 처리하였다. 이 실시예는 단백질성 불순물의 등전점에 가까운 용액 pH를 선택하는 것에 의해 표적 단백질을 함유하는 용액으로부터 단백질성 불순물을 선택적으로 또 효과적으로 제거하기 위해 몇 개의 상이한 유형의 활성탄이 사용될 수 있음을 나타낸다.

소의 밀크로부터 800 mg의 α-락트알부민(PAGE에 의해 ≥85%, 제품번호 L5385, 로트 번호 110M7003V, 시그마-알드리히 코포레이션(미국 미주리 63103 세인트루이스 소재)), 말의 심장으로부터 80 mg의 사이토크롬 C(SDS-PAGE에 의해 ≥95%, 제품번호 C2506, 로트 번호 84H7135 시그마-알드리히 코포레이션(미국 미주리 63103 세인트루이스 소재)) 및 80 mL의 물을 사용하여 용액을 제조하였다. 물 중의 10.0 mg/mL의 α-락트알부민 및 1.0 mg/mL의 사이토크롬 C로 이루어진 단백질 저장 용액을 0.22 μm 막(Stericup-GP 0.22 μm Millipore Express PLUS 막, 250 mL, 카탈로그 번호: SCGPU02RE, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 사용하여 여과하였다.

pH 4.0 및 pH 9.0에서 3개의 15 mL 원심분리관에 10 mg의 미드웨스트바코 Nuchar HD 활성탄(미드웨스트바코 코포레이션 (미국 버지니아 리치몬드 소재)), 10 mg의 Norit Darco KB-G 활성탄(노리트 어메리카스 인코포레이티드 (미국 텍사스 마샬 소재)), 또는 10 mg의 Norit CGP Super 활성탄(노리트 어메리카스 인코포레이티드 (미국 텍사스 마샬 소재))을 로딩하였다. pH 4.0 및 pH 9.0에서 3개의 별도의 15 mL 원심분리관을 활성탄을 갖지 않는 대조군으로 사용하였다. 적절한 pH(pH 4.0에 대해 50 mM 아세테이트 또는 pH 9.0에 대해 50 mM 트리스)에서 2.5 mL의 완충액을 각 관에 부가하였다. 물에 10.0 mg/mL의 α-락트알부민 및 1.0 mg/mL의 사이토크롬 C를 함유하는 2.5 mL의 저장 용액을 각 관에 부가하였다. 이에 의해 5.0 mg/mL의 α-락트알부민, 0.5 mg/mL의 사이토크롬 C, 및 25 mM의 완충액 농도를 가진 용액을 생성하였다. 이 관들을 20시간 동안 회전시켰다.

이 실시예는, 표 VIII에 요약된 바와 같이, 모델 불순물로서 사용된 사이토크롬 C는, 시험된 3개의 상이한 유형의 활성탄을 사용하여 사이토크롬 C의 등전점(pI 10.0-10.5)에 가까운 pH 9.0에서 α-락트알부민을 함유하는 용액으로부터 선택적으로 또 효과적으로 제거될 수 있음을 나타낸다. 대조적으로, 시험된 3가지 유형의 모든 활성탄의 경우에서 사이토크롬 C의 등전점으로부터 멀리 떨어진 pH 4.0에서는 α-락트알부민 용액으로부터 매우 소량의 사이토크롬 C 불순물이 제거되었다. 따라서, 이 실시예는 단백질 불순물을 제거하는 활성탄의 능력이 특정 유형의 활성탄에 한정되지 않고, 다양한 상이한 활성탄 유형에 적용되는 나타낸다.

표 VIII. pH 4.0 및 pH 9.0에서 몇 개의 상이한 유형의 활성탄으로 처리된 후 용액 중에 잔존하는 α-락트알부민(ppm)에 대한 사이토크롬 C의 농도

실시예 9. 팩킹된 활성탄 컬럼을 유통한 α- 락트알부민의 용액으로부터 사이토크롬 C 단백질의 선택적 제거

이 대표적 실시예는 본 명세서에 기재된 방법이 장치에 팩킹된 활성탄을 사용하여 플로우 쓰루 다이나믹 모드(flow through dynamic mode)로 실시될 수 있음을 나타낸다. 여기서 나타낸 바와 같이, 용액 pH를 다이나믹 플로우 쓰루 조건하에서 바람직하지 않은 단백질 또는 단백질성 불순물의 등전점에 가깝도록 선택하는 것에 의해 표적 단백질을 함유하는 샘플로부터 바람직하지 않은 단백질 또는 단백질성 불순물을 선택적으로 또 효과적으로 제거하기 위해 활성탄이 사용될 수 있다.

소의 밀크로부터 1500 mg의 α-락트알부민(PAGE에 의해 ≥85%, 제품번호 L5385, 로트 번호 110M7003V, 시그마-알드리히 코포레이션(미국 미주리 63103 세인트루이스 소재)), 말의 심장으로부터 80 mg의 사이토크롬 C(SDS-PAGE에 의해 ≥95%, 제품번호 C2506, 로트 번호 84H7135 시그마-알드리히 코포레이션(미국 미주리 63103 세인트루이스 소재)) 및 150 mL의 물을 사용하여 용액을 제조하였다. 물 중에 10.0 mg/mL의 α-락트알부민 및 1.0 mg/mL의 사이토크롬 C로 이루어진 단백질 저장 용액을 0.22 μm 막(Stericup-GP 0.22 μm Millipore Express PLUS 막, 250 mL, 카탈로그 번호: SCGPU02RE, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 사용하여 여과하였다.

물 중의 상기 저장 용액의 60 mL 부분과 pH 4.0의 50 mM 소듐 아세테이트 60 mL를 혼합하여, pH 4.0에서 5.0 mg/mL의 α-락트알부민, 0.5 mg/mL의 사이토크롬 C, 및 25 mM 아세테이트를 갖는 용액을 얻는 것에 의해 pH 4.0의 저장 용액을 제조하였다. 물 중의 상기 저장 용액의 60 mL 부분과 pH 9.0의 50 mM 트리스 60 mL를 혼합하여 pH 9.0에서 5.0 mg/mL의 α-락트알부민, 0.5 mg/mL의 사이토크롬 C, 및 25 mM 트리스를 함유하는 용액을 얻는 것으로 pH 9.0의 저장 용액을 제조하였다. 상기 저장 용액들을 0.22 μm 막(Stericup-GP 0.22 μm Millipore Express PLUS 막, 250 mL, 카탈로그 번호: SCGPU02RE, EMD 밀리포어 코포레이션(미국 매사추세츠 01821 빌레리카 소재))을 통하여 여과하였다.

2개의 유리 크로마토그래피 컬럼(Omnifit Benchmark 컬럼 10 mm/100 mm, 10 mm 직경, 100 mm 길이, SKU: 006BCC-10-10-AF, 디바 인더스트리스 제조(미국 커네티컷 06810 댄버리 소재))에 물에서 슬러리화된 200 mg의 Nuchar HD 활성탄(미드웨스트바코 코포레이션 (미국 버지니아 리치몬드 소재))을 로딩하여 0.8 mL 팩킹된 컬럼 부피를 생성하였다. 이 컬럼들은 활성탄 슬러리를 통하여 수성 완충액을 흘려주는 것에 의해 팩킹되었다. 1개 컬럼은 25 mM 소듐 아세테이트(pH 4.0)에 의해 평형화시키고 또 두번째 컬럼은 25 mM 트리스(pH 9.0)에 의해 평형화시켰다.

pH 4.0 또는 pH 9.0의 저장 용액 100 mL를 적절하게 평형화된 활성탄 컬럼을 0.4 mL/분으로 통과시켜, 12.5 mL의 완충액(pH4.0에서는 25 mM 소듐 아세테이트, pH 9.0에서는 25 mM 트리스) 이후 활성탄 컬럼에서 2.0분의 체류시간을 초래하였다. 12.5 mL의 분획 9개를 수집하였다. 개별 분획 및 모든 9개의 모아진 샘플을 역상 HPLC 분석처리시켰다. 샘플들을 역상 HPLC(기구: Agilent 1290 UPLC, 컬럼: Higgins Analytical Targa C18, 이동상: 용매 A - MilliQ Water 중의 0.1% 트리플루오로아세트산, 용매 B - 100% 아세토니트릴 중의 0.1% 트리플루오로아세트산 (HPLC 등급), 유속: 1 ml/분, 구배: 0-15 분, 5%-95% B, 컬럼을 재평형화하기 위하여 10분의 포스트-시간, UV 검출기의 파장: 230 nm (550 nm 기준, 온도: 25℃)에 의해 분석하였다. 단백질의 회수는 HPLC 피크로 측정된 면적을 기준으로 산출하였다.

이 실시예의 결과는, 표 IX 및 표 X 뿐만 아니라 도 6 및 7에 요약된 바와 같이, 유동 조건하에서 바람직하지 않은 단백질 또는 단백질성 불순물의 등전점에 가깝게 용액 pH를 선택하는 것에 의해 표적 단백질을 함유하는 샘플로부터 바람직하지 않은 단백질 또는 단백질성 불순물을 선택적으로 또 효과적으로 제거하기 위하여 활성탄이 사용될 수 있음을 나타낸다. 본 실시예에서 모델 단백질성 불순물로서 사용된 사이토크롬 C를, α-락트알부민을 함유하는 용액으로부터 활성탄을 사용하여, 플로우 쓰루 제거하는 것은 용액 pH에 상당히 의존적이었다. pH 4.0에서 사이토크롬 C는 α-락트알부민과 함께 제1 분획에서 돌파(breakthrough)하였다. 대조적으로, pH 9.0에서, 사이토크롬 C의 돌파는 컬럼에 활성탄 리터당 1.09 kg의 α-락트알부민을 로딩하였을 때 제7 분획까지 관찰되지 않았다. 개별 분획의 풀(pool)로부터 산출된 α-락트알부민의 전체 회수는 pH 4.0에서는 겨우 88%인 반면에 pH 9.0에서는 94%이었다. 상기 용액이 pH4.0에서 활성탄 컬럼을 통과한 후, α-락트알부민과 대조한 사이토크롬 C의 농도는 100,000 ppm에서부터 106,125 ppm으로 증가하여, -0.03의 사이토크롬 C의 LRV를 초래하였다. 대조적으로, 상기 용액이 pH 9.0에서 활성탄 컬럼을 통과한 후, α-락트알부민과 대조한 사이토크롬 C의 농도는 100,000 ppm에서부터 10,584 ppm으로 현저히 감소하여, 0.98의 사이토크롬 C의 LRV를 초래하였다. 이 실시예는 유동 조건하에서 활성탄을 사용하여 샘플 중의 표적 단백질의 순도를 증가시키기 위하여 이상적 용액 pH는 샘플로부터 제거하려는 단백질성 불순물 또는 바람직하지 않은 단백질의 등전점에 가까운 용액 pH임을 나타낸다.

도 6은 pH 4에서 5.0 mg/mL의 α-락트알부민 및 0.5 mg/mL의 사이토크롬 C의 용액이 활성탄 컬럼을 통과한 후 수집된 12.5 mL 분획 중의 사이토크롬 C 및 α-락트알부민의 농도를 도시한다. 상기 그래프는 유동 조건하에서 활성탄으로 처리된 α-락트알부민으로부터 사이토크롬 C를 제거하는 것은 용액 pH 4.0이 사이토크롬 C의 등전점 10.0-10.5로부터 멀리 떨어져 있기 때문에 효과가 없음을 나타낸다.

도 7은 pH 9에서 5.0 mg/mL의 α-락트알부민 및 0.5 mg/mL의 사이토크롬 C의 용액이 활성탄 컬럼을 통과한 후 수집된 12.5 mL 분획 중의 사이토크롬 C 및 α-락트알부민의 농도를 도시한다. 상기 그래프는 유동 조건하에서 활성탄으로 처리된 α-락트알부민으로부터 사이토크롬 C를 제거하는 것은 용액 pH 9.0이 사이토크롬 C의 등전점 10.0-10.5와 가깝기 때문에 효과적임을 나타낸다.

표 IX. 5 mg/mL 사이토크롬 C 및 5 mg/mL의 α-락트알부민을 함유하는 용액이 pH 4.0 또는 pH 9.0에서 활성탄 컬럼을 플로우 쓰루 통과한 후 수집된 컬럼 분획에 대한 사이토크롬 C 및 α-락트알부민의 농도(mg/mL)

표 X. 5 mg/mL의 α-락트알부민 중에 100,000 ppm 사이토크롬 C를 함유하는 용액이 pH 4.0 또는 pH 9.0에서 활성탄 컬럼을 플로우 쓰루 통과한 후, 수집된 컬럼 분획에 있어서 α-락트알부민에 대조한 사이토크롬 C의 농도 (ppm)

참조에 의해 본 명세서에 포함된 명세서 내에 인용된 참고문헌의 가르침을 참조하여 본 발명은 가장 완전히 이해된다. 본 명세서 내의 실시양태는 본 발명의 실시양태의 예시를 제공하며 그 범위를 한정하려는 것이 아니다. 당업자들은 다수의 다른 실시양태가 본 발명에 포함됨을 인지할 것이다. 모든 문헌 및 발명은 그 전체 내용이 참조에 의해 본 명세서에 포함된다. 표준으로 포함된 물질이 본 발명의 명세서와 상반되거나 또는 일치하지 않는 정도에 따라, 본 명세서는 그러한 물질을 초월할 것이다. 본 명세서에서 기준의 인용은 그러한 기준이 본 발명에 대한 종래 기술이라고 인정하는 것은 아니다.

다르게 나타내지 않는 한, 특허청구범위를 포함한 본 발명의 명세서에서 이용된 성분, 세포 배양물, 처리 조건 등과 관련된 양을 표현하는 모든 숫자는 예를 들어 용어 "약"에 의해 변형되는 것으로 이해된다. 따라서, 상반되게 나타내지 않는 한, 숫자 변수는 근사치이고 또 본 발명에 의해 얻고자 하는 소망하는 특성에 따라서 달라질 수 있다. 다르게 나타내지 않는 한, 일련의 요소 앞에 나오는 용어 "적어도"는 이 시리즈 중의 모든 요소를 지칭하는 것으로 이해된다. 당업자들은 통상적인 실험 이외에, 본 명세서에 기재된 본 발명의 특정 실시양태에 대한 다수의 등가물을 이용하여 인식하거나, 또는 확인할 수 있을 것이다. 이러한 등가물은 이하의 특허청구범위에 의해 포함되는 것으로 이해된다.

본 발명의 다수의 변형 및 변이는 당업자에게 분명한 바와 같이 본 발명의 정신과 범위로부터 벗어나지 않고 행해질 수 있다. 본 명세서에 기재된 특정 실시양태는 예시적으로만 기재된 것이고 어떠한 의미로든 제한을 의미하지 않는다. 명세서 및 실시예는 예시적으로만 간주되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위 및 정신은 이하의 특허청구범위에 의해 표시된다.

Claims

(a) 하나를 선택적으로 제거하려 하는 적어도 2개의 단백질을 포함하는 샘플을 제공하는 단계;
(b) 상기 샘플의 용액 pH가 선택적으로 제거하려는 단백질의 등전점의 2.0 pH 단위 내에 들도록 상기 샘플의 용액 pH를 조정하는 단계;
(c) 상기 샘플을 활성탄과 접촉시키는 단계, 이때 활성탄은 선택적으로 제거될 단백질에 결합함; 및
(d) 상기 샘플로부터 활성탄을 제거함으로써, 활성탄 결합된 단백질을 상기 샘플로부터 선택적으로 제거하는 단계를 포함하는,
적어도 2개의 단백질을 포함하는 샘플로부터 일개 단백질을 선택적으로 제거하는 방법.
(a) 표적 단백질 및 적어도 하나의 바람직하지 않은 단백질을 포함하는 샘플을 제공하는 단계;
(b) 상기 샘플의 용액 pH가 적어도 하나의 바람직하지 않은 단백질의 등전점의 2.0 pH 유닛 이내에 들도록 상기 샘플의 용액 pH를 조정하는 단계;
(c) 상기 샘플을 활성탄과 접촉시키는 단계, 이때 활성탄은 적어도 하나의 바람직하지 않은 단백질과 결합함;
(d) 상기 샘플로부터 활성탄을 제거함으로써 샘플 중의 표적 단백질의 순도를 증가시키는 단계, 이때 상기 활성탄은 적어도 하나의 바람직하지 않은 단백질에 결합됨;를 포함하는,
표적 단백질 및 적어도 하나의 바람직하지 않은 단백질을 포함하는 샘플에서 표적 단백질의 순도를 증가시키는 방법.
제1항에 있어서, 상기 pH가 선택적으로 제거하려는 단백질의 등전점의 1.0 pH 유닛 이내인 방법.
제2항에 있어서, 상기 pH가 적어도 하나의 바람직하지 않은 단백질의 등전점의 1.0 pH 유닛 이내인 방법.
제1항에 있어서, 선택적으로 제거되는 단백질이 단백질성 불순물인 방법.
제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 바람직하지 않은 단백질이 단백질성 불순물인 방법.
제2항에 있어서, 상기 표적 단백질이 면역글로불린인 방법.
제7항에 있어서, 상기 면역글로불린이 모노클로날 항체인 방법.
제7항에 있어서, 상기 면역글로불린이 폴리클로날 항체인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제거 단계가 여과 또는 원심분리를 포함하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 표적 단백질이 재조합 단백질인 방법.
제2항에 있어서, 상기 표적 단백질의 순도는 적어도 50%, 또는 적어도 60%, 또는 적어도 70%, 또는 적어도 80%, 또는 적어도 90% 또는 그 이상으로 증가하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 샘플이 세포 배양물 공급물을 포함하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 세포 배양물 공급물이 CHO 세포 배양물 공급물인 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 샘플이 포유동물 발현 계에서 발현된 단백질을 포함하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 샘플이 비-포유동물 발현 계에서 발현된 단백질을 포함하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 샘플이 조절 단계 이전에 정화 단계에 처리되는 방법.
제17항에 있어서, 상기 정화 단계는 원심분리, 침강, 심층여과 또는 스크린 여과, 응집제를 사용한 착화, 및 pH 변화로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.