WO2001037959A1 - Method for separating cells and biomolecules using counter-current chromatography - Google Patents

Method for separating cells and biomolecules using counter-current chromatography Download PDF

Info

Publication number
WO2001037959A1
WO2001037959A1 PCT/EP2000/011520 EP0011520W WO0137959A1 WO 2001037959 A1 WO2001037959 A1 WO 2001037959A1 EP 0011520 W EP0011520 W EP 0011520W WO 0137959 A1 WO0137959 A1 WO 0137959A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
separation
modified
biomolecules
cells
unmodified
Prior art date
Application number
PCT/EP2000/011520
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Renate BLÜTTERS-SAWATZKI
Peter Czermak
Original Assignee
Scinu Tec Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Scinu Tec Gmbh filed Critical Scinu Tec Gmbh
Priority to AU23581/01A priority Critical patent/AU2358101A/en
Priority to EP00987272A priority patent/EP1231992A1/en
Publication of WO2001037959A1 publication Critical patent/WO2001037959A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28014Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their form
    • B01J20/28023Fibres or filaments
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23CDAIRY PRODUCTS, e.g. MILK, BUTTER OR CHEESE; MILK OR CHEESE SUBSTITUTES; MAKING THEREOF
    • A23C3/00Preservation of milk or milk preparations
    • A23C3/07Preservation of milk or milk preparations by irradiation, e.g. by microwaves ; by sonic or ultrasonic waves
    • A23C3/076Preservation of milk or milk preparations by irradiation, e.g. by microwaves ; by sonic or ultrasonic waves by ultraviolet or infrared radiation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D15/00Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/10Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features
    • B01D15/18Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to flow patterns
    • B01D15/1814Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by constructional or operational features relating to flow patterns recycling of the fraction to be distributed
    • B01D15/1821Simulated moving beds
    • B01D15/185Simulated moving beds characterized by the components to be separated
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/30Processes for preparing, regenerating, or reactivating
    • B01J20/32Impregnating or coating ; Solid sorbent compositions obtained from processes involving impregnating or coating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K1/00General methods for the preparation of peptides, i.e. processes for the organic chemical preparation of peptides or proteins of any length
    • C07K1/14Extraction; Separation; Purification
    • C07K1/16Extraction; Separation; Purification by chromatography
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D15/00Separating processes involving the treatment of liquids with solid sorbents; Apparatus therefor
    • B01D15/08Selective adsorption, e.g. chromatography
    • B01D15/26Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism
    • B01D15/38Selective adsorption, e.g. chromatography characterised by the separation mechanism involving specific interaction not covered by one or more of groups B01D15/265 - B01D15/36
    • B01D15/3804Affinity chromatography
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2215/00Separating processes involving the treatment of liquids with adsorbents
    • B01D2215/02Separating processes involving the treatment of liquids with adsorbents with moving adsorbents
    • B01D2215/023Simulated moving beds

Definitions

  • the invention relates to a method for the separation of cells and biomolecules from mixtures which contain these cells and biomolecules by means of continuous countercurrent chromatography with continuous sample application and removal using solid separation materials.
  • chromatographic processes have already been developed for the purification of biological substances or substance mixtures. These include, for example, HPLC, anion exchange chromatography, gel filtration, affinity chromatography and hydrophobic matrix chromatography.
  • These methods also include those that, for. B. work with affinity chromatography.
  • mild application media are used, from which the substance to be obtained is removed by relatively strong binding to the separation medium.
  • the subsequent selective detachment from the separation medium then always requires the use of a relatively drastic so-called elution medium, with the aid of which the substance sought can then be obtained in a second separate step.
  • elution media are usually very rich in salt, and therefore the substances sought have to be freed from the salt load in a very complex manner.
  • DE 1 9938394 A1 and DE 3930947 A1 describe affinity chromatography methods which use absorption on surfaces.
  • the molecules to be separated such as antibodies, are covalently bound to the separation surfaces by means of strong bonds. Due to the strong connection to such surfaces, the selective detachment of the corresponding substances can only take place by using specific elution media, the substance previously bound to the support being detached by this elution medium in a second separate step. Thus, such methods cannot be used for continuous Chromatography methods, such as the countercurrent method described above, can be used.
  • Continuous chromatographic processes have therefore already been developed in which the fluid to be chromatographed or a multicomponent mixture is fed continuously and the separated fractions are also continuously removed.
  • Some of these are so-called countercurrent processes.
  • a representative of such a countercurrent process is, for example, the so-called simulated moving bed process (SMB).
  • SMB simulated moving bed process
  • SMB simulated moving bed process
  • TMB True Moving Bed
  • the so-called True Moving Bed (TMB) process also belongs to these continuous countercurrent processes.
  • the time-dependent chromatographic separation of the column chromatography is converted into a spatially resolved separation.
  • This known countercurrent process mainly uses porous, particulate separation media.
  • porous materials have always been used, as described, for example, in WO 9803242.
  • the delaying effect that causes the separation of the biomolecules is a different flow of the molecules through the pores or past the pores, depending on the size of the molecule.
  • Interactions are examples of such weak interactions.
  • Weak interactions are understood to mean those bonds, which are typically typical of biomolecules, that are not covalent in nature and are relatively unstable, such as e.g. B. the already known hydrogen bonds, hydrophobic and electrostatic bonds and van der Waals forces.
  • the description of such weak interactions, as are known for many interactions between biomolecules, can be thermodynamically with the aid of the "heat capacity difference" ( ⁇ C P ), as described in Cooper (A.
  • the object of the present invention is accordingly to provide a method for separating cells and biomolecules from mixtures, in particular from complex mixtures, by means of countercurrent chromatography with continuous sample application and removal using solid non-porous separation materials, with which in the mixtures contained cells and biomolecules can be separated or separated, especially for production purposes and on an industrial scale.
  • a core element of the method according to the invention is that the weak interactions described in the context of the present documents are used.
  • the above-discussed dissociation constant K d which according to the invention is greater than or equal to 10 ⁇ 5 M, is used to define these weak interactions. This definition is therefore used in the context of the invention to characterize weak interactions.
  • the process according to the invention is a continuous process or a continuous process which works according to the countercurrent process, with only a single liquid process Separation medium is used.
  • Non-porous separating materials are understood to mean those materials that are already partially used in materials such as nylon, polystyrene, silicate glass (AL Plant et al., Immobilization of binding proteins on nonporous supports.
  • Quartz fibers P. Wikstrom. Larsson PO, Affinity fiber - a new support for rapid enzyme purification by high-performance liquid affinity chromatography, J Chromatogr 1987, 388: 123-34.
  • the applications described also did not relate to separations in which so-called weak interactions were used as the separation principle.
  • the already known retarding effect due to diffusion processes which can be observed with porous materials, is used, but a completely different principle.
  • a delaying effect is necessary in the method according to the invention for separating the molecules.
  • this is achieved by the weak interactions described in more detail above, which the molecules to be separated enter into with the surfaces of the non-porous separation materials.
  • the surfaces can either be modified or not modified.
  • the appropriate selection of the surfaces or their modification ensures that the corresponding molecules to be separated are retained by molecular adhesion effects on the corresponding surfaces, as a result of which the molecules are separated.
  • the degree of separation can be affected by the density of the corresponding molecular attachment sites.
  • the process according to the invention which exploits the weak interactions described, has the advantage that the biomolecules can be separated without the use of drastic measures, for example high salt concentrations. High pressure differences can thus be avoided in the method according to the invention, so that a separation of cells from biological matrices can also be achieved.
  • the separation takes place - as described - basically on surfaces that are formed on non-porous matrices or porous membranes.
  • the method according to the invention can be used in particular for the industrial separation of biomolecules and cells.
  • biomolecules proteins, carbohydrates, nucleic acids, glycoproteins, glycolipids, vitamins, enzymes, lipids and bioactive substances can be used as biomolecules.
  • hormones and phytoestrogens are suitable as bioactive substances.
  • the cells used are preferably those from plant, animal or unicellular cell sources or from peripheral blood. It may be necessary to use different separation matrices for certain molecules of these substance classes.
  • the separation materials are selected in such a way that the weak interactions are sufficient to separate the substances from one another without them permanently adhering to the surfaces.
  • the density of the release-active surface components or adhesion sites is preferably set such that no additions of salts are required for the separation.
  • the method according to the invention is primarily intended for the separation of peripheral stem cells from the blood of human donors.
  • the blood is preferably introduced directly into a device for carrying out the method according to the invention, which is described in more detail below, while the cells in question are retarded on the corresponding surfaces in such a way that the stem cells can be removed continuously from the device, while the other blood components in the can be removed substantially unchanged at other points in the device.
  • cells which can be obtained from fermentations are preferably used as cells. It can be act plant, animal or unicellular organisms. According to the invention, primarily biomolecules and thus those molecules that come from biological sources are taken into account for the industrial separation processes. These biomolecules represent important starting products for the pharmaceutical industry and for the food industry. According to the invention, animal milk and dairy products, fermentation supernatants, molasses, plant extracts, residues from plant processing, blood products, wash water are therefore preferably used as the liquid to be chromatographed or as a multi-component mixture
  • the separating materials used can have unmodified and also modified surfaces.
  • the modification of surfaces is known per se and is used for the separation using porous, particulate separation media or using porous membranes.
  • porous, particulate separation media or using porous membranes In contrast to
  • Biological polymers are preferably used as separation materials with an unmodified surface. These preferably include celluloses, chitosans, dextrans,
  • Modified biological polymers are also preferably used as separating materials. These preferably include modified celluloses such as cellulose acetates, carboxymethyicellulose,
  • PVC polyvinyl chloride
  • polyacrylonitrile polyaramid
  • polystyrenes including styrene / divinylbenzene polymers
  • polyester polypropylene
  • teflone polypropylene
  • PTFE teflone
  • FEP FEP
  • PFA polyvinyl alcohols
  • polyvinylidene fluoride polyvinyl difluoride
  • polyolefins methacrylic polymers
  • polybenzimidazole polyfuranethylene
  • polyphenols polyphenols
  • Polybutadienes Polybutadienes, polybenzimidazolone, polyether / amide, polyether / urea, polyether viscose, polydimethylsiloxane, silicone, siloxanes, polycarbonate, polyalkylsulfone, polyisoprene, polyethylene terephthalate and mixtures of two or more of these plastics.
  • modified and unmodified inorganic matrices are preferably used, these being, in particular, biocompatible materials such as carbon / carbon fiber composites, ceramics (TiO 2 , Al 2 O 3 , ZrSiO 4 , ZrO 2 ), silicates, glasses and other matrices (e.g. Fabrics made of metal wire or glass fiber with or without surface modification), which are typical for chemical apparatus construction. It must also be taken into account here that the biomolecules and cells to be separated do not penetrate through or into the surfaces in order to avoid the possibility of uncontrolled absorption and unwanted pressure drops.
  • the modification of the separation materials (more precisely the surfaces thereof) can be carried out using methods known per se.
  • the possible methods of modification preferably include chemical linking (cross-linking).
  • Groups present on the polymers for example hydroxyl, carboxy, carboxyl, amino, amide, aryl, sulfhydryl, alkyl, methoxy and ethoxy radicals or groups, are activated by methods known per se as described, for example, in: E. Müller, E. Klein “Membranes Modified for Biochromatography” in: Bioseparation and Bioprocessing. Vol 1 (Editor: G. Subramanian), Wiley-VCH, Weinheim 1 997.
  • the required ligands are covalently bound to the surfaces, and the activation methods which can be used according to the invention include, for example, methods in which the following activation reagents are used: cyanogen bromide, tosyl chloride, N-hydroxy succinimide, carbonyl-di-imidazole, carbodiimides, 1, 4 -Butanediol-diglycidol ether, glutaraldehyde and 2-fluoro-1-methylpyridine If desired, so-called spacers can be introduced as attachment sites or binding sites for the weak interaction Can then attach to the activated surfaces preferably the following biomolecules are bound: polymeric carbohydrates (e.g.
  • chitosans and dextrans glycoproteins, glycopeptides, glycans, lectins, polymerized amino acids (e.g. poly-L-leucine), peptides, proteins, nucleotides and biomolecule-binding dyes.
  • the geometry of the surfaces of the separating materials on which the separation takes place can be designed in a very varied manner.
  • the separating materials are washed or flushed by the liquid to be chromatographed.
  • So z. B smooth surfaces in the smallest possible distances in the form of narrow channels or tubes.
  • Flexible hoses with small diameters can also be used.
  • spacers in the form of threads nets or precision fabrics are preferably inserted between the surfaces. These spacers can be made of the same material as the surfaces of the separating materials.
  • tubes, hoses or winding units made of an inert material can also be used, in the lumens of which there are threads, nets or wick-like fabrics, the surface of which is as previously described.
  • Irregular filter shapes such as molten metal filters (e.g. from Drache, Dietz, FRG), which have a large surface area and are made of ceramic, chemically and thermally highly stressable material can also be used. The liquid flows run past these surfaces and do not penetrate them. Since the liquid flows do not encounter large resistances, large pressure drops can be avoided. This means that pumps and valves can also be used that are sufficient for medium pressure conditions and also less expensive than is the case for high-pressure equipment.
  • the device for carrying out the method according to the invention is provided with several so-called separation units, in which there are separating materials.
  • the separation units are at least chromatographically essentially the same and preferably essentially identical.
  • the separating materials used are preferably approximately the same in terms of shape, size and type and preferably essentially identical.
  • a plurality of separation units are preferably connected in series in terms of flow and combined to form separation zones.
  • valve units which are controlled by a computer and whose position is changed using a mathematical model, so that the weak separation effect based on the interactions is optimized in such a way that the separation of the substances can be done continuously.
  • the material flows are carried in and out with the aid of several and typically four pumps.
  • the flow and circulatory system which is maintained by another pump, is designed like SMB chromatography. There are therefore several separation zones, each of which is assigned a certain number of separation units and which are coupled to the corresponding lines by valve circuits.
  • the separation method according to the invention which uses the weak interaction mentioned and in which the separation takes place on non-porous surfaces, can also be carried out as computer-controlled countercurrent chromatography by separation on surfaces or in English “Computer controlled counter current chromatography using separation on surfaces” or abbreviated “ C-5-S-2 ". Only the term “C-5-S-2" is used below.
  • FIG. 1 shows the structure of a device for performing the method according to the invention in a highly simplified and very schematic manner, numerous details being omitted in order to be able to illustrate the principle of the method according to the invention more clearly and simply.
  • the structure and the control shown there are - as shown - of a known type. In this regard, reference is made to the publications mentioned above.
  • the individual separation units A, B, C, D, E, F, G and H of the device shown in Fig. 1 are connected in series in terms of flow. Between these individual separation units there are inflows and outflows 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8 to a large valve unit 10.
  • the inflows and outflows 1 to 8 each have an inflow and an outflow; for the sake of simplicity, the two lines are only shown with a line 1 to 8 in the figure.
  • the valve unit 10 is computer-controlled and equipped with two inflows 21 and 22 and two outlets 23 and 24, with one inflow 21 for each Separation medium and an inlet 22 for the mixture to be separated and an outlet 23 for component 1 and an outlet 24 for component 2 are present.
  • two separation units A, B; C, D; E, F and G, H connected to separation zones AB, CD, EF and GH.
  • the inflows and outflows are switched in such a way by the valve arrangement that an inflow and outflow always alternate.
  • the first separation zone AB is thus between the inflow of the separation medium and the outflow of component 2 (extract).
  • the second separation zone CD is located between the outflow of component 2 (extract) and the inflow of the mixture to be separated.
  • the third zone EF is here between the supply of the mixture to be separated and the outflow of component 1 (raffinate).
  • the fourth zone GH is located between the outflow of component 1 (raffinate) and the inflow of the separation medium.
  • two separation units are connected to a separation zone.
  • this type of circuit is only one embodiment.
  • the separation units can also be used alone or connected in groups of three, four, etc.
  • the central fourfold distributor valve unit 1 0 is controlled with the aid of a computer program and can have different mechanical structures.
  • it can be designed as a rotary multiple valve or can be constructed from several triple or single valves. It is only important that the valves are opened and closed in such a way that the separation zones AB, CD, EF and GH are switched on in the direction of flow of the mobile or liquid phase in such a way that a quasi counterflow to the solid phase is generated.
  • the pumps are preferably controlled by a computer program in such a way that the flow rates in the separation zones are regulated in such a way that only the pure components 1 and 2 are discharged. It is a complex controlled process in which the suitable parameters are expediently determined by computer simulation.
  • the separation units are manufactured as follows:
  • Teflon tubing 8 mm in diameter is terminated at a length of 40 centimeters at the ends with stainless steel nets, and the tapered ends are each connected to pumps or valves with thinner tubing.
  • a wick-like nylon fabric is inserted between the ends as a separating material, on which the glycan sialyl-Lewis A is coupled as an adhesion phase by activation with cyanuric chloride and dicyclohexylcarbodiimide.
  • the group density was chosen so that less than 0.1 ⁇ mol of the ligand is bound per gram of nylon.
  • Such a piece of Teflon tubing represents a separation unit. A total of 8 separation units are connected in series, the separation zones each consisting of 2,2,3,1 units.
  • Separation zone 1 (separation medium / stem cell extract) consists of 2 units.
  • Separation zone 2 (stem cell extract / blood flow) consists of 2 units.
  • Separation zone 3 (blood inflow / blood outflow) consists of 3 units.
  • Separation zone 4 (blood drain / separation medium) consists of 1 unit. Isotonic saline is used as the separation medium. The entire apparatus is heated to 37 degrees Celsius.
  • Example 2 In this way it is possible to obtain around 10 million stem cells from the peripheral blood of a donor within 2 hours.
  • Example 2
  • Lactoferrin is separated from cow whey using the C-5-S-2 process.
  • the separation units are manufactured as follows. Spacers (nets made of woven cellulose acetate fibers of 0.5 mm diameter) are inserted into tubes of 50 mm diameter made of cellulose acetate and wound flat on cores in lengths of 3 m. The tubing is non-porous and the ends are each sealed and tapered with plastic frit so that the appropriate inflow and outflow tubing can be connected to the units.
  • the cellulose acetate surfaces are activated with the aid of 1.1 carbonylimidazole and chitosans are covalently bound to them.
  • the group density is approximately 1.0 mmol per gram of cellulose acetate.
  • Separation zone 1 (separation medium / lactoferrin outflow) is 1 unit, separation zone 2 (lactoferrin outflow / inflow whey) 4 units, separation zone 3 (inflow whey / outflow residual whey) 4 units and separation zone 4 (outflow residual whey / separation medium) ) 1 unit in size.

Abstract

The invention relates to a method for separating cells and biomolecules from mixtures containing said cells and biomolecules. To this end, counter-current chromatography is used with continuous sample delivery and sample drawing using solid, non-porous separation materials. The method is characterised in that only one separating fluid is used so that said separating fluid is not changed, that non-porous separation materials with a modified or non-modified surface are used and that weak affinity interactions are exploited in order to separate the desired cells and biomolecules, the cells to be separated and the biomolecules undergoing said weak affinity interactions with the modified or non-modified surface. The term weak affinity interaction is used to describe those interactions, in which the bonds have a dissociation constant greater than or equal to 10-5 M (Kd ≥ 10-5 M).

Description

Verfahren zur Separation von Zellen und Biomolekülen mittels Gegenstromchromatographie Process for the separation of cells and biomolecules by means of countercurrent chromatography
BESCHREIBUNGDESCRIPTION
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Separation von Zellen und Biomolekülen aus Mischungen, welche diese Zellen und Biomoleküle enthalten, mittels der kontinuierlichen Gegenstrom-Chromatographie mit kontinuierlicher Probenaufgabe und -entnähme unter Verwendung von festen Trennmaterialien.The invention relates to a method for the separation of cells and biomolecules from mixtures which contain these cells and biomolecules by means of continuous countercurrent chromatography with continuous sample application and removal using solid separation materials.
Für die Reinigung von biologischen Substanzen bzw. Substanzgemischen wurden bereits zahlreiche chromatographische Verfahren entwickelt. Dazu gehört beispielsweise die HPLC, Anion- Austausch-Chromatographie, Gelfiltration, Affinitätschromatographie und hydrophobe-Matrix-Chromatographie.Numerous chromatographic processes have already been developed for the purification of biological substances or substance mixtures. These include, for example, HPLC, anion exchange chromatography, gel filtration, affinity chromatography and hydrophobic matrix chromatography.
Diese Verfahren wurden vorwiegend für analytische Zwecke entwickelt und erfüllen meistens auch die an sie gestellten Anforderungen in hervorragender Weise, nämlich für eine optimale Trennung und eine hohe Auflösung Sorge zu tragen. Allerdings müssen bei diesen Verfahren, bedingt durch das Säulenmaterial, hohe Drücke angewandt oder spezielle Matrices eingesetzt sowie drastische Elutions-Medien zur Anwendung gebracht werden. Insbesondere die häufig erforderlichen Salzkonzentrationen für einige der eingesetzten Elutions-Medien führen zur Problemen in der Praxis, da häufig das Salz aus den Produkten mit energieaufwendigen Verfahren wieder entfernt werden muß.These processes were primarily developed for analytical purposes and mostly also meet the requirements placed on them in an excellent manner, namely to ensure optimum separation and high resolution. However, due to the column material, high pressures or special matrices must be used in these processes, as well as drastic elution media. In particular, the frequently required salt concentrations for some of the elution media used lead to problems in practice since the salt often has to be removed from the products again using energy-intensive processes.
Werden die beschriebenen Verfahren in der Produktion und insbesondere für die Herstellung von Massengütern eingesetzt, dann spielen jedoch andere Gesichtspunkte und insbesondere wirtschaftliche Aspekte eine wichtige Rolle. Die wichtigsten Faktoren für niedrige Produktionskosten sind moderate Betriebsdrücke, hohe Flußraten, schnelle Elutionen und niedrige Salzlasten.If the processes described are used in production and in particular for the production of bulk goods, then other aspects and in particular economic aspects play an important role. The most important factors for low production costs are moderate operating pressures, high flow rates, fast elutions and low salt loads.
Für die Produktion im industriellen Maßstab können auch Separationen mit Reinheitsstufen von weniger als 90 % akzeptiert werden, wenn dadurch die Produktionskosten wesentlich reduziert werden. Für analytische Zwecke sind jedoch Reinheitsstufen größer als 90 % erstrebenswert. Im industriellen Maßstab sind daher insbesondere solche Verfahren von Interesse, die geringe Prozeßkosten nach sich ziehen, auch wenn dies zu Lasten geringerer Trennspezifitäten erfolgt.For production on an industrial scale, separations with purity levels of less than 90% can also be accepted, if this significantly reduces production costs. However, purity levels greater than 90% are desirable for analytical purposes. Of particular interest on the industrial scale are therefore those processes which entail low process costs, even if this takes place at the expense of lower separation specificities.
Ein weiterer Nachteil der oben beschriebenen chromatographischen Verfahren besteht darin, daß diese meistens chargenweise, d. h. nichtkontinuierlich, durchgeführt werden. Dies ist im Hinblick auf eine hohe Produktionsleistung nachteilig.Another disadvantage of the chromatographic methods described above is that they are mostly batch, i.e. H. discontinuously. This is disadvantageous in terms of high production output.
Zu diesen Verfahren zählen auch solche, die z. B. mit der Affinitätschromatographie arbeiten. Bei diesen bekannten Verfahren werden milde Auftragemedien eingesetzt, aus denen die Substanz, die gewonnen werden soll, durch relativ starke Bindung an das Separationsmedium entfernt wird . Die sich daran anschließende selektive Loslösung vom Separationsmedium bedingt dann immer den Einsatz eines relativ drastischen sogenannten Elutionsmediums, mit dessen Hilfe dann die gesuchte Substanz in einem zweiten separaten Schritt gewonnen werden kann. Meist sind solche Elutionsmedien sehr salzreich, und deswegen müssen die gesuchten Substanzen recht aufwendig von der Salzlast befreit werden.These methods also include those that, for. B. work with affinity chromatography. In these known methods, mild application media are used, from which the substance to be obtained is removed by relatively strong binding to the separation medium. The subsequent selective detachment from the separation medium then always requires the use of a relatively drastic so-called elution medium, with the aid of which the substance sought can then be obtained in a second separate step. Such elution media are usually very rich in salt, and therefore the substances sought have to be freed from the salt load in a very complex manner.
So sind beispielsweise in der DE 1 9938394 A1 und DE 3930947 A1 Affinitätschromatographie-Verfahren beschrieben, welche die Absorption an Oberflächen nutzen. Dabei werden die zu separierenden Moleküle, wie Antikörper, kovalent und somit mittels starker Bindungen an die Separationsoberflächen gebunden. Bedingt durch die starke Anbindung an solche Oberflächen kann die selektive Ablösung der entsprechenden Substanzen nur durch den Einsatz von spezifischen Elutionsmedien erfolgen, wobei die zuvor an den Träger gebundene Substanz durch dieses Elutionsmedium in einem zweiten separaten Schritt abgelöst wird. Somit können solche Verfahren nicht für kontinuierliche Chromatographieverfahren, wie das zuvor beschriebenen Gegenstromverfahren, eingesetzt werden.For example, DE 1 9938394 A1 and DE 3930947 A1 describe affinity chromatography methods which use absorption on surfaces. The molecules to be separated, such as antibodies, are covalently bound to the separation surfaces by means of strong bonds. Due to the strong connection to such surfaces, the selective detachment of the corresponding substances can only take place by using specific elution media, the substance previously bound to the support being detached by this elution medium in a second separate step. Thus, such methods cannot be used for continuous Chromatography methods, such as the countercurrent method described above, can be used.
Es wurden daher auch bereits kontinuierliche chromatographische Verfahren entwickelt, bei denen das zu chromatographierende Fluid bzw. ein Mehrkomponentengemisch kontinuierlich zugeführt und die getrennten Fraktionen auch kontinuierlich entnommen werden. Teilweise handelt es sich dabei um sogenannte Gegenstromverfahren. Ein Vertreter eines derartigen Gegenstromverfahrens ist beispielsweise das sogenannte Simuiated-Moving-Bed-Verfahren (SMB). Derartige Verfahren sind beispielsweise in US-A-2985589 und US-A-3231492 beschrieben. Weiterhin gehört auch das sogenannte True-Moving-Bed- Verfahren (TMB) zu diesen kontinuierlichen Gegenstromverfahren. Dabei wird die zeitabhängige chromatographische Trennung der Säulenchromatographie in eine ortsaufgelöste Trennung umgesetzt. Bezüglich der theoretischen Grundlagen für die SMB-Chromatographie und deren Einsatz im Produktionssektor insbesondere zur Durchführung von Trennungen von optischen Isomeren im großen Maßstab wird verwiesen auf M. Schulte, J.N. Kinkel, R.M. Nicoud und F. Charton in Chem.Ing.Tech. 68(1996), 670-683 „Simulierte Gegenstromchromatographie - eine effiziente Technik zur Herstellung optisch aktiver Verbindungen im industriellen Maßstab" und in den dort aufgeführten Literaturstellen.Continuous chromatographic processes have therefore already been developed in which the fluid to be chromatographed or a multicomponent mixture is fed continuously and the separated fractions are also continuously removed. Some of these are so-called countercurrent processes. A representative of such a countercurrent process is, for example, the so-called simulated moving bed process (SMB). Such methods are described, for example, in US-A-2985589 and US-A-3231492. The so-called True Moving Bed (TMB) process also belongs to these continuous countercurrent processes. The time-dependent chromatographic separation of the column chromatography is converted into a spatially resolved separation. With regard to the theoretical foundations for SMB chromatography and their use in the production sector, in particular for carrying out separations of optical isomers on a large scale, reference is made to M. Schulte, J.N. Kinkel, R.M. Nicoud and F. Charton in Chem.Ing.Tech. 68 (1996), 670-683 "Simulated countercurrent chromatography - an efficient technique for the production of optically active compounds on an industrial scale" and in the references listed there.
Bei diesem bekannten Gegenstromverfahren werden überwiegend poröse, partikuläre Separationsmedien benutzt. Allerdings sind auch schon für nicht partikuläre Sorbentien solche Verfahren eingesetzt worden, bei denen jedoch immer poröse Materialien eingesetzt wurden, wie das beispielsweise in der WO 9803242 beschrieben ist. So ist es beispielsweise bekannt, als Trennmedium eine poröse Trennmatrix mit definierten Poren für die sogenannte Gelchromatographie einzusetzen. Der verzögernde, die Trennung der Biomoleküle bewirkende Effekt ist dabei ein unterschiedlicher Fluß der Moleküle durch die Poren oder an den Poren vorbei, je nach Molekülgröße.This known countercurrent process mainly uses porous, particulate separation media. However, such processes have also been used for non-particulate sorbents, in which, however, porous materials have always been used, as described, for example, in WO 9803242. For example, it is known to use a porous separation matrix with defined pores for the so-called gel chromatography as the separation medium. The delaying effect that causes the separation of the biomolecules is a different flow of the molecules through the pores or past the pores, depending on the size of the molecule.
Aus biologischen Prozessen kennt man nun das Phänomen der sogenannten schwachen Wechselwirkungen, die insbesondere bei der Zell-Zellerkennung eine wichtige Rolle spielen. Viele Protein-Protein-, Protein-Kohlenhydrat- und Kohlenhydrat-Kohlenhydrat-The phenomenon of so-called weak interactions, which play an important role in cell-cell recognition in particular, is now known from biological processes. Lots of protein-protein, protein-carbohydrate and carbohydrate-carbohydrate
Wechselwirkungen sind Beispiele für derartige schwache Wechselwirkungen. Als schwache Wechselwirkungen sind solche, meist für Biomoleküle typische, Bindungen zu verstehen, die nicht kovalenter Natur sind und relativ instabil sind, wie z. B. die bereits bekannten Wasserstoffbrückenbindungen, hydrophobe und elektrostatische Bindungen sowie van-der-Waals-sche Kräfte. Die Beschreibung solcher schwachen Wechselwirkungen, wie sie für viele Wechselwirkungen zwischen Biomolekülen bekannt sind, kann thermodynamisch unter Zuhilfenahme der "heat capacity difference " (ΔCP), wie bei Cooper beschrieben (A. Cooper, Thermodynamic analysis of biomolecular interactions, Current Opinion in Chemical Biology 1999, 3:557-563) oder wie bei Dunitz (J.D. Dunitz, Win some, lose some: enthalpy-entropy compensation in weak intermolecular interactions, Chemistry and Biology 1 995, 2:709-712) über die Änderung der freien Energie (ΔGf) beschrieben werden. Hierbei werden Bereiche um ca. 5 kcal pro Mol für die Differenz der freien Energie bei schwachen Wechselwirkungen diskutiert. Zur Messung solcher schwachen Wechselwirkungen zwischen Proteinen (Protein-Protein) sind verschiedene Methoden bekannt, wie surface-plasmon-resonance, isothermal titration calorimetry, optische Spektroskopie oder auch Massenspektrometrie, wie bei Lakey und Raggett (J.H. Lakey and E.M. Raggett, Measuring protein-protein interactions, Current Opinion in Structural Biology 1998, 8: 1 1 9-123) beschrieben. Für die Bestimmung der Bindungskonstanten bei Kohlenhydrat-Kohlenhydrat-Wechselwirkungen kann z. B. die Methode der Affinitäts-Elektrophorese (P. Tomme et al. Affinity electrophoresis for the identification and characterization of soluble sugar binding by carbohydrate-binding modules, Enzyme and Microbial Technology 2000, 27:453-458) benutzt werden.Interactions are examples of such weak interactions. Weak interactions are understood to mean those bonds, which are typically typical of biomolecules, that are not covalent in nature and are relatively unstable, such as e.g. B. the already known hydrogen bonds, hydrophobic and electrostatic bonds and van der Waals forces. The description of such weak interactions, as are known for many interactions between biomolecules, can be thermodynamically with the aid of the "heat capacity difference" (ΔC P ), as described in Cooper (A. Cooper, Thermodynamic analysis of biomolecular interactions, Current Opinion in Chemical Biology 1999, 3: 557-563) or as with Dunitz (JD Dunitz, Win some, lose some: enthalpy-entropy compensation in weak intermolecular interactions, Chemistry and Biology 1 995, 2: 709-712) about the change in free energy (ΔG f ) can be described. Areas around 5 kcal per mole for the difference in free energy in weak interactions are discussed. Various methods are known for measuring such weak interactions between proteins (protein-protein), such as surface plasmon resonance, isothermal titration calorimetry, optical spectroscopy or mass spectrometry, as is the case with Lakey and Raggett (JH Lakey and EM Raggett, Measuring protein-protein interactions, Current Opinion in Structural Biology 1998, 8: 1 1 9-123). For the determination of the binding constants in carbohydrate-carbohydrate interactions z. B. the method of affinity electrophoresis (P. Tomme et al. Affinity electrophoresis for the identification and characterization of soluble sugar binding by carbohydrate-binding modules, Enzyme and Microbial Technology 2000, 27: 453-458) can be used.
Viele moderne Nachweismethoden für Biomoleküle beruhen auf Sensortechniken unter Anwendung schwacher Wechselwirkungen (S. Ohlson et al. Continuous weak-affinity immunosensing, TIBTECH 2000, 18:49-52); in dieser zitierten Arbeit wird auch definiert, daß unter schwachen Wechselwirkungen solche zu verstehen sind, deren Dissoziationskonstante Kd im Bereich von 0, 10 bis 0,01 mM liegt. Schwache Wechselwirkungen als Trennprinzip sind bisher nur bei sogenannten affinitätschromatographischen Verfahren eingesetzt worden (S. Ohlson et al. Weak affinity chromatography of small saccharides with immobilised wheat germ agglutinin and its application to monitoring of carbohydrate transferase activity, Bioseparation 1998, 7: 101 -105). Das Prinzip wurde bereits auch in einem Handbuch beschrieben (P. Matejtschuk et al. , Affinity separations of proteins, in: P. Matejtschuk (Ed.)'Αffinity separations", IRL-Press, Oxford, 1997, p. 93-94). In allen diesen Arbeiten werden unter schwachen Wechselwirkungen solche Bindungen verstanden bei denen die Dissoziationskonstante Kd größer als 10~5 M ist.Many modern detection methods for biomolecules are based on sensor techniques using weak interactions (S. Ohlson et al. Continuous weak-affinity immunosensing, TIBTECH 2000, 18: 49-52); In this cited work it is also defined that weak interactions are to be understood as those whose dissociation constant K d is in the range from 0.10 to 0.01 mM. Weak interactions as a separation principle have so far only been used in so-called affinity chromatography processes (S. Ohlson et al. Weak affinity chromatography of small saccharides with immobilized wheat germ agglutinin and its application to monitoring of carbohydrate transferase activity, Bioseparation 1998, 7: 101 -105) , The principle has already been described in a manual (P. Matejtschuk et al., Affinity separations of proteins, in: P. Matejtschuk (Ed.) 'Αffinity separations ", IRL-Press, Oxford, 1997, p. 93-94) In all of this work, weak interactions are understood to mean bonds in which the dissociation constant K d is greater than 10 ~ 5 M.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, ein Verfahren zur Separation von Zellen und Biomolekülen aus Mischungen, insbesondere aus komplexen Mischungen, mittels der Gegenstrom-Chromatographie mit kontinuierlicher Probenaufgabe und -entnähme unter Verwendung von festen nicht-porösen Trennmateriaiien bereitzustellen, mit dem in den Mischungen enthaltene Zellen und Biomoleküle abgetrennt bzw. separiert werden können, insbesondere für Produktionszwecke und in industriellem Maßstab.The object of the present invention is accordingly to provide a method for separating cells and biomolecules from mixtures, in particular from complex mixtures, by means of countercurrent chromatography with continuous sample application and removal using solid non-porous separation materials, with which in the mixtures contained cells and biomolecules can be separated or separated, especially for production purposes and on an industrial scale.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß der Lehre der Ansprüche. Ein Kernelement des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man die im Rahmen der vorliegenden Unterlagen beschriebenen schwachen Wechselwirkungen ausnutzt. Zur Definition dieser schwachen Wechselwirkungen wird die oben diskutierte Dissoziationskonstante Kd, die erfindungsgemäß größer oder gleich 10~5 M ist, eingesetzt. Diese Definition dient somit im Rahmen der Erfindung zur Charakterisierung von schwachen Wechselwirkungen.This problem is solved by a method according to the teaching of the claims. A core element of the method according to the invention is that the weak interactions described in the context of the present documents are used. The above-discussed dissociation constant K d , which according to the invention is greater than or equal to 10 ~ 5 M, is used to define these weak interactions. This definition is therefore used in the context of the invention to characterize weak interactions.
Es muß jedoch ausdrücklich festgehalten werden, daß die zuvor beschriebenen Techniken der Anwendung schwacher Wechselwirkung zur Separationszwecken bisher lediglich für analytische Verfahren beschrieben worden sind und diese Technik für präparative Verfahren oder gar im industriellen Maßstab bisher keinerlei Verwendung fanden.However, it must be expressly stated that the previously described techniques of using weak interaction for separation purposes have so far only been described for analytical processes and that this technique has so far not been used for preparative processes or even on an industrial scale.
Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren eine reversible Adsorption an modifizierten und nicht- modifizierten Oberflächen auf festen nicht-porösen Trennmaterialien unter Ausnutzung der schwachen Wechselwirkungen stattfindet.In other words, in the process according to the invention, reversible adsorption on modified and unmodified surfaces on solid non-porous separating materials takes place using the weak interactions.
Auch für Zellen sind solche schwachen Wechselwirkungen beschrieben; so z. B. bei dem verzögerten Rollen von Blutzellen an Blutgefäßwänden. Hierfür werden als vermittelnde Moleküle sogenannte Selektine verantwortlich gemacht. Eine nähere Beschreibung dieses Vorganges ist bei Lawrence (M. B. Lawrence, Selectin-carbohydrate interactions in shear flow, Current Opinion in Chemical Biology 1999, 3:659-664) zu finden. Genau die gleichen Wechselwirkungen sollen Grundlage für das hier beschriebene Trennprinzip darstellen: die Zellen werden beim Fluß durch die Separationseinheiten an deren Oberfläche durch spezifische Moleküle festgehalten, jedoch nicht fest gebunden und können deswegen verzögert weiter fließen. Diese selektive (biospezifische) Verzögerung bestimmter Zellen im Fluß durch kurzzeitige schwache Anbindung an spezifische Moleküle der Trennoberflächen und die Wiederablösung stellen das beschriebene Trennprinzip dar. Unter schwachen Wechselwirkungen werden dabei insbesondere solche verstanden, die den Wechselwirkungen der Zell-Zell-Erkennung, der Protein-Protein-Wechselwirkung, der Protein-Kohlenhydrat-Such weak interactions are also described for cells; so z. B. in the delayed rolling of blood cells on blood vessel walls. So-called selectins are responsible for this as mediating molecules. A more detailed description of this process can be found in Lawrence (MB Lawrence, Selectin-carbohydrate interactions in shear flow, Current Opinion in Chemical Biology 1999, 3: 659-664). Exactly the same interactions should form the basis for the separation principle described here: the cells are held on their surface by specific molecules as they flow through the separation units, but are not firmly bound and can therefore continue to flow with a delay. This selective (biospecific) delay of certain cells in the flow due to short-term weak connection to specific molecules of the separation surfaces and the detachment represent the separation principle described. Weak interactions are understood to mean, in particular, those which interact with the cell-cell recognition, the protein-protein interaction, the protein-carbohydrate
Wechselwirkung und der Kohlenhydrat-Kohlenhydrat-Wechselwirkung zugrunde liegen und deren Dissoziationskonstante Kd größer als oder gleich 1 0"5 M ist.Interaction and the carbohydrate-carbohydrate interaction are based and the dissociation constant K d is greater than or equal to 1 0 "5 M.
Im Gegensatz zu den eingangs beschriebenen, bekannten Chromatographieverfahren, die chargenweise und deswegen nicht kontinuierlich durchgeführt werden, handelt es sich beim erfindungsgemäßen Verfahren um ein kontinuierliches Verfahren bzw. um einen kontinuierlichen Prozess, das bzw. der nach dem Gegenstromverfahren arbeitet, wobei nur ein einziges flüssiges Trennmedium eingesetzt wird.In contrast to the known chromatography processes described at the outset, which are carried out batchwise and therefore not continuously, the process according to the invention is a continuous process or a continuous process which works according to the countercurrent process, with only a single liquid process Separation medium is used.
Durch die Anwendung der erfindungsgemäß ausgenutzten schwachen Wechselwirkungen ist es somit erstmals möglich, kontinuierliche Prozesse mit Gegenstromverfahren zu benutzen, da hierbei immer nur ein einziges Trennmedium benutzt wird, wobei im einfachsten Fall sogar der Rohstoff in seiner natürlichen Form (z. B. Fermentationsüberstand) direkt und ohne Zusatz von Salzen dem Chromatographieverfahren zugeführt werden kann. Da keine starke Anbindung von Substanzen an das Separationsmedium erfolgt, benötigt ein solcher Prozess auch keine besonderen Elutionsmedien und kann somit als kontinuierlicher Prozess ausgeführt werden.By using the weak interactions used according to the invention, it is thus possible for the first time to use continuous processes with countercurrent processes, since only a single separation medium is used here, in the simplest case even the raw material in its natural form (e.g. fermentation supernatant) directly and can be fed to the chromatography process without the addition of salts. Since there is no strong binding of substances to the separation medium, such a process does not require any special elution media and can therefore be carried out as a continuous process.
Erst die Anwendung der schwachen Wechselwirkungen und damit der Verzicht auf ein separates Elutionsmedium ermöglichen einen kontinuierlichen Prozeß, da das Trennmedium nicht gewechselt werden muß.Only the use of the weak interactions and thus the elimination of a separate elution medium enable a continuous process since the separation medium does not have to be changed.
Ein weiteres wesentliches Element des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß im Gegensatz zum Stand der Technik keine porösen Trennmaterialien Anwendung finden. Mit anderen Worten, es werden somit Trennmaterialien mit einer undurchlässigen und nicht porösen Oberfläche eingesetzt. Unter nicht porösen Trennmaterialien (non- porous supports) werden solche Materialien verstanden, wie sie teilweise bereits bei Materialien wie Nylon, Polystyrol, Silikat-Glas (A.L. Plant et al., Immobilization of binding proteins on nonporous supports. Comparison of protein loading, activity, and stability, Appl Biochem Biotechnol 1991 , 30:83-98), 1 ,5 micrometer Kieselgel (P.D. Angus et al., Evaluation of 1.5 microM reversed phase nonporous silica in packed capillary electrochromatography and application in pharmaceutical analysis, Electrophoresis 1999, 20:2349-59), modifizierten Kieselgelen (F.B. Anspach et al. High-performance liquid affinity chromatography with phenylboronic acid, benzamidine, tri- alanine, and concanavalin A immobilized on 3- isothiocyanatopropyltriethoxysilane-activated nonporous monodisperse silicas, Anal Biochem 1989, 179: 171-81 ), alkylierten Styrol- Divinylbenzol-Copolymeren ( CG. Huber et al. , High-resolution liquid chromatography of oligonucleotides on nonporous alkylated styrene- divinylbenzene copolymers, Anal Biochem 1993, 212:351 -8), oder Agarose (J.P. Li ,Hjerten, S. High-performance liquid chromatography of proteins on deformed nonporous agarose beads: immuno-affinity chromatography, exemplified with human growth hormone as ligand and a cobination of ethylene glycol and salt for desorption of the antibodies, J Biochem Biophys Methods 1991 , 22:311 -22) beschrieben sind. Für nicht-partikuläre, nicht-poröse Trennmaterialien gibt es nur wenige Beispiele, wie z. B. Quarz-Fasern (P. Wikstrom. Larsson P.O., Affinity fibre - a new support for rapid enzyme purification by high-performance liquid affinity chromatography, J Chromatogr 1987, 388: 123-34). Alle diese Materialien auch in ihrer nicht porösen Form wurden jedoch bisher weder für kontinuierliche Chromatographieverfahren noch für industrielle Prozesse eingesetzt. Die beschriebenen Anwendungen bezogen sich auch nicht auf Separationen, bei denen sogenannte schwache Wechselwirkungen als Trennprinzip eingesetzt wurden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird somit nicht der bereits bekannte verzögernde Effekt auf Grund von Diffusionsvorgängen, der bei porösen Materialien beobachtet werden kann, sondern ein völlig anderes Prinzip ausgenutzt. Zusätzlich ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Trennung der Moleküle ein verzögernder Effekt notwendig. Dieser wird jedoch durch die zuvor näher beschriebenen schwachen Wechselwirkungen erreicht, welche die zu trennenden Moleküle mit den Oberflächen der nicht porösen Trennmaterialien eingehen.Another essential element of the process according to the invention is that, in contrast to the prior art, no porous separating materials are used. In other words, it will be thus separating materials with an impermeable and non-porous surface are used. Non-porous separating materials (non-porous supports) are understood to mean those materials that are already partially used in materials such as nylon, polystyrene, silicate glass (AL Plant et al., Immobilization of binding proteins on nonporous supports. Comparison of protein loading, activity , and stability, Appl Biochem Biotechnol 1991, 30: 83-98), 1, 5 micrometer silica gel (PD Angus et al., Evaluation of 1.5 microM reversed phase nonporous silica in packed capillary electrochromatography and application in pharmaceutical analysis, Electrophoresis 1999, 20 : 2349-59), modified silica gels (FB Anspach et al. High-performance liquid affinity chromatography with phenylboronic acid, benzamidine, tri-alanine, and concanavalin A immobilized on 3-isothiocyanatopropyltriethoxysilane-activated nonporous monodisperse silicas, Anal Biochem 1989, 179: 171-81), alkylated styrene-divinylbenzene copolymers (CG. Huber et al., High-resolution liquid chromatography of oligonucleotides on nonpo rous alkylated styrene-divinylbenzene copolymers, Anal Biochem 1993, 212: 351 -8), or agarose (JP Li, Hjerten, S. High-performance liquid chromatography of proteins on deformed nonporous agarose beads: immuno-affinity chromatography, exemplified with human growth hormones as ligand and a cobination of ethylene glycol and salt for desorption of the antibodies, J Biochem Biophys Methods 1991, 22: 311-22). For non-particulate, non-porous separating materials, there are only a few examples, such as. B. Quartz fibers (P. Wikstrom. Larsson PO, Affinity fiber - a new support for rapid enzyme purification by high-performance liquid affinity chromatography, J Chromatogr 1987, 388: 123-34). However, all of these materials, even in their non-porous form, have so far been used neither for continuous chromatography processes nor for industrial processes. The applications described also did not relate to separations in which so-called weak interactions were used as the separation principle. In the method according to the invention, therefore, the already known retarding effect due to diffusion processes, which can be observed with porous materials, is used, but a completely different principle. In addition, a delaying effect is necessary in the method according to the invention for separating the molecules. However, this is achieved by the weak interactions described in more detail above, which the molecules to be separated enter into with the surfaces of the non-porous separation materials.
Erfindungsgemäß können nun die Oberflächen entweder modifiziert oder nicht modifiziert sein. Durch die entsprechende Auswahl der Oberflächen oder deren Modifizierung wird erreicht, daß die entsprechenden zu trennenden Moleküle durch molekulare Anhaftungseffekte an den entsprechenden Oberflächen zurückgehalten werden, wodurch eine Trennung der Moleküle erfolgt. Das Ausmaß der Trennung kann durch die Dichte der entsprechenden molekularen Anhaftungsstellen beeinflußt werden.According to the invention, the surfaces can either be modified or not modified. The appropriate selection of the surfaces or their modification ensures that the corresponding molecules to be separated are retained by molecular adhesion effects on the corresponding surfaces, as a result of which the molecules are separated. The degree of separation can be affected by the density of the corresponding molecular attachment sites.
Dieser Trenneffekt mag zwar für eine übliche, chargenweise durchzuführende Chromatographie nicht immer ausreichend sein. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, daß es sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren um ein Gegenstrom-Chromatographieverfahren handelt, das eben in der Lage ist, die gewünschte Trennung zu erreichen.This separation effect may not always be sufficient for customary, batchwise chromatography. However, it must be taken into account here that the process according to the invention is a countercurrent chromatography process which is capable of achieving the desired separation.
Das erfindungsgemäße Verfahren, das die geschilderten schwachen Wechselwirkungen ausnutzt, hat den Vorteil, daß die Trennung der Biomoleküle ohne Anwendung drastischer Maßnahmen, beispielsweise hohe Salzkonzentrationen, erfolgen kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können somit hohe Druckdifferenzen vermieden werden, so daß auch eine Trennung von Zellen aus biologischen Matrices erreicht werden kann. Die Trennung erfolgt dabei - wie geschildert - grundsätzlich an Oberflächen, die an nicht porösen Matrices oder porösen Membranen ausgebildet sind.The process according to the invention, which exploits the weak interactions described, has the advantage that the biomolecules can be separated without the use of drastic measures, for example high salt concentrations. High pressure differences can thus be avoided in the method according to the invention, so that a separation of cells from biological matrices can also be achieved. The separation takes place - as described - basically on surfaces that are formed on non-porous matrices or porous membranes.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere zum großtechnischen Trennen von Biomolekülen und Zellen benutzt werden. Als Biomoleküle können beispielsweise Proteine, Kohlenhydrate, Nukleinsäuren, Glycoproteine, Glycolipide, Vitamine, Enzyme, Lipide, und bioaktive Stoffe eingesetzt werden. Als bioaktive Stoffe kommen insbesondere Hormone und Phytooestrogene in Frage. Als Zellen werden vorzugsweise solche aus pflanzlichen, tierischen oder einzelligen Zellquellen oder aus peripherem Blut eingesetzt. Für jeweils bestimmte Moleküle dieser Stoffklassen kann es gegebenenfalls erforderlich sein, verschiedene Trennmatrices einzusetzen. Dabei erfolgt die Auswahl der Trennmaterialien in der Weise, daß die schwachen Wechselwirkungen ausreichen, um die Stoffe voneinander zu trennen, ohne daß sie dauerhaft an den Oberflächen haften bleiben. Dazu wird vorzugsweise die Dichte der trennaktiven Oberflächenkomponenten bzw. Anhaftungsstellen derart eingestellt, daß keine Zusätze von Salzen zur Trennung benötigt werden.The method according to the invention can be used in particular for the industrial separation of biomolecules and cells. For example, proteins, carbohydrates, nucleic acids, glycoproteins, glycolipids, vitamins, enzymes, lipids and bioactive substances can be used as biomolecules. In particular, hormones and phytoestrogens are suitable as bioactive substances. The cells used are preferably those from plant, animal or unicellular cell sources or from peripheral blood. It may be necessary to use different separation matrices for certain molecules of these substance classes. The separation materials are selected in such a way that the weak interactions are sufficient to separate the substances from one another without them permanently adhering to the surfaces. For this purpose, the density of the release-active surface components or adhesion sites is preferably set such that no additions of salts are required for the separation.
Bezüglich der Trennung von Zellen ist das erfindungsgemäße Verfahren primär für die Separation von peripheren Stammzellen aus dem Blut von humanen Spendern gedacht. Dabei wird das Blut vorzugsweise direkt in eine nachstehend noch näher beschriebene Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingeleitet, während die in Frage kommenden Zellen an den entsprechenden Oberflächen derart retardiert werden, daß die Stammzellen kontinuierlich aus der Vorrichtung entnommen werden können , während die übrigen Blutkomponenten im wesentlichen unverändert an anderen Stellen der Vorrichtung entnommen werden können.With regard to the separation of cells, the method according to the invention is primarily intended for the separation of peripheral stem cells from the blood of human donors. The blood is preferably introduced directly into a device for carrying out the method according to the invention, which is described in more detail below, while the cells in question are retarded on the corresponding surfaces in such a way that the stem cells can be removed continuously from the device, while the other blood components in the can be removed substantially unchanged at other points in the device.
Weiterhin werden als Zellen vorzugsweise solche eingesetzt, die aus Fermentationen gewonnen werden können. Dabei kann es sich um pflanzliche, tierische oder einzellige Organismen handeln. Erfindungsgemäß werden in erster Linie Biomoleküle und somit solche Moleküle, die aus biologischen Quellen stammen, für die industriellen Trennprozesse berücksichtigt. Diese Biomoleküle stellen wichtige Ausgangsprodukte für die pharmazeutische Industrie und für die Lebensmittelindustrie dar. Als zu chromatographierende Flüssigkeit bzw. als Mehrkomponentengemisch werden erfindungsgemäß daher vorzugsweise Tiermilchen und Molkereiprodukte, Fermentationsüberstände, Melasse, Pflanzenextrakte, Rückstände aus der Pflanzenverarbeitung, Blutprodukte, Waschwässer ausFurthermore, cells which can be obtained from fermentations are preferably used as cells. It can be act plant, animal or unicellular organisms. According to the invention, primarily biomolecules and thus those molecules that come from biological sources are taken into account for the industrial separation processes. These biomolecules represent important starting products for the pharmaceutical industry and for the food industry. According to the invention, animal milk and dairy products, fermentation supernatants, molasses, plant extracts, residues from plant processing, blood products, wash water are therefore preferably used as the liquid to be chromatographed or as a multi-component mixture
Industrieproduktionen und Industrierückstände eingesetzt. Allen diesen Quellen ist gemeinsam, daß sie eine Vielfalt von Biomolekülen enthalten, von denen einzelne, insbesondere dann, wenn sie in gereinigter Form vorliegen, ausgesprochen interessant für die weitere wirtschaftliche Nutzung sind. Die derzeit eingesetzten Trennprozesse für derartige Moleküle sind derart teuer, daß sie insbesondere für die Massenproduktion wie beispielsweise im Lebensmittelbereich unwirtschaftlich sind.Industrial productions and industrial residues used. All these sources have in common that they contain a variety of biomolecules, some of which, particularly when they are in a purified form, are extremely interesting for further economic use. The separation processes currently used for such molecules are so expensive that they are particularly uneconomical for mass production, for example in the food sector.
Wie bereits oben dargelegt, können die zur Anwendung gebrachten Trennmaterialien unmodifizierte und auch modifizierte Oberflächen aufweisen. Die Modifizierung von Oberflächen ist an sich bekannt und wird für die Trennung unter Einsatz poröser, partikulärer Trennmedien oder unter Einsatz von porösen Membranen benutzt. Im Gegensatz zumAs already explained above, the separating materials used can have unmodified and also modified surfaces. The modification of surfaces is known per se and is used for the separation using porous, particulate separation media or using porous membranes. In contrast to
Stand der Technik wird jedoch erfindungsgemäß nicht an der Oberfläche von porösen Trennmaterialien, sondern an der Oberfläche von nicht porösen Materialien durchgeführt. Als Trennmaterialien mit einer unmodifizierten Oberfläche werden vorzugsweise biologische Polymere eingesetzt. Dazu zählen vorzugsweise Cellulosen, Chitosane, Dextrane,According to the invention, however, prior art is not carried out on the surface of porous separating materials, but on the surface of non-porous materials. Biological polymers are preferably used as separation materials with an unmodified surface. These preferably include celluloses, chitosans, dextrans,
Dextrine, Cyclodextrine, Stärken, Agarosen, Poly-L-Leucin und Poly-DL- Methionin. Es sei noch einmal ausdrücklich darauf hingewiesen, daß bei den zur Anwendung gebrachten Oberflächen keine Poren vorhanden sind, durch die der Flüssigkeitsstrom mit den darin vorhandenen Molekülen fließen kann.Dextrins, cyclodextrins, starches, agaroses, poly-L-leucine and poly-DL-methionine. It should again be expressly pointed out that there are no pores in the surfaces used through which the liquid flow with the molecules present can flow.
Ferner werden vorzugsweise modifizierte biologische Polymere als Trennmaterialien eingesetzt. Dazu zählen vorzugsweise modifizierte Cellulosen wie Celluloseacetate, Carboxymethyicellulose,Modified biological polymers are also preferably used as separating materials. These preferably include modified celluloses such as cellulose acetates, carboxymethyicellulose,
Celluloseacetat-butyrat, Ethylcellulose, Celluphan sowie andere Celluloseester und -mischester. Ferner werden als Trennmaterialien modifzierte und unmodifizierte Kunststoffe zur Anwendung gebracht. Dabei handelt es sich vorzugsweise um folgende: Polyethylen, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyamide, Nylone,Cellulose acetate butyrate, ethyl cellulose, cellulose and other cellulose esters and mixed esters. Modified and unmodified plastics are also used as separating materials. These are preferably the following: polyethylene, polysulfones, polyether sulfones, polyamides, nylons,
PVC(Polyvinylchlorid), Polyacrylnitril, Polyaramid, Polystyrole einschließlich Styrol/Divinylbenzol-Polymere, Polyester, Polypropylene, Teflone, PTFE, FEP, PFA, Polyvinylalkohole, Polyvinylidenfluorid, Polyvinyldifluoride, Polyolefine, Methacrylpolymere, Polybenzimidazol, Polyfuran, Polyphenylenoxid, Polyethylenimin, Polyacrylate,PVC (polyvinyl chloride), polyacrylonitrile, polyaramid, polystyrenes including styrene / divinylbenzene polymers, polyester, polypropylene, teflone, PTFE, FEP, PFA, polyvinyl alcohols, polyvinylidene fluoride, polyvinyl difluoride, polyolefins, methacrylic polymers, polybenzimidazole, polyfuranethylene, polyphenols
Polybutadiene, Polybenzimidazolon, Polyether-/amid, Polyether- /harnstoff, Polyether-viscose, Polydimethylsiloxan, Silicon, Siloxane, Polycarbonat, Polyalkylsulfon, Polyisopren, Polyethylenterephthalat und Mischungen aus zwei oder mehreren dieser Kunststoffe.Polybutadienes, polybenzimidazolone, polyether / amide, polyether / urea, polyether viscose, polydimethylsiloxane, silicone, siloxanes, polycarbonate, polyalkylsulfone, polyisoprene, polyethylene terephthalate and mixtures of two or more of these plastics.
Ferner werden vorzugsweise modifizierte und unmodifizierte anorganische Matrices eingesetzt, wobei es sich insbesondere um biokompatible Werkstoffe wie Kohlenstoff/Kohlefaser-Verbundstoffe, Keramiken (TiO2, AI2O3, ZrSiO4, ZrO2), Silikate, Gläser und andere Matrices (wie z.B. Gewebe aus Metalldraht oder Glasfaser mit oder ohne Oberflächenmodifikation), die für den chemischen Apparatebau typisch sind, handelt. Auch hierbei ist zu berücksichtigen, daß die zu trennenden Biomoleküle und Zellen nicht durch oder in die Oberflächen penetrieren, um auf diese Weise die Möglichkeit von unkontrollierten Absorptionen und ungewollten Druckabfällen zu vermeiden. Die Modifikation der Trennmaterialien (genauer der Oberflächen davon) kann unter Einsatz per se bekannter Verfahren durchgeführt werden. Solche Modifikationen sind u. a. in DE 1980 54 31 A1 beschrieben, wobei ebenso und poröse und auch nicht partikulärer Trennmaterialien benutzt werden. Das dort beschriebene Verfahren hat jedoch eindeutig das Ziel, Affinitätsliganden zum Zweck der Affinitätschromatographie herzustellen, wobei es sich um solche Liganden handelt, die Nukleinsäuren fest binden und aus dem Medium durch Bindung an diesen Träger entfernen. Liganden, die lediglich schwache Wechselwirkungen mit Nukleinsäuren eingehen und damit nur eine Verzögerung im Laufmittel bewirken, wie es Gegenstand des Prinzips der schwachen Wechselwirkungen ist, werden in DE 1 980 54 31 A1 jedoch nicht benutzt.Furthermore, modified and unmodified inorganic matrices are preferably used, these being, in particular, biocompatible materials such as carbon / carbon fiber composites, ceramics (TiO 2 , Al 2 O 3 , ZrSiO 4 , ZrO 2 ), silicates, glasses and other matrices (e.g. Fabrics made of metal wire or glass fiber with or without surface modification), which are typical for chemical apparatus construction. It must also be taken into account here that the biomolecules and cells to be separated do not penetrate through or into the surfaces in order to avoid the possibility of uncontrolled absorption and unwanted pressure drops. The modification of the separation materials (more precisely the surfaces thereof) can be carried out using methods known per se. Such modifications are described, inter alia, in DE 1980 54 31 A1, wherein also and porous and also non-particulate separating materials are used. However, the method described therein clearly has the aim of producing affinity ligands for the purpose of affinity chromatography, which are those ligands which bind nucleic acids firmly and remove them from the medium by binding to this support. However, ligands which only have weak interactions with nucleic acids and thus only cause a delay in the eluent, as is the subject of the principle of weak interactions, are not used in DE 1 980 54 31 A1.
Zu den möglichen Verfahren der Modifikation zählt vorzugsweise die chemische Verknüpfung (cross-linking). Dabei werden vorhandene Gruppen auf den Polymeren, beispielsweise Hydroxyl-, Carboxy-, Carboxyl-, Amino-, Amid-, Aryl-, Sulfhydryl-, Alkyl-, Methoxy- und Ethoxy-Reste, bzw. -Gruppen nach an sich bekannten Verfahren aktiviert, wie sie beispielsweise beschrieben sind in: E. Müller, E. Klein „Membranes Modified for Biochromatography" in: Bioseparation und Bioprocessing. Vol 1 (Herausgeber: G. Subramanian), Wiley-VCH , Weinheim 1 997. Nach der Aktivierung werden dann die erforderlichen Liganden kovalent an die Oberflächen gebunden. Zu den erfindungsgemäß einsetzbaren Aktivierungsmethoden gehören beispielsweise Verfahren, bei denen folgende Aktivierungsreagenzien Anwendung finden: Cyanogen-Bromid, Tosyl-Chlorid, N-Hydroxy- Succinimid, Carbonyl-di-lmidazol, Carbodiimide, 1 ,4-Butandiol- diglycidol-Ether, Glutaraldehyd und 2-Fluoro-1 -Methylpyridin. Gewünschtenfalls können sogenannte spacer eingeführt werden. Als Anhaftungsstellen bzw. Bindungsstellen für die schwachen Wechselwirkungen können dann an die so aktivierten Oberflächen vorzugsweise folgende Biomoleküle gebunden werden: polymere Kohlenhydrate (z. B. Chitosane und Dextrane), Glycoproteine, Glycopeptide, Glycane, Lektine, polymerisierte Aminosäuren (beispielsweise Poly-L-Leucin), Peptide, Proteine, Nukleotide und Biomoleküle-bindende Farbstoffe.The possible methods of modification preferably include chemical linking (cross-linking). Groups present on the polymers, for example hydroxyl, carboxy, carboxyl, amino, amide, aryl, sulfhydryl, alkyl, methoxy and ethoxy radicals or groups, are activated by methods known per se as described, for example, in: E. Müller, E. Klein "Membranes Modified for Biochromatography" in: Bioseparation and Bioprocessing. Vol 1 (Editor: G. Subramanian), Wiley-VCH, Weinheim 1 997. After activation, then The required ligands are covalently bound to the surfaces, and the activation methods which can be used according to the invention include, for example, methods in which the following activation reagents are used: cyanogen bromide, tosyl chloride, N-hydroxy succinimide, carbonyl-di-imidazole, carbodiimides, 1, 4 -Butanediol-diglycidol ether, glutaraldehyde and 2-fluoro-1-methylpyridine If desired, so-called spacers can be introduced as attachment sites or binding sites for the weak interaction Can then attach to the activated surfaces preferably the following biomolecules are bound: polymeric carbohydrates (e.g. chitosans and dextrans), glycoproteins, glycopeptides, glycans, lectins, polymerized amino acids (e.g. poly-L-leucine), peptides, proteins, nucleotides and biomolecule-binding dyes.
Die Geometrie der Oberflächen der Trennmaterialien, an denen die Separation erfolgt, kann ausgesprochen vielfältig ausgeführt sein. Die Trennmaterialien werden dabei von der zu chromatographierenden Flüssigkeit umspült oder durchspült. So können z. B. glatte Flächen in möglichst geringen Abständen in Form von schmalen Kanälen oder Röhren eingesetzt werden. Auch können flexible Schläuche mit geringen Durchmessern eingesetzt werden. Um die Abstände auf einem definierten Maß halten zu können, werden vorzugsweise sogenannte Abstandhalter in Form von Fäden, Netzen oder Präzisionsgeweben zwischen den Flächen eingefügt. Diese Abstandshalter können aus dem gleichen Material wie die Oberflächen der Trennmaterialien bestehen. Ferner können auch Röhren, Schläuche oder Wickeleinheiten aus einem inerten Material benutzt werden, in deren Lumen sich Fäden, Netze oder dochtartige Gewebe befinden, deren Oberfläche wie zuvor beschrieben beschaffen sind. Weiterhin können unregelmäßige Filterformen, wie Metallschmelzefilter (z.B. der Fa. Drache, Dietz, BRD) eingesetzt werden, die eine große Oberfläche aufweisen und aus keramischen, chemisch und termisch hochbeanspruchbaren, Material gefertigt sind. Die Flüssigkeitsströme laufen dabei an diesen Oberflächen vorbei und durchdringen sie nicht. Da die Flüssigkeitsströme somit auf keine großen Widerstände stoßen, können große Druckabfälle vermieden werden. Somit können auch Pumpen und Ventile eingesetzt werden, die für mittlere Druckverhältnisse ausreichend und auch kostengünstiger sind, als das für Hochdruck-Apparaturen der Fall ist.The geometry of the surfaces of the separating materials on which the separation takes place can be designed in a very varied manner. The separating materials are washed or flushed by the liquid to be chromatographed. So z. B. smooth surfaces in the smallest possible distances in the form of narrow channels or tubes. Flexible hoses with small diameters can also be used. In order to be able to keep the distances at a defined dimension, so-called spacers in the form of threads, nets or precision fabrics are preferably inserted between the surfaces. These spacers can be made of the same material as the surfaces of the separating materials. Furthermore, tubes, hoses or winding units made of an inert material can also be used, in the lumens of which there are threads, nets or wick-like fabrics, the surface of which is as previously described. Irregular filter shapes, such as molten metal filters (e.g. from Drache, Dietz, FRG), which have a large surface area and are made of ceramic, chemically and thermally highly stressable material can also be used. The liquid flows run past these surfaces and do not penetrate them. Since the liquid flows do not encounter large resistances, large pressure drops can be avoided. This means that pumps and valves can also be used that are sufficient for medium pressure conditions and also less expensive than is the case for high-pressure equipment.
Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mit mehreren sogenannten Separationseinheiten versehen, in denen sich die Trennmaterialien befinden. Die Separationseinheiten sind zumindest chromatographisch im wesentlichen gleich ausgestaltet und vorzugsweise im wesentlichen identisch. Vorzugsweise sind die eingesetzten Trennmaterialien hinsichtlich Form, Größe und Art in etwa die gleichen und vorzugsweise im wesentlichen identisch. Vorzugsweise sind mehrere Separationseinheiten flußmäßig hintereinander geschaltet und zu Trennzonen zusammengefaßt.The device for carrying out the method according to the invention is provided with several so-called separation units, in which there are separating materials. The separation units are at least chromatographically essentially the same and preferably essentially identical. The separating materials used are preferably approximately the same in terms of shape, size and type and preferably essentially identical. A plurality of separation units are preferably connected in series in terms of flow and combined to form separation zones.
Der Zufluß und Abfluß sowohl der Eintrag und Austrag geschieht mittels Ventileinheiten, die durch einen Computer gesteuert werden und deren Stellung anhand eines mathematischen Modells verändert werden, so daß der an sich schwache, auf den Wechselwirkungen beruhende Trenneffekt derart optimiert wird, daß die Trennung der Substanzen kontinuierlich erfolgen kann. Das Ein- und Austragen der Stoffflüsse erfolgt mit Hilfe von mehreren und typischerweise vier Pumpen. Das Fluß- und Kreislaufsystem, das von einer weiteren Pumpe aufrechterhalten wird, ist dabei wie bei der SMB-Chromatographie gestaltet. Es gibt somit mehrere Trennzonen, denen jeweils eine bestimmte Anzahl von Separationseinheiten zugeordnet sind und die an die entsprechenden Leitungen durch Ventilschaltungen angekoppelt sind.The inflow and outflow of both the entry and the discharge is done by means of valve units which are controlled by a computer and whose position is changed using a mathematical model, so that the weak separation effect based on the interactions is optimized in such a way that the separation of the substances can be done continuously. The material flows are carried in and out with the aid of several and typically four pumps. The flow and circulatory system, which is maintained by another pump, is designed like SMB chromatography. There are therefore several separation zones, each of which is assigned a certain number of separation units and which are coupled to the corresponding lines by valve circuits.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden normalerweise nicht reine Zweistoffgemische aufgetrennt, wie das bei der Simulated-Moving- Bed-Chromatographie üblich ist. Vielmehr werden erfindungsgemäß komplexere Gemische von Biomolekülen eingesetzt, bei denen jedoch meistens eine Trennung in zwei Komponenten ausreichend ist. Durch die Wiederholung der Trennung in zwei Komponenten ist letztendlich ebenso eine Reindarstellung einzelner Biomoleküle möglich, sofern dies gewünscht wird. Dabei sind in diesem Fall unter Komponenten komplexere Mischungen zu verstehen. Die Ausgestaltung und Steuerung der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im übrigen bekannt. Derartige Vorrichtungen werden auch bei der SMB-Chromatographie und der TMB- Chromatographie eingesetzt. Allerdings arbeiten diese bekannten Vorrichtungen mit porösen Trennmaterialien, wie dies oben geschildert ist. Das erfindungsgemäße Trennverfahren, welches sich der genannten schwachen Wechselwirkung bedient und bei dem die Trennung an nicht porösen Oberflächen erfolgt, kann auch als computergesteuerte Gegenstrom-Chromatographie durch Trennung an Oberflächen oder auf englisch „Computer controlled counter current chromatography using Separation on surfaces" oder abgekürzt „C-5-S-2" bezeichnet werden. Nachstehend wird nur noch der Begriff „C-5-S-2" verwendet.In the process according to the invention, normally not pure two-substance mixtures are separated, as is common in simulated moving bed chromatography. Rather, more complex mixtures of biomolecules are used according to the invention, in which, however, a separation into two components is usually sufficient. By repeating the separation into two components, it is ultimately also possible to display individual biomolecules, if this is desired. In this case, components are to be understood as meaning more complex mixtures. The design and control of the device for performing the method according to the invention is otherwise known. Such devices are also used in SMB chromatography and TMB chromatography. However, these known devices work with porous separating materials, as described above. The separation method according to the invention, which uses the weak interaction mentioned and in which the separation takes place on non-porous surfaces, can also be carried out as computer-controlled countercurrent chromatography by separation on surfaces or in English “Computer controlled counter current chromatography using separation on surfaces” or abbreviated “ C-5-S-2 ". Only the term "C-5-S-2" is used below.
Dieses C-5-S-2-Verfahren wird anhand der Abb. 1 nachstehend näher beschrieben. Die Abb. 1 gibt den Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens stark vereinfacht sowie sehr schematisiert wieder, wobei zahlreiche Details weggelassen sind, um das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens klarer und einfacher darstellen zu können. Der dort gezeigte Aufbau und die Steuerung ist jedoch - wie dargestellt - bekannter Art. Diesbezüglich wird auf die weiter vorne erwähnten Druckschriften verwiesen.This C-5-S-2 process is described in more detail with reference to Fig. 1 below. Fig. 1 shows the structure of a device for performing the method according to the invention in a highly simplified and very schematic manner, numerous details being omitted in order to be able to illustrate the principle of the method according to the invention more clearly and simply. However, the structure and the control shown there are - as shown - of a known type. In this regard, reference is made to the publications mentioned above.
Die einzelnen Separationseinheiten A, B, C, D, E, F, G und H der in der Abb. 1 gezeigten Vorrichtung sind flußmäßig hintereinander geschaltet. Zwischen diesen einzelnen Separationseinheiten befinden sich Zu- und Abflüsse 1 , 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 zu einer großen Ventileinheit 10. Die Zu- und Abflüsse 1 bis 8 weisen jeweils einen Zufluß und einen Abfluß auf; der Einfachheit halber sind die beiden Leitungen nur mit einem Strich 1 bis 8 in der Abbildung dargestellt. An den Mündungen 1 1 bis 18 dieser Zu- und Abflüsse 1 bis 8 in die Zirkulationsleitung 19 sind jeweils Dreiwegeventile angeordnet, die nicht dargestellt sind. Die Ventileinheit 10 ist computergesteuert und mit zwei Zuflüssen 21 und 22 und zwei Abflüssen 23 und 24 ausgestattet, wobei jeweils ein Zufluß 21 für das Trennmedium und ein Zufluß 22 für das zu trennende Gemisch und ein Abfluß 23 für die Komponente 1 und ein Abfluß 24 für die Komponente 2 vorhanden sind.The individual separation units A, B, C, D, E, F, G and H of the device shown in Fig. 1 are connected in series in terms of flow. Between these individual separation units there are inflows and outflows 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 and 8 to a large valve unit 10. The inflows and outflows 1 to 8 each have an inflow and an outflow; for the sake of simplicity, the two lines are only shown with a line 1 to 8 in the figure. At the mouths 11 to 18 of these inflows and outflows 1 to 8 into the circulation line 19, three-way valves are arranged, which are not shown. The valve unit 10 is computer-controlled and equipped with two inflows 21 and 22 and two outlets 23 and 24, with one inflow 21 for each Separation medium and an inlet 22 for the mixture to be separated and an outlet 23 for component 1 and an outlet 24 for component 2 are present.
Bei der in der Abb. 1 gezeigten Ausführungsform sind jeweils zwei Separationseinheiten A, B; C, D; E, F und G, H zu Trennzonen AB, CD, EF und GH zusammengeschaltet. Die Zu- und Abflüsse sind dabei derart durch die Ventilanordnung geschaltet, daß immer ein Zufluß und Abfluß sich abwechseln. So befindet sich die erste Trennzone AB zwischen dem Zufluß des Trennmediums und dem Abfluß der Komponente 2 (Extrakt). Die zweite Trennzone CD befindet sich zwischen dem Abfluß der Komponente 2 (Extrakt) und dem Zufluß des zu trennenden Gemisches. Die dritte Zone EF befindet sich hier zwischen der Zufuhr des zu trennenden Gemisches und dem Abfluß der Komponente 1 (Raffinat). Die vierte Zone GH befindet sich zwischen dem Abfluß der Komponente 1 (Raffinat) und dem Zufluß des Trennmediums. Wie dargelegt, sind somit jeweils zwei Separationseinheiten zu einer Trennzone zusammengeschaltet. Diese Art der Schaltung stellt jedoch nur eine Ausführungsform dar. Selbstverständlich können die Separationseinheiten auch alleine eingesetzt oder zu dreien, vieren etc. zusammengeschaltet sein.In the embodiment shown in Fig. 1, two separation units A, B; C, D; E, F and G, H connected to separation zones AB, CD, EF and GH. The inflows and outflows are switched in such a way by the valve arrangement that an inflow and outflow always alternate. The first separation zone AB is thus between the inflow of the separation medium and the outflow of component 2 (extract). The second separation zone CD is located between the outflow of component 2 (extract) and the inflow of the mixture to be separated. The third zone EF is here between the supply of the mixture to be separated and the outflow of component 1 (raffinate). The fourth zone GH is located between the outflow of component 1 (raffinate) and the inflow of the separation medium. As explained, two separation units are connected to a separation zone. However, this type of circuit is only one embodiment. Of course, the separation units can also be used alone or connected in groups of three, four, etc.
Die zentrale Vierfach-Verteiler-Ventil-Einheit 1 0 wird mithilfe eines Computerprogrammes gesteuert und kann mechanisch unterschiedlich aufgebaut sein. Sie kann beispielsweise als ein Rotationsvielfachventil ausgestaltet oder aus mehreren Dreifach- oder Einfachventilen aufgebaut sein. Entscheidend ist nur, daß die Ventile derart geöffnet und geschlossen werden, daß die Trennzonen AB, CD, EF und GH derart in Fließrichtung der mobilen bzw. flüssigen Phase weitergeschaltet werden, daß ein quasi Gegenstrom zur Festphase erzeugt wird. Die Pumpen werden dabei vorzugsweise derart von einem Computerprogramm gesteuert, daß die Flußraten in den Trennzonen so geregelt werden, daß an den Ausflüssen jeweils ausschließlich die reinen Komponenten 1 und 2 ausgetragen werden. Es handelt sich dabei um einen komplex geregelten Prozeß, bei dem die geeigneten Parameter zweckmäßigerweise durch Computersimulation ermittelt werden. Dabei können die mathematischen Grundlagen zur Anwendung kommen, die bereits für die Simulated-Moving-Bed-Chromatographie entwickelt worden sind, nämlich: Gottschlich, N. et al., J. Chromatogr. 719, 267-274 (1994); Zong, G. et al. AlChEJ. 43,2960-2969 (1997); Zong, G. and Guiochon, G. Chem. Eng. Sei. 52,4403-4418 (1997); Yun, T. et al. AlChEJ 43,2970-2983 (1997).The central fourfold distributor valve unit 1 0 is controlled with the aid of a computer program and can have different mechanical structures. For example, it can be designed as a rotary multiple valve or can be constructed from several triple or single valves. It is only important that the valves are opened and closed in such a way that the separation zones AB, CD, EF and GH are switched on in the direction of flow of the mobile or liquid phase in such a way that a quasi counterflow to the solid phase is generated. The pumps are preferably controlled by a computer program in such a way that the flow rates in the separation zones are regulated in such a way that only the pure components 1 and 2 are discharged. It is a complex controlled process in which the suitable parameters are expediently determined by computer simulation. The mathematical foundations that have already been developed for simulated moving bed chromatography can be used, namely: Gottschlich, N. et al., J. Chromatogr. 719: 267-274 (1994); Zong, G. et al. AlChEJ. 43, 2960-2969 (1997); Zong, G. and Guiochon, G. Chem. Eng. Be. 52,4403-4418 (1997); Yun, T. et al. AlChEJ 43, 2970-2983 (1997).
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der folgenden, bevorzugte Ausführungsformen beschreibenden Beispiele näher erläutert. The method according to the invention is explained in more detail with reference to the following examples which describe preferred embodiments.
Beispiel 1 :Example 1 :
Separation von peripheren Stammzellen aus dem Blut eines SpendersSeparation of peripheral stem cells from a donor's blood
Mit Hilfe des C-5-S-2-Verfahrens wird aus dem Blut eines Spenders direkt eine Stammzellen-Separation kontinuierlich durchgeführt. Dazu werden die Separationseinheiten wie folgt hergestellt:With the help of the C-5-S-2 method, stem cell separation is carried out continuously from the blood of a donor. The separation units are manufactured as follows:
Teflon-Schläuche von 8 mm im Durchmesser werden auf einer Länge von 40 Zentimetern an den Enden mit Edelstahl-Netzen abgeschlossen, und die verjüngten Enden werden jeweils mit dünneren Schläuche mit Pumpen bzw. Ventilen verbunden. Zwischen den Enden wird als Trennmaterial ein dochtartiges Nylongewebe eingebracht, auf dem durch Aktivierung mit Cyanurchlorid und Dicyclohexylcarbodiimid das Glycan Sialyl-Lewis-A als Anhaftungsphase gekoppelt ist. Dabei wurde die Gruppendichte so gewählt, daß weniger als 0, 1 μMol des Liganden pro Gramm Nylon gebunden ist. Jeweils ein solches Teflonschlauchstück stellt eine Separationseinheit dar. Insgesamt werden 8 Separationseinheiten hinter einander geschaltet, wobei die Trennzonen jeweils aus 2,2,3, 1 Einheiten bestehen. Trennzone 1 (Trennmedium/Stammzellen-Extrakt) besteht aus 2 Einheiten. Trennzone 2 (Stammzellen-Extrakt/Blutzufluß) besteht aus 2 Einheiten. Trennzone 3 (Blutzufluß/Blutabfluß) besteht aus 3 Einheiten. Trennzone 4 (Blutabfluß/Trennmedium) besteht aus 1 Einheit. Als Trennmedium wird isotone Kochsalzlösung benutzt. Die gesamte Apparatur wird auf 37 Grad Celsius temperiert.Teflon tubing 8 mm in diameter is terminated at a length of 40 centimeters at the ends with stainless steel nets, and the tapered ends are each connected to pumps or valves with thinner tubing. A wick-like nylon fabric is inserted between the ends as a separating material, on which the glycan sialyl-Lewis A is coupled as an adhesion phase by activation with cyanuric chloride and dicyclohexylcarbodiimide. The group density was chosen so that less than 0.1 μmol of the ligand is bound per gram of nylon. Such a piece of Teflon tubing represents a separation unit. A total of 8 separation units are connected in series, the separation zones each consisting of 2,2,3,1 units. Separation zone 1 (separation medium / stem cell extract) consists of 2 units. Separation zone 2 (stem cell extract / blood flow) consists of 2 units. Separation zone 3 (blood inflow / blood outflow) consists of 3 units. Separation zone 4 (blood drain / separation medium) consists of 1 unit. Isotonic saline is used as the separation medium. The entire apparatus is heated to 37 degrees Celsius.
Auf diese Weise ist es möglich, innerhalb von 2 Stunden etwa 10 Millionen Stammzellen aus dem peripheren Blut eines Spenders zu gewinnen. Beispiel 2:In this way it is possible to obtain around 10 million stem cells from the peripheral blood of a donor within 2 hours. Example 2:
Separation von Lactoferrin aus Kuh-MolkeSeparation of lactoferrin from cow whey
Mit Hilfe des C-5-S-2-Verfahrens wird Lactoferrin aus Kuhmolke separiert. Dazu werden die Separationseinheiten wie folgt hergestellt. In Schläuche von 50 mm Durchmesser aus Celluloseacetat werden Spacer (Netze aus gewobenen Celluloseacetat Fasern von 0,5 mm Durchmesser) eingelegt und in Längen von 3 m flach auf Kerne aufgewickelt. Die Schläuche sind nicht porös, und die Enden werden jeweils mit Kunststofffritten abgeschlossen und verjüngt, damit die entsprechenden Zuflußschläuche und Abflußschläuche an die Einheiten angeschlossen werden können. Die Celluloseacetat-Oberflächen werden mit Hilfe von 1 , 1 Carbonylimidazol aktiviert und Chitosane daran kovalent gebunden. Die Gruppendichte beträgt ca. 1 ,0 mMol pro Gramm Celluloseacetat. Es werden 10 Separationseinheiten hintereinander geschaltet wobei eine Anordnung 1 ,4,4, 1 benutzt wird. Dabei ist Trennzone 1 (Trennmedium/Lactoferrin-Abfluß) 1 Einheit, Trennzone 2 (Lactoferrin-Abfluß/Zufluß-Molke) 4 Einheiten, Trennzone 3 (Zufluß- Molke/Abfluß-Restmolke) 4 Einheiten und Trennzone 4 (Abfluß- Restmolke/Trennmedium) 1 Einheit groß.Lactoferrin is separated from cow whey using the C-5-S-2 process. The separation units are manufactured as follows. Spacers (nets made of woven cellulose acetate fibers of 0.5 mm diameter) are inserted into tubes of 50 mm diameter made of cellulose acetate and wound flat on cores in lengths of 3 m. The tubing is non-porous and the ends are each sealed and tapered with plastic frit so that the appropriate inflow and outflow tubing can be connected to the units. The cellulose acetate surfaces are activated with the aid of 1.1 carbonylimidazole and chitosans are covalently bound to them. The group density is approximately 1.0 mmol per gram of cellulose acetate. 10 separation units are connected in series, an arrangement 1, 4, 4, 1 being used. Separation zone 1 (separation medium / lactoferrin outflow) is 1 unit, separation zone 2 (lactoferrin outflow / inflow whey) 4 units, separation zone 3 (inflow whey / outflow residual whey) 4 units and separation zone 4 (outflow residual whey / separation medium) ) 1 unit in size.
Als Trennmedium wird 10 mM Kochsalzlösung benutzt. Auf diese Weise ist es möglich, kontinuierlich pro Stunde zwischen 10 und 30 Kilogramm Lactoferrin herzustellen. 10 mM saline solution is used as the separation medium. In this way it is possible to produce between 10 and 30 kg of lactoferrin continuously per hour.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Separation von Zellen und Biomolekülen aus Mischungen, welche diese Zellen und Biomoleküle enthalten, mittels der Gegenstrom-Chromatographie mit kontinuierlicher Probenaufgabe und -entnähme unter Verwendung von festen1. Method for the separation of cells and biomolecules from mixtures containing these cells and biomolecules by means of countercurrent chromatography with continuous sample application and removal using solid
Trennmaterialien, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein einziges Trennmedium Anwendung findet und somit kein Wechsel des Trennmediums erfolgt, dass nicht poröse Trennmaterialien mit einer modifizierten oder nicht modifizierten Oberfläche eingesetzt werden und dass zur Separation der zu separierenden Zellen und Biomoleküle sogenannte schwache Wechselwirkungen ausgenutzt werden, welche die zu separierenden Zellen und Biomoleküle mit der modifizierten oder nicht modifizierten Oberfläche eingehen, wobei unter schwachen Wechselwirkungen solche zu verstehen sind, bei denen die Bindungen eine Dissoziationskonstante von größer oder gleich 10"5 M (Kd > 10"5 M) aufweisen.Separation materials, characterized in that only a single separation medium is used and thus there is no change of the separation medium, that non-porous separation materials with a modified or unmodified surface are used and that so-called weak interactions are used to separate the cells and biomolecules to be separated, which the cells and biomolecules to be separated enter into with the modified or unmodified surface, weak interactions being understood to mean those in which the bonds have a dissociation constant of greater than or equal to 10 "5 M (K d > 10 " 5 M).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass schwache Wechselwirkungen ausgenutzt werden, die der Zell- Zell-Erkennung zu Grunde liegen bzw. der Protein-Protein- Wechselwirkung, der Protein-Kohlenhydrat-Wechselwirkung oder der Kohlenhydrat-Kohlenhydrat-Wechselwirkung entsprechen.2. The method according to claim 1, characterized in that weak interactions are used, which are based on the cell-cell recognition or correspond to the protein-protein interaction, the protein-carbohydrate interaction or the carbohydrate-carbohydrate interaction.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Biomoleküle Proteine, Kohlenhydrate, Nukleinsäuren, Glycoproteine, Glycolipide, Vitamine, Enzyme, Lipide, und bioaktive Stoffe und als Zellen solche aus pflanzlichen, tierischen oder einzelligen Zellqueilen oder aus peripherem Blut eingesetzt werden. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that proteins, carbohydrates, nucleic acids, glycoproteins, glycolipids, vitamins, enzymes, lipids, and bioactive substances are used as biomolecules and those from plant, animal or unicellular cell sources or from peripheral blood are used as cells become.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als bioaktive Stoffe Hormone, als Zellen solche aus der Fermentation und als peripheres Blut solches vom Menschen eingesetzt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that hormones are used as bioactive substances, those from the fermentation as cells and those from humans as peripheral blood.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennmaterialien biologische Polymere, modifizierte biologische Polymere, modifizierte oder unmodifizierte Kunststoffe, modifizierte oder unmodifizierte anorganische Matrices eingesetzt werden.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that biological polymers, modified biological polymers, modified or unmodified plastics, modified or unmodified inorganic matrices are used as separating materials.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als biologischen Polymere Cellulosen, Chitosane, Dextrane, Dextrine, Cyclodextrine, Stärken, Agarosen, Poly-L-Leucin und6. The method according to claim 5, characterized in that as biological polymers celluloses, chitosans, dextrans, dextrins, cyclodextrins, starches, agaroses, poly-L-leucine and
Poly-DL-Methionin, als modifizierte biologische Polymere modifizierte Cellulosen wie Celluloseacetate, Carboxymethylcellulose, Celluloseacetat-butyrat, Ethylcellulose, Celluphan sowie andere Celluloseester und - mischester, als modifizierte und unmodifizierte Kunststoffe Polyethylen, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyamide, Nylone,Poly-DL-methionine, cellulose modified as modified biological polymers such as cellulose acetates, carboxymethyl cellulose, cellulose acetate butyrate, ethyl cellulose, cellulose and other cellulose esters and mixed esters, as modified and unmodified plastics polyethylene, polysulfones, polyether sulfones, polyamides, nylones,
PVC(Polyvinylchlorid), Polyacrylnitril, Polyaramid, Polystyrole einschließlich Styrol/Divinylbenzol-Polymere, Polyester, Polypropylene, Teflone, PTFE, FEP, PFA, Polyvinylalkohole,PVC (polyvinyl chloride), polyacrylonitrile, polyaramid, polystyrenes including styrene / divinylbenzene polymers, polyester, polypropylene, teflone, PTFE, FEP, PFA, polyvinyl alcohols,
Polyvinylidenfluorid, Polyvinyldifluoride, Polyolefine,Polyvinylidene fluoride, polyvinyl difluoride, polyolefins,
Methacrylpolymere, Polybenzimidazol, Polyfuran,Methacrylic polymers, polybenzimidazole, polyfuran,
Polyphenylenoxid, Polyethylenimin, Polyacrylate, Polybutadiene, Polybenzimidazolon, Polyether-/amid, Polyether-/harnstoff, Polyether-viscose, Polydimethylsiloxan, Silicon, Siloxane,Polyphenylene oxide, polyethyleneimine, polyacrylates, polybutadienes, polybenzimidazolone, polyether / amide, polyether / urea, polyether-viscose, polydimethylsiloxane, silicone, siloxanes,
Polycarbonat, Polyalkylsulfon, Polyisopren, Polyethylenterephthalat und deren Mischungen und als modifizierte und unmodifizierte anorganischen Matrices Kohlenstoff/Kohlefaser-Verbundstoffe, Keramiken (z.B.: TiO2, AI2O3, ZrSiO4, ZrO2), Silikate, Gläser und andere Matrices (wie z.B.: Metall- oder Glasgefiechte mit/ohne modifizierter Oberfläche), die für den chemischen Apparatebau typisch sind, eingesetzt werden.Polycarbonate, polyalkyl sulfone, polyisoprene, polyethylene terephthalate and their mixtures and as modified and unmodified inorganic matrices carbon / carbon fiber composites, ceramics (for example: TiO 2 , Al 2 O 3 , ZrSiO 4 , ZrO 2 ), silicates, glasses and other matrices (such as: metal or glass mesh with / without modified surface), which are typical for chemical apparatus construction.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Trennmaterialien mit einer modifizierten Oberfläche eingesetzt werden, wobei die Modifikation nach per se sich bekannten7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that separating materials with a modified surface are used, the modification being known per se
Verfahren der chemischen Verknüpfung (cross-linking) durchgeführt wurde und die auf der zu modifizierenden Oberfläche vorhandenen Gruppen mit an sich bekannten Aktivierungsreagenzien aktiviert wurden und an die so aktivierten Oberflächen Moleküle aus der Gruppe der polymeren Kohlenhydrate, der Glycoproteine, derProcess of chemical linking (cross-linking) was carried out and the groups present on the surface to be modified were activated with activation reagents known per se, and molecules from the group of the polymeric carbohydrates, the glycoproteins, of the polymer, were activated on the surfaces thus activated
Glycopeptide, der Glycane, der Lektine, der polymerisierten Aminosäuren, der Peptide, der Proteine, der Nukleotide oder der Biomoleküle-bindenden Farbstoffe gebunden wurden.Glycopeptides, glycans, lectins, polymerized amino acids, peptides, proteins, nucleotides or biomolecule-binding dyes.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den vorhandenen Gruppen um Hydroxyl-, Carboxy-, Carboxyl-, Amino-, Amid-, Aryl-, Sulfhydryl-, Alkyl-, Methoxy- und Ethoxy- Gruppen, bei den Aktivierungsreagenzien um Cyanogen-Bromid, Tosyl-Chlorid, N-Hydroxy-Succinimid, Carbonyl- di-lmidazol, Carbodiimide, 1 ,4-Butandiol-diglycidol-Ether,8. The method according to claim 7, characterized in that the groups present are hydroxyl, carboxy, carboxyl, amino, amide, aryl, sulfhydryl, alkyl, methoxy and ethoxy groups the activation reagents for cyanogen bromide, tosyl chloride, N-hydroxy succinimide, carbonyl di-imidazole, carbodiimides, 1, 4-butanediol diglycidol ether,
Glutaraldehyd, 2-Fluoro-1-Methylpyridin), bei den anzulagernden Molekülen in Form der polymeren Kohlenhydraten um Chitosane und Dextrane und bei den anzulagernden Molekülen in Form von polymerisierten Aminosäuren um Poly-L-Leucin handelt. Glutaraldehyde, 2-fluoro-1-methylpyridine), the molecules to be added in the form of the polymeric carbohydrates are chitosans and dextrans and the molecules to be added in the form of polymerized amino acids are poly-L-leucine.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennmaterialen mit der modifizierten oder nicht modifizierten Oberfläche in Separationseinheiten eingesetzt sind, von der zu chromatographierenden Flüssigkeit umspühlt oder durchspühlt werden und einerseits als Kanäle, Röhren, flexible Schläuche oder Wickeleinheiten ausgebildet sind, wobei Abstandhalter aus dem gleichen Trennmaterial in Form von Fäden, Netzen, Geweben oder dochtartigen Geweben darin eingesetzt sein können, oder andererseits in das Lumen von Röhren, Kanälen,9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the separating materials with the modified or unmodified surface are used in separation units, are flushed or flushed with by the liquid to be chromatographed and are designed on the one hand as channels, tubes, flexible hoses or winding units, spacers made of the same separating material in the form of threads, nets, fabrics or wick-like fabrics can be inserted therein, or on the other hand in the lumen of tubes, channels,
Schläuchen oder Wickeleinheiten aus einem inerten Material als Fäden, Netze , Gewebe oder dochtartige Gewebe, sowie regellose Strukturen z.B. aus keramischen Werkstoffen eingesetzt sind.Hoses or winding units made of an inert material as threads, nets, fabrics or wick-like fabrics, as well as irregular structures e.g. made of ceramic materials.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Separationseinheiten zumindest im wesentlichen gleich ausgestaltet sind.10. The method according to claim 9, characterized in that the separation units are at least substantially the same.
1 1. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Seperationseinheiten flußmäßig hintereinander geschaltet sind und zu Trennzonen zusammengeschaltet sind.1 1. The method according to claim 9 or 10, characterized in that a plurality of separation units are connected in series in terms of flow and are interconnected to form separation zones.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass solche Biomoleküle an den Oberflächen der Trennmaterialien gebunden sind, die mit Blutzellen und periphere Stammzellen in der zu chromatographierenden Flüssigkeit in Wechselwirkung treten können.12. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that those biomolecules are bound to the surfaces of the separating materials, which can interact with blood cells and peripheral stem cells in the liquid to be chromatographed.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als zu chromatographierende Flüssigkeit Tiermilchen, Fermentations-Überstände, Melasse, Pflanzenextrakte, Rückstände aus der Pflanzenverarbeitung, Blutprodukte, Waschwässer aus Industrieproduktionen und Industrierückstände eingesetzt werden.13. The method according to any one of claims 1 to 1 1, characterized in that animal milk as the liquid to be chromatographed, Fermentation supernatants, molasses, plant extracts, residues from plant processing, blood products, wash water from industrial productions and industrial residues are used.
14. Verwendung von den in den Ansprüchen 1 bis 13 beschriebenen, nicht porösen Trennmaterialien mit einer modifizierten oder nicht modifizierten Oberfläche zur Separation von Zellen und Biomolekülen aus Mischungen, welche diese Zellen und Biomoleküle enthalten, mittels der Gegenstrom-Chromatographie mit kontinuierlicher Probenaufgabe und -entnähme unter Ausnutzung sogenannter schwacher Wechselwirkungen, welche die zu separierenden Zellen und Biomoleküle mit dieser Oberfläche eingehen. 14. Use of the non-porous separating materials described in claims 1 to 13 with a modified or unmodified surface for the separation of cells and biomolecules from mixtures which contain these cells and biomolecules by means of countercurrent chromatography with continuous sample application and removal using so-called weak interactions that the cells and biomolecules to be separated enter into with this surface.
PCT/EP2000/011520 1999-11-20 2000-11-20 Method for separating cells and biomolecules using counter-current chromatography WO2001037959A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU23581/01A AU2358101A (en) 1999-11-20 2000-11-20 Method for separating cells and biomolecules using counter-current chromatography
EP00987272A EP1231992A1 (en) 1999-11-20 2000-11-20 Method for separating cells and biomolecules using counter-current chromatography

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19956010 1999-11-20
DE19956010.2 1999-11-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2001037959A1 true WO2001037959A1 (en) 2001-05-31

Family

ID=7929832

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2000/011520 WO2001037959A1 (en) 1999-11-20 2000-11-20 Method for separating cells and biomolecules using counter-current chromatography

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1231992A1 (en)
AU (1) AU2358101A (en)
WO (1) WO2001037959A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1545574A2 (en) * 2002-09-13 2005-06-29 Biogen Idec Inc. Method of purifying polypeptides by simulated moving bed chromatography
WO2007143963A1 (en) * 2006-06-15 2007-12-21 Nikolaus Stephan Pfeiffer Continuous countercurrent chromatography unit
WO2008127087A1 (en) 2007-04-17 2008-10-23 Xendo Holding B.V. Method and device for continuous membrane adsorption
CN103736296A (en) * 2013-12-30 2014-04-23 浙江大学 Double-column circulating separation system and method for preparing high-purity tanshinone compound

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0290406A1 (en) * 1987-03-06 1988-11-09 Hyclone Laboratories, Inc. Low affinity adsorbent for affinity chromatography
DE3900272A1 (en) * 1989-01-07 1990-07-12 Mueller Schulte Detlef Dr Synthetic polymeric support material for chromatographic separation processes, process for its production and use
EP0611066A1 (en) * 1993-02-09 1994-08-17 AGRICULTURAL & FOOD RESEARCH COUNCIL Continuous separation and purification of materials
US5482631A (en) * 1994-10-06 1996-01-09 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Separation of inositols from sugars and sugar alcohols
US5626762A (en) * 1995-02-13 1997-05-06 Uop Separations by simulated moving bed chromatography operating at low K' values using weakly interating adsorbents as the stationary phase
US5645729A (en) * 1995-02-13 1997-07-08 Uop Separations by simulated moving bed chromatography operating at low k' values using weakly interacting adsorbents as the stationary phase
DE19629208A1 (en) * 1995-01-20 1998-01-22 Merck Patent Gmbh Use of modified polyamide with selective groups bonded to amine

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0290406A1 (en) * 1987-03-06 1988-11-09 Hyclone Laboratories, Inc. Low affinity adsorbent for affinity chromatography
DE3900272A1 (en) * 1989-01-07 1990-07-12 Mueller Schulte Detlef Dr Synthetic polymeric support material for chromatographic separation processes, process for its production and use
EP0611066A1 (en) * 1993-02-09 1994-08-17 AGRICULTURAL & FOOD RESEARCH COUNCIL Continuous separation and purification of materials
US5482631A (en) * 1994-10-06 1996-01-09 Board Of Supervisors Of Louisiana State University And Agricultural And Mechanical College Separation of inositols from sugars and sugar alcohols
DE19629208A1 (en) * 1995-01-20 1998-01-22 Merck Patent Gmbh Use of modified polyamide with selective groups bonded to amine
US5626762A (en) * 1995-02-13 1997-05-06 Uop Separations by simulated moving bed chromatography operating at low K' values using weakly interating adsorbents as the stationary phase
US5645729A (en) * 1995-02-13 1997-07-08 Uop Separations by simulated moving bed chromatography operating at low k' values using weakly interacting adsorbents as the stationary phase

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GOTTSCHLICH N ET AL: "CONTINUOUS BIOSPECIFIC AFFINITY PURIFICATION OF ENZYMES BY SIMULATED MOVING-BED CHROMATOGRAPHY THEORETICAL DESCRIPTION AND EXPERIMENTAL RESULTS", JOURNAL OF CHROMATOGRAPHY A,NL,ELSEVIER SCIENCE, vol. 719, no. 2, 8 January 1996 (1996-01-08), pages 267 - 274, XP000544163, ISSN: 0021-9673 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1545574A2 (en) * 2002-09-13 2005-06-29 Biogen Idec Inc. Method of purifying polypeptides by simulated moving bed chromatography
EP1545574A4 (en) * 2002-09-13 2006-07-19 Biogen Idec Inc Method of purifying polypeptides by simulated moving bed chromatography
US7220356B2 (en) 2002-09-13 2007-05-22 Biogen Idec Inc. Method of purifying polypeptides by simulated moving bed chromatography
US8608960B2 (en) 2002-09-13 2013-12-17 Biogen Idec Inc. Method of purifying polypeptides by simulated moving bed chromatography
WO2007143963A1 (en) * 2006-06-15 2007-12-21 Nikolaus Stephan Pfeiffer Continuous countercurrent chromatography unit
WO2008127087A1 (en) 2007-04-17 2008-10-23 Xendo Holding B.V. Method and device for continuous membrane adsorption
JP2010525318A (en) * 2007-04-17 2010-07-22 イクスエンド、ホールディング、ベスローテン、フェンノートシャップ Continuous membrane adsorption method and apparatus
AU2007351639B2 (en) * 2007-04-17 2012-12-13 Propharma Group Europe B.V. Method and device for continuous membrane adsorption
US9012212B2 (en) 2007-04-17 2015-04-21 Xendo Holding B.V. Method and device for continuous membrane adsorption
CN103736296A (en) * 2013-12-30 2014-04-23 浙江大学 Double-column circulating separation system and method for preparing high-purity tanshinone compound
CN103736296B (en) * 2013-12-30 2015-12-30 浙江大学 A kind of twin columns circulation separation system and method thereof preparing tanshinone compound

Also Published As

Publication number Publication date
AU2358101A (en) 2001-06-04
EP1231992A1 (en) 2002-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Avramescu et al. Preparation of mixed matrix adsorber membranes for protein recovery
DE60203176T2 (en) FRACTIONATION OF PROTEIN-CONTAINING MIXTURES
DE60031244T2 (en) CLEANING OF BIOLOGICAL SUBSTANCES
US7488422B2 (en) Method and apparatus for separating a target molecule from a liquid mixture
Borneman et al. Enzyme capturing and concentration with mixed matrix membrane adsorbers
EP3442700B1 (en) Multimodal adsorption medium with multimodal ligands, method for the preparation and use thereof
EP3347125B1 (en) Adsorption medium, method for production thereof, and use thereof for purification of biomolecules
Avramescu et al. Particle-loaded hollow-fiber membrane adsorbers for lysozyme separation
US5466377A (en) Chromatography media and their uses
US8956535B2 (en) Single pass method and apparatus for separating a target molecule from a liquid mixture
WO2012057676A1 (en) Chromatography system with guard columns
Suen Mixed matrix membranes for adsorption application
Avramescu et al. Dynamic behavior of adsorber membranes for protein recovery
DE69911754T2 (en) ADSOPTIONSCHROMATOGRAPHIE
EP0921847B1 (en) Use of non-particulate sorbents for simulated moving bed separating methods
EP1231992A1 (en) Method for separating cells and biomolecules using counter-current chromatography
DE60222243T2 (en) RELEASE AGENT FOR OPTICAL ISOMER
EP0968038B1 (en) Method and installation for adsorptive substance separation
EP3167283B1 (en) Device, use of said device, and method for separating substances with an improved utilization of the capacity of chromatographic media
EP2521607B1 (en) Method for qualifying a non-particulate ion-exchanger adsorber
EP2389580B1 (en) Device and method for material separation
WO1998003261A1 (en) Chiral non-particulate sorbents
DE19726151B4 (en) Use of monolithic sorbents for simulated moving bed separation processes
Wysor et al. Alleviation of the necessity for supernatant prefiltering in the protein a recovery of Monoclonal antibodies from Chinese hamster ovary cell cultures
Winderl Surface Shaped Synthetic Polymer Fibers and Fiber-based Adsorbents as Stationary Phases for the Preparative Purification of Biopharmaceuticals-Packing characterization, Modeling, Screening and Application

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AU BR CA IL JP LT LV MK NO NZ RO SI US ZA

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2000987272

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2000987272

Country of ref document: EP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 2000987272

Country of ref document: EP