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JP6740357B2 - 強カチオン交換クロマトグラフィー担体及びその使用方法 - Google Patents

強カチオン交換クロマトグラフィー担体及びその使用方法 Download PDF

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Description

本発明は、強カチオン交換基を有するイオン交換クロマトグラフィー担体、及びそれを用いた生体分子の精製方法に関する。
免疫グロブリン(抗体)は、免疫反応を司る生理活性物質である。近年、医薬品、診断薬あるいは対応する抗原タンパク質の分離精製材料等の用途において、その利用価値が高まっている。抗体は免疫した動物の血液あるいは抗体産生能を保有する細胞の細胞培養液又は動物の腹水培養液から取得される。但し、それらの抗体を含有する血液や培養液は、抗体以外のタンパク質、又は細胞培養に用いた原料液に由来する複雑な夾雑成分を包含し、それらの不純物成分から抗体を分離精製するには、煩雑で長時間を要する操作が通常必要である。
液体クロマトグラフィーは、抗体の分離精製に重要である。抗体を分離するためのクロマトグラフィー手法として、ゲルろ過クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、及び逆相クロマトグラフィー等があり、これらの手法を組み合わせることで抗体が分離精製される。
イオン交換クロマトグラフィーは、吸着剤表面のイオン交換基を固定相として移動相中に存在する対イオンを可逆的に吸着することにより分離を行う方法である。吸着剤の形状としては、ビーズや、平膜、及び中空糸等の膜などが採用されており、これらの基材にカチオン交換基又はアニオン交換基を結合したものが吸着剤として市販されている。
カチオン交換基を有する吸着剤では、低塩濃度の抗体溶液を吸着材に接触させることにより、抗体を吸着させ、移動相の塩濃度を高めることにより、吸着させた抗体を溶出させる精製が一般的に行われている。更に、より良好な方法として、以下に説明するフロースルー様式による目的物質の精製も提案されている。
フロースルー様式とは、目的物質よりも不純物を選択的に吸着剤に吸着させる精製方法の様式である。そのため、従来の吸着、溶出を利用した方法に比べ、緩衝液の節約や工程の簡略化につながる。また、高流速で抗体溶液を処理することができれば、更にフロースルー精製の利点が活きると考えられる。
また、カチオン交換工程においては、抗体単量体と、抗体2量体等の凝集体と、を分離することがしばしば目的とされている。しかし、抗体単量体と抗体凝集体の等電点はほぼ等しいため、フロースルー精製において、抗体単量体と抗体2量体の分離は特に難しく、カチオン交換体の緻密な設計が必要となる。
特許文献1では、強カチオン交換基を有するモノマーと非荷電モノマーを担体にグラフト重合した、フロースルー精製に適したクロマトグラフィー担体が開示されている。
特許文献2では、温度応答性モノマーと、強カチオン交換基を有するグラフト鎖が担体に固定された、フロースルー精製に適したクロマトグラフィー担体が開示されている。
特許文献3では、弱カチオン交換基を有するフロースルー精製に適したクロマトグラフィー担体が開示されている。
特開2013−189427号公報 国際公開第2014/171437号 国際公開第2016/013609号
特許文献1に開示されているカチオン交換体は、固体担体上の低密度(1ないし30mmol/L)のカチオン交換基の使用を特徴としており、それ以上のカチオン交換基の密度では、フロースルー精製において、効率的に凝集体が除去できないため、カチオン交換基の密度に制限がある。そのため、精製できる抗体量が必ずしも多くはない。
特許文献2に開示されているカチオン交換体は、温度応答性モノマーのアクリルアミド誘導体、具体的にはイソプロピルアクリルアミドをモノマー単位としてグラフト鎖に含むため、精製性能が温度の影響を受ける傾向にある。また、処理温度が低いと、イソプロピルアクリルアミドをモノマー単位として含む高分子鎖が親水性となり、凝集体除去性能が低下する。そのため、疎水性モノマーを共重合することにより、イソプロピルアクリルアミドの共重合体の下限臨界温度を下げ、高分子の疎水的な性質を強めることにより、室温付近での凝集体除去性能を向上させている。しかし、特許文献2に開示されているカチオン交換体の性能を安定させるためには、精密な温度コントロールが必要である。一方で、タンパク医薬品の製造は製造現場によって温度が異なるため、温度の影響を極力受けないことが望ましい。
更に、特許文献2に開示されているカチオン交換基の密度が30mmol/L以上のカチオン交換膜については、抗体凝集体の除去効率に改善の余地がある。
特許文献3は、30mmol/L以上のカチオン交換基密度の、フロースルー精製に適したカチオン交換膜が開示されている。当該カチオン交換膜は、カチオン交換基密度が高くても、凝集体を効率的に除去できており、多量の抗体を精製できている。一方、開示されているカチオン交換膜は、弱カチオン交換基が主であり、低いpHではカチオン交換基が荷電しないため、広範囲のpH領域における効率的な抗体凝集体の除去という観点からは、改善の余地がある。
このように、抗体等の生理活性物質のフロースルー精製において、広範囲のpH領域において多量の生理活性物質を効率的に、かつ温度の影響を受けずにフロースルー精製できるカチオン交換膜は開示されていない。そこで、本発明は、フロースルー精製において、温度による影響を受けにくく、低pHでも効率よく多量の生理活性物質を精製可能なカチオン交換膜を提供することを課題とする。
本発明者は上記課題を解決するために、種々の角度から検討を加えて、研究開発を行った。その結果、フロースルー精製において、温度による影響を受けにくく、広いpH範囲で効率よく多量の生理活性物質を精製可能なグラフト鎖の組成を見出し、本発明を完成するに至った。
本発明の形態によれば、基材と、基材に固定された、モノマー単位の一つが少なくともスルホン酸基を有する共重合体と、を備えるカチオン交換クロマトグラフィー担体であって、共重合体が実質的に架橋構造を形成しておらず、かつ共重合体がアクリルアミド及びアクリルアミド誘導体をモノマー単位として含まない、又は、実質的に影響を与えない範囲で含み、基材の質量に対する共重合体の質量の割合が5%以上200%以下であり、スルホン酸基の密度が30mmol/Lより高く200mmol/L以下である、カチオン交換クロマトグラフィー担体が提供される。
上記のカチオン交換クロマトグラフィー担体において、共重合体におけるスルホン酸基を有するモノマー単位のモル比率が、電荷を有しない中性モノマー単位のモル比率よりも小さくともよい。
上記のカチオン交換クロマトグラフィー担体において、共重合体におけるスルホン酸基を有するモノマー単位の質量割合が、電荷を有しない中性モノマー単位の質量割合よりも小さくともよい。
上記のカチオン交換クロマトグラフィー担体において、スルホン酸基を有するモノマー単位が、グリシジルメタクリレート誘導体であってもよい。
上記のカチオン交換クロマトグラフィー担体において、中性モノマー単位が、少なくとも親水性モノマー単位を含み、共重合体中の中性モノマー単位における親水性モノマー単位のモル比率が50%以上であってもよい。
上記のカチオン交換クロマトグラフィー担体において、中性モノマー単位が、少なくとも親水性モノマー単位を含み、共重合体中の中性モノマー単位の総質量における親水性モノマー単位の質量の割合が50%以上であってもよい。
上記のカチオン交換クロマトグラフィー担体が、カルボキシル基を含まなくともよく、あるいは、カルボキシル基の密度がスルホン酸基の密度よりも低くともよい。
上記のカチオン交換クロマトグラフィー担体において、基材が膜状であってもよい。
また、本発明の態様によれば、上記のカチオン交換クロマトグラフィー担体を備える、生体分子精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体が提供される。
上記の生体分子精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体が、抗体タンパク質精製用であってもよい。
また、本発明の態様によれば、不純物及び生理活性物質を含む混合溶液から、生理活性物質を精製する精製方法であって、上記の生体分子精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体に対し、混合溶液を接触させることを含む、精製方法が提供される。
上記の精製方法において、フロースルー方式で担体に対し、混合溶液を接触させてもよい。
上記の精製方法において、混合溶液のpHが4.0以上10.0以下であってもよい。
上記の精製方法において、生理活性物質が抗体タンパク質の単量体であってもよい。
上記の精製方法において、不純物が、抗体タンパク質の2量体以上の凝集体を含んでいてもよい。
上記の精製方法において、生理活性物質の回収率が80%以上であってもよい。
上記の精製方法において、生体分子精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体1mLあたり、単量体と凝集体を含む抗体タンパク質100mg以上を精製してもよい。
上記の精製方法において、単量体と凝集体を含む抗体タンパク質溶液を精製した時に、凝集体割合を50%以上低減させてもよい。
上記の精製方法において、カチオン交換クロマトグラフィー担体による精製工程の前又は後に、アニオン交換クロマトグラフィー担体を用いた精製を行うことを更に含んでいてもよい。
上記の精製方法において、アニオン交換クロマトグラフィー担体が膜状であってもよい。
上記の精製方法において、アニオン交換クロマトグラフィー担体を用いた精製がフロースルー方式であってもよい。
上記の精製方法において、カチオン交換クロマトグラフィー担体による精製工程及びアニオン交換クロマトグラフィー担体を用いた精製工程の前に、アフィニティ−クロマトグラフィー工程を更に含んでいてもよい。
上記の精製方法において、一連の精製工程で、バッファー交換を行わなくともよい。
上記の精製方法において、アフィニティ−クロマトグラフィー工程が、バインドアンドエリュート方式で実施され、溶出工程において、1価酸からなるバッファーにより生理活性物質を溶出してもよい。
上記の精製方法において、1価酸からなるバッファーの電気伝導度が10.0mS/cm以下であってもよい。
上記の精製方法において、アフィニティ−クロマトグラフィー工程の後に、混合溶液のpHを4.0以下とする工程を更に含んでいてもよい。
上記の精製方法の一連の精製工程において、生理活性物質を含む混合溶液の電気伝導度が10mS/cm以下であってもよい。
本発明に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体を用いれば、温度による影響を受けにくく、広いpH範囲で効率よく多量の生理活性物質をフロースルー精製することが可能となる。
抗体溶液をサイズ排除クロマトグラフィーで測定した際の吸光度のクロマトチャートである。 図1のクロマトチャートの拡大図である。 実施例1から17及び比較例1から4の結果を示す表である。 実施例18におけるカチオン交換膜の材料を示す表である。 実施例19の結果を示す表である。 実施例20及び21の結果を示す表である。 実施例22の結果を示す表である。 実施例23から25の結果を示す表である。 実施例26の結果を示す表である。
以下、本発明の好適な実施の形態(以下において、「実施の形態」という。)について詳細に説明する。なお以下の示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部材の組み合わせ等を下記のものに特定するものではない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において種々の変更を加えることができる。
実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体は、基材と、基材に固定された共重合体と、を備える。共重合体のモノマー単位の一つは、少なくともスルホン酸基を有する。共重合体は、実質的に架橋構造を形成しておらず、かつ共重合体は、アクリルアミド及びアクリルアミド誘導体をモノマー単位として含まない、又は実質的に影響を与えない範囲で含む。また、基材の質量に対する共重合体の質量の割合であるグラフト率は5%以上200%以下であり、スルホン酸基の密度は30mmol/Lより高く200mmol/L以下である。
実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体は、例えば、不純物を含む生理活性物質の精製に用いられる。生理活性物質とは、例えば、抗体タンパク質の単量体である。不純物とは、例えば抗体タンパク質の2量体以上の凝集体である。
生理活性物質の一例である抗体タンパク質は、生化学における一般的な定義のとおり、脊椎動物の感染防禦機構としてBリンパ球が産生する糖タンパク質分子(ガンマグロブリン又は免疫グロブリンともいう)である。例えば、実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体で精製される抗体タンパク質は、ヒトの医薬品として使用され、投与対象であるヒトの体内にある抗体タンパク質と実質的に同一の構造を有する。
抗体タンパク質は、ヒト抗体タンパク質であってもよく、ヒト以外のウシ及びマウス等の哺乳動物由来抗体タンパク質であってもよい。あるいは、抗体タンパク質は、ヒトIgGとのキメラ抗体タンパク質、及びヒト化抗体タンパク質であってもよい。ヒトIgGとのキメラ抗体タンパク質とは、可変領域がマウスなどのヒト以外の生物由来であるが、その他の定常領域がヒト由来の免疫グロブリンに置換された抗体タンパク質である。また、ヒト化抗体タンパク質とは、可変領域のうち、相補性決定領域(complementarity−determining region: CDR)がヒト以外の生物由来であるが、その他のフレームワーク領域(framework region: FR)がヒト由来である抗体タンパク質である。ヒト化抗体タンパク質は、キメラ抗体タンパク質よりも免疫原性がさらに低減される。
実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体の精製対象の一例である抗体タンパク質のクラス(アイソタイプ)及びサブクラスは特に限定されない。例えば、抗体タンパク質は、定常領域の構造の違いにより、IgG,IgA,IgM,IgD,及びIgEの5種類のクラスに分類される。しかし、実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体が精製対象とする抗体タンパク質は、5種類のクラスのいずれであってもよい。また、ヒト抗体タンパク質においては、IgGにはIgG1〜IgG4の4つのサブクラスがあり、IgAにはIgA1とIgA2の2つのサブクラスがある。しかし、実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体が精製対象とする抗体タンパク質のサブクラスは、いずれであってもよい。なお、Fc領域にタンパク質を結合したFc融合タンパク質等の抗体関連タンパク質も、実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体が精製対象とする抗体タンパク質に含まれ得る。
さらに、抗体タンパク質は、由来によっても分類することができる。しかし、実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体が精製対象とする抗体タンパク質は、天然のヒト抗体タンパク質、遺伝子組換え技術により製造された組換えヒト抗体タンパク質、モノクローナル抗体タンパク質、及びポリクローナル抗体タンパク質のいずれであってもよい。これらの抗体タンパク質の中でも、実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体が精製対象とする抗体タンパク質としては、抗体医薬としての需要や重要性の観点から、ヒトIgGが好適であるが、これに限定されない。
実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体は、フロースルー精製に適している。フロースルーとは、目的の生理活性物質を担体に捕捉させず、透過させることを意図する精製方法をいう。例えば、抗体タンパク質の単量体が目的物で、抗体タンパク質の凝集体が不純物である場合、抗体タンパク質単量体は担体に吸着することなく透過し、抗体タンパク質の凝集体が担体に吸着する。この時、抗体タンパク質の単量体は担体に吸着されてもよいが、抗体タンパク質の凝集体がより選択的に担体に吸着されることにより、抗体タンパク質の単量体が精製される。
実施の形態に係るカチオン交換担体が備える基材の形状は、特に限定されないが、膜状であれば一般的に高流速での処理が可能となる。膜の形状としては、中空糸状、平膜状、不織布状、モノリス、キャピラリー、焼結体、円板、及び円筒状等が挙げられる。また、材料も特に限定を受けないが、ポリオレフィン系重合体や、ポリアミド(ナイロン)、ポリエステル、ポリエーテルスルホン、あるいはセルロース等から構成されていることが好ましい。
ポリオレフィン系重合体としては、例えば、エチレン、プロピレン、ブチレン及びフッ化ビニリデンなどのオレフィン単独重合体、該オレフィンの2種以上の共重合体、又は1種もしくは2種以上のオレフィンと、パーハロゲン化オレフィンと、の共重合体などが挙げられる。パーハロゲン化オレフィンとしては、テトラフルオロエチレン及び/又はクロロトリフルオロエチレンなどが挙げられる。これらの中でも、機械的強度に優れ、かつタンパク質などの夾雑物の高い吸着容量が得られる点で、ポリエチレン又はポリフッ化ビニリデンが好ましい。また、ポリアミドとしては特に限定を受けないが、ナイロン6(ε−カプロラクタムの重縮合体)、ナイロン11(ウンデカンラクタムの重縮合体)、ナイロン12(ラウリルラクタムの重縮合体)、ナイロン66(ヘキサメチレンジアミンとアジピン酸の共縮重合体)、ナイロン610(ヘキサメチレンジアミンとアジピン酸の共縮重合体)、ナイロン6T(ヘキサメチレンジアミンとテレフタル酸の共縮重合体)、ナイロン9T(ノナンジアミンとテレフタル酸の共縮重合体)、ナイロンM5T(メチルペンタンジアミンとテレフタル酸の共縮重合体)、ナイロン621(カプロラクタムとラウリルラクタムの共縮重合体)、p−フェニレンジアミンとテレフタル酸の共縮重合体、並びにm−フェニレンジアミンとイソフタル酸の共縮重合体等が挙げられる。ポリエステルとしては、特に限定を受けないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、及びポリブチレンナフタレート等が挙げられる。
基材は、例えば複数の細孔を有する。細孔径は、特に限定されないが、基材が中空糸状の場合は、例えば5nm以上1000nm以下であり、好ましくは10nm以上、より好ましくは50nm以上、さらに好ましくは100nm以上、特に好ましくは150nm以上、あるいは400nm以上である。また、基材膜表面積の観点から、細孔径は、好ましくは900nm以下、より好ましくは800nm以下、さらに好ましくは700nm以下、特に好ましくは650nm以下である。細孔径が5nm以上であると、分離できる抗体タンパク質の分子量が大きくなる傾向にある。また細孔径が1000nm以下であると、当該膜状基材の表面積が大きくなり、不純物の結合容量も大きくなる傾向にある。
なお、基材が平膜状や不織布状の場合は、当該カチオン交換クロマトグラフィー担体を使用する際に、支持体を用いることが可能であることや、積層しての使用が可能であるため、細孔径の好適範囲が広くなる。そのため、基材が平膜状や不織布状の場合は、細孔径の好ましい範囲は、10nm以上1mm以下であり、好ましくは100nm以上、より好ましくは200nm以上、更に好ましくは300nm以上である。また表面積の観点から、細孔径は、好ましくは500um以下、より好ましくは300um以下、更に好ましくは100um以下である。
実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体は、グラフト重合法により基材に共有結合で固定された共重合体を備える。グラフト重合法としては、放射線グラフト重合法や、表面リビングラジカル重合法が挙げられる。
放射線グラフト重合法で基材表面に共重合体を固定する場合、基材にラジカルを生成させるためにはいかなる手段も採用しうるが、基材に電離性放射線を照射すると、基材全体に均一なラジカルが生成するため、好適である。電離性放射線の種類としては、γ線、電子線、β線、及び中性子線等が利用できるが、工業規模での実施には電子線又はγ線が好ましい。電離性放射線は、コバルト60、ストロンチウム90、及びセシウム137などの放射性同位体から、又はX線撮影装置、電子線加速器及び紫外線照射装置等により得られる。
電離性放射線の照射線量は、1kGy以上1000kGy以下が好ましく、より好ましくは2kGy以上500kGy以下、さらに好ましくは5kGy以上200kGy以下である。照射線量が1kGy以上の場合、ラジカルが均一に生成しやすい傾向にある。また、膜状基材の物理的強度の観点から、照射線量が1000kGy以下であるとよい。
電離性放射線の照射によるグラフト重合法には、一般に基材にラジカルを生成した後、次いでラジカルを反応性化合物と接触させる前照射法と、基材を反応性化合物と接触させた状態で基材にラジカルを生成させる同時照射法と、に大別される。実施の形態においては、いかなる方法も適用しうるが、オリゴマーの生成が少ない前照射法が好ましい。ここでいうオリゴマーとは、遊離オリゴマーのことを指す。遊離オリゴマーはグラフト鎖中には取り込まれないため、生成されないことが好ましい。
実施の形態において共重合体の重合時に使用する溶媒は、反応性化合物を均一溶解できるものであれば特に限定されない。このような溶媒として、例えば、メタノールやエタノール、イソプロパノール、t−ブチルアルコール等のアルコール類、ジエチルエーテルやテトラヒドロフラン等のエーテル類、アセトンや2−ブタノン等のケトン類、水、又はそれらの混合物等が挙げられる。
実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体の基材に固定された共重合体は、モノマー単位の一つが少なくともスルホン酸基を有する。
カチオン交換基を有する共重合体が基材にグラフト重合法により固定されていることにより、グラフト鎖に存在するカチオン交換基が立体的に配置される。そのため、基材表面上にのみカチオン交換基が分布している場合に比べ、吸着対象分子を立体的に吸着することが可能となる。よって、抗体を精製する際、抗体単量体に比べて分子量の大きい抗体凝集体は、グラフト鎖上のカチオン交換基と多点結合することにより選択的に基材に吸着され、抗体単量体を高い純度で得ることが可能となる。
抗体精製プロセスでは、抗体凝集体だけでなく、広範囲のpI分布を有する宿主細胞由来のタンパク質(HCP)等の除去も重要であるため、カチオン交換担体でのフロースルー精製では、低いpHでも精製できることが好ましい。そのため、実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体は、カルボン酸基等の弱カチオン交換基と比較して、低いpHでも荷電し不純物を吸着することができる、強カチオン交換基であるスルホン酸基を備える。
また、抗体単量体に比べて抗体凝集体をより強固に吸着させる選択性の観点から、実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体においては、共重合体は実質的に架橋構造ではない。共重合体が実質的に架橋構造ではない場合には、基材上の共重合体の分子鎖が通液に伴って立ち上がるため、抗体凝集体が基材に立体的に吸着することができる。
ここで、実質的に架橋構造ではないとは、架橋構造を有していても実質的に抗体凝集体の吸着性能に影響を与えない程度に架橋度の低いことを含む。架橋構造は、共重合体が、重合性官能基を2つ以上含むモノマー単位を含むことにより、共重合体内に、あるいは隣接する共重合体同士の間に形成される。共重合体が実質的に架橋構造ではない場合、重合性官能基を2つ以上含むモノマー単位の、共重合体における質量割合は、例えば、10%以下、5%以下、4%以下、3%以下、2%以下、1%以下、0.5%以下、又は0.1%以下であり、低いほど好ましい。
さらに、実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体は、アクリルアミド及びアクリルアミド誘導体をモノマー単位として含まないか、実質的に影響を与えない範囲でアクリルアミド及びアクリルアミド誘導体をモノマー単位として含む。
共重合体がアクリルアミド及びアクリルアミド誘導体をモノマー単位として含む場合、共重合体は温度応答性を有する。そのため、共重合体がアクリルアミド及びアクリルアミド誘導体の少なくともいずれかを含むと、精製時の温度により、不純物除去の性能が変化する傾向にある。これに対し、精製工程の再現性、安定性のため、実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体は、アクリルアミド及びアクリルアミド誘導体を含まないか、含んだとしても影響を与えない範囲で含む。影響を与えない範囲で含むとは、例えば、共重合体の全モノマー単位の中において、アクリルアミド及び/又はアクリルアミド誘導体を、50%以下、40%以下、30%以下、20%以下、10%以下、5%以下、3%以下、2%以下、あるいは1%以下の質量割合で含むことをいう。
実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体のグラフト鎖の結合率(グラフト率)は、基材の密度により、最適値が異なりうる。基材がポリエチレンの場合は、吸着容量及び立体的な吸着の観点から10%以上が好ましく、より好ましくは25%以上、更に好ましくは30%以上、特に好ましくは40%以上、50%以上、60%以上、又は70%以上である。また、力学的に安定な強度を確保するという観点から、好ましくは200%以下、より好ましくは150%以下、更に好ましくは120%以下である。グラフト率は下記式(1)によって表される。
(%)=(w−w)/w×100 (1)
ここで、wはグラフト鎖が導入される前の基材(例えば、多孔質中空糸)の質量、wはグラフト鎖が導入された後の基材の質量である。本開示において、グラフト率は、グラフト重合後の官能基変換による質量変化は考慮せず、グラフト重合前後の質量変化により定義している。
基材がポリフッ化ビニリデンの場合は、ポリフッ化ビニリデンはポリエチレンに比べ、密度が高いため、適したグラフト率がポリエチレンの場合と異なる。基材がポリフッ化ビニリデンの場合は、吸着容量の観点から5%以上が好ましく、より好ましくは10%以上である。また、力学的に安定な強度を確保するという観点から、好ましくは100%以下、より好ましくは80%以下、更に好ましくは70%以下である。
また、グラフト鎖の割合は、カチオン交換クロマトグラフィー担体体積当たりのグラフト鎖の質量(グラフト鎖密度)として表すことも出来る。その場合、吸着容量等の観点から、グラフト鎖密度は、0.03g/mL以上が好ましく、より好ましくは0.04g/mL以上、更に好ましくは0.05g/mL以上、特に好ましくは0.06g/mL以上、0.07g/mL以上、0.08g/mL以上、0.09g/mL以上、0.1g/mL以上、0.11g/mL以上、又は0.12g/mL以上である。力学的に安定な強度の観点からは、好ましくは0.25g/mL以下、より好ましくは0.20g/mL以下、更に好ましくは0.18g/mL以下である。本開示において、上記の値は、製造の過程でなく、最終産物として得られたカチオン交換担体のグラフト鎖の量から算出している。グラフト鎖密度は下記式(2)によって表される。
(g/mL)=(w−w)/v×100 (2)
ここで、wは最終産物として得られたカチオン交換クロマトグラフィー担体の質量であり、vは最終産物として得られたカチオン交換クロマトグラフィー担体の体積である。なお、上述したように、式(1)においては、wは、グラフト重合直後で、その後の官能基変換を行う前の基材の質量である。
実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体におけるスルホン酸基の密度の範囲は、30mmol/Lより高く、200mmol/L以下である。「密度」とは、カチオン交換クロマトグラフィー担体1リットル当たりのカチオン交換基のモル数の濃度として一般的に表される。カチオン交換基の密度は吸着容量の観点から、30mmol/Lより高く、好ましくは35mmol/L以上、より好ましくは40mmol/L以上、更に好ましくは50mmol/L以上、60mmol/L以上、70mmol/L以上である。また、カチオン交換基密度が高すぎると、抗体の単量体と凝集体の選択性が悪くなる傾向にあることから、200mmol/L以下であり、好ましくは170mmol/L以下、より好ましくは150mmol/L以下である。
実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体は、スルホン酸基に加え、カルボキシル基等の弱カチオン交換基を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。しかし、カルボキシル基等の弱カチオン交換基を含むと、抗体溶液のpHにより、カチオン交換体の状態が大きく変化する傾向にあるため、実質的にカルボキシル基等の弱カチオン交換基を含まないことが好ましい。実質的に弱カチオン交換基を含まないとは、強カチオン交換基と弱カチオン交換基の量比にもよるが、カルボン酸基密度が15mmol/L未満、または10mmol/L未満、または5mmol/L未満であることをいう。カルボキシル基を含む場合には、カルボキシル基の密度よりもスルホン酸基の密度の方が高いことが好ましく、カルボン酸基の密度は、例えば、スルホン酸基の1/2以下、より好ましくは1/3以下、更に好ましくは1/4以下、また更に好ましくは1/5以下、特に好ましくは1/6以下である。このような範囲であると、抗体溶液のpHの微細な変化に影響を受けず、精製結果の再現性を得やすい傾向にある。
実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体においては、抗体単量体と抗体凝集体の選択的吸着性の観点から、共重合体において、スルホン酸基を有するモノマー単位のモル比率が、電荷を有しない中性モノマー単位のモル比率よりも小さいことが好ましく、好ましくは1/2以下、より好ましくは1/3以下、更に好ましくは1/4以下、特に好ましくは1/5以下である。同様に、共重合体における、中性モノマー単位の質量に対するスルホン酸基を有するモノマー単位の質量の割合は、好ましくは1/2以下、より好ましくは1/3以下、更に好ましくは1/4以下、特に好ましくは1/5以下である。
同じく凝集体の選択的吸着性の観点から、実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体の合成における反応溶液の仕込み組成としては、スルホン酸基を有するモノマー又はスルホン酸基導入前駆体を有するモノマーのモル比率が、中性モノマーのモル比率よりも小さいことが好ましく、好ましくは1/2以下、より好ましくは1/3以下、更に好ましくは1/4以下、特に好ましくは1/5以下である。同様に、中性モノマーの質量に対する、スルホン酸基を有するモノマー又はスルホン酸基導入前駆体を有するモノマーの質量の割合は、好ましくは1/2以下、より好ましくは1/3以下、更に好ましくは1/4以下、特に好ましくは1/5以下である。
実施の形態に係るカチオン交換基を導入する方法としては特に限定を受けないが、グラフト重合の際に、スルホン酸基を有するモノマーを含める方法や、「スルホン酸基導入前駆体」を有するモノマーを含めて共重合した後、スルホン酸基導入前駆体をスルホン酸基に変換する方法等が挙げられる。
ここでいう、「スルホン酸基導入前駆体」とは、スルホン酸基を付与しうる官能基のことをいい、例えばエポキシ基等が挙げられるが、これに限定されるものではない。「スルホン酸基導入前駆体」を有するモノマーとは、スルホン酸基を付与しうる官能基を有するモノマーのことをいう。また、「スルホン酸基導入前駆体」は「スルホン酸基の前駆体」を含みうる。「スルホン酸基の前駆体」とは、例えばスルホン酸基に保護基が付いたものである。「スルホン酸基の前駆体」を有するモノマーとしては、フェニルビニルスルホネート等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
スルホン酸基を有するモノマー単位の例として、スルホン酸を有するポリマーの構成単位である(メタ)アクリルアミドアルキルスルホン酸、ビニルスルホン酸、アクリルアミドt−ブチルスルホン酸、及びスチレンスルホン酸等が挙げられる。
スルホン酸基導入前駆体を有するモノマーとして、スチレン及びグリシジルメタクリレート等が挙げられる。グリシジルメタクリレート等の少なくとも一部がメタクリル酸誘導体又はアクリル酸誘導体である強カチオン交換基導入前駆体モノマーを用いることで、強カチオン交換基を有するモノマーを表面リビングラジカル重合法により重合する場合であっても、十分な重合速度を得ることができる。
スルホン酸基導入前駆体を有するモノマーがグリシジルメタクリレートの場合、グリシジルメタクリレートを重合した後、亜硫酸ナトリウムと反応させることにより、グリシジルメタクリレートのエポキシ基の一部又は全部をスルホン酸基に変換することもできる。エポキシ基をスルホン酸基へ変換することにより、カチオン交換基密度を高めることができる。
実施の形態に係る共重合体中の中性モノマー単位は、アクリルアミド誘導体をモノマー単位として含まない、又は、実質的に影響を与えない範囲で含むことの他には特に限定を受けない。中性モノマー単位には、親水性モノマー単位と、疎水性モノマー単位があるが、どちらを含んでいてもよい。
実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体は、グラフト鎖により抗体凝集体等の不純物の立体的な吸着を行うため、共重合体中の中性モノマー単位の総質量における、親水性モノマー単位の質量の割合が50%以上であることが好ましい。より好ましくは60%以上であり、更に好ましくは70%以上、より更に好ましくは80%以上、あるいは100%でもよい。親水性モノマーの割合が多ければ、水溶液中でグラフト鎖が立ち上がり、立体的に吸着しやすい傾向にある。共重合体の中性モノマー単位における親水性モノマー単位のモル比率は、50%以上が好ましく、より好ましくは60%以上、更に好ましくは70%以上、より更に好ましくは80%以上、あるいは100%でもよい。
同じく、立体的な吸着の観点から、実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体の合成における反応溶液の仕込み組成としては、中性モノマーの総質量における、親水性モノマーの質量の割合が、50%以上であることが好ましい。より好ましくは60%以上であり、更に好ましくは70%以上であり、より更に好ましくは80%以上、あるいは100%でもよい。仕込み組成の中性モノマーにおける親水性モノマー及びのモル比率は50%以上であることが好ましく、より好ましくは60%以上、更に好ましくは70%以上、より更に好ましくは80%以上、あるいは100%でもよい。
そのような親水性モノマーとして、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルメタクリレート、3−ヒドロキシプロピルアクリレート、3−ヒドロキシプロピルメタクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、4−ヒドロキシブチルメタクリレート、2−(ジメチルアミノ)エチルアクリレート、及び2−(ジメチルアミノ)エチルメタクリレート等の(メタ)アクリレート化合物、並びにそれらの混合物等が挙げられ、2−ヒドロキシエチルメタクリレート及び2−ヒドロキシプロピルメタクリレートが好ましい。
また、上述のようにグリシジルメタクリレートのエポキシ基をスルホン酸基に変換した後の未反応のエポキシ基を酸で処理することにより、ジオールに変換することができる。この場合、エポキシ基から変換されたジオールを含むモノマー単位は、親水性である。通常、未反応のエポキシ基は、0.5mol/Lの硫酸を用いて80℃で2時間程度反応させると、全てジオールに変換される。
共重合体中の中性モノマー単位は、疎水性モノマー単位を含んでいてもよいし、含まなくてもよい。疎水性モノマー単位を含むことにより、抗体との疎水性相互作用を強くし、より不純物除去効率が向上する場合もある。
そのような疎水性モノマー単位として、スチレン類、アルキルアクリルアミド類、アルキルメタクリルアミド類、アルキルアクリレート類、及びアルキルメタクリレート類等があるが、力学的強度の観点から、アルキルアクリルアミド類、アルキルメタクリルアミド類、アルキルアクリレート類、及びアルキルメタクリレート類が好ましい。アルキル基に関しては、炭素数4以上の直鎖又は分岐状のアルキル基であれば、抗体に対し、実質的に疎水性相互作用を発現しうる。
実施の形態に係る純度の向上した生理活性物質を得る精製方法は、不純物と生理活性物質を含む混合溶液から、生理活性物質を精製する精製方法であって、上述したカチオン交換クロマトグラフィー担体に対し、混合溶液を接触させることを含む。実施の形態に係る精製方法による生理活性物質の回収率は、例えば80%以上である。回収率は、下記式(3)に基づいて算出される。
回収率
=(抗体回収量×処理後単量体成分純度)/(抗体処理量×処理前単量体成分純度)
(3)
実施の形態に係るフロースルー精製のクロマトグラフィーの移動相としては、強酸、強アルカリ以外の緩衝液(バッファー)を利用すればよく、有機溶媒を必要としない。ここで、緩衝液とは、具体的には、リン酸緩衝液、トリス緩衝液、クエン酸緩衝液、及び酢酸緩衝液等が挙げられるが、通常利用される緩衝液であれば特に限定されるものではない。バッファー(緩衝液)濃度は、1mmol/L以上200mmol/L以下であり、好ましくは2mmol/L以上100mmol/L以下、より好ましくは5mmol/L以上70mmol/L以下、更に好ましくは10mmol/L以上50mmol/L以下、更に好ましくは10mmol/L以上40mmol/L以下、特に好ましくは10mmol/L以上30mmol/L以下である。ここで、バッファー濃度とは、バッファーの有効成分の濃度のことをいう。例えば通常酢酸と酢酸ナトリウムから調整される酢酸バッファーであれば、酢酸と酢酸ナトリウムの合計の濃度である。また、トリスバッファーでは、トリスヒドロキシメチルアミノエタンの濃度のことをいう。なお、酢酸−トリスバッファー等のように表記されているバッファーについては、前者の濃度のことであり、酢酸−トリスでは酢酸、トリス−酢酸であればトリスの濃度のことをいう。
実施の形態に係る緩衝液は、塩化ナトリウム等の無機塩類を含んでいても、含んでいなくてもよい。その無機塩類の濃度は0mmol/L以上100mmol/L以下であり、好ましくは0mmol/L以上90mmol/L以下、より好ましくは0mmol/L以上80mmol/L以下、更に好ましくは0mmol/L以上70mmol/L以下、更に好ましくは0mmol/L以上60mmol/L以下、更に好ましくは0mmol/L以上50mmol/L以下、更に好ましくは0mmol/L以上40mmol/L以下、更に好ましくは0mmol/L以上30mmol/L以下である。ただし、緩衝液の無機塩類の好適な濃度は、処理するタンパク質の等電点や大きさ、緩衝液のpHの組み合わせによって変わりうる。
実施の形態に係る緩衝液を電気伝導度という尺度で表すと、0.5mS/cm以上20mS/cm以下であり、好ましくは0.5mS/cm以上15mS/cm以下、より好ましくは0.5mS/cm以上10mS/cm以下、更に好ましくは0.8mS/cm以上8ms/cm以下、更に好ましくは0.5mS/cm以上5mS/cm以下、更に好ましくは0.5mS/cm以上4mS/以下、更に好ましくは0.5mS/cm以上3mS/cm以下である。ただし、緩衝液の好適な電気伝導度は、処理するタンパク質の等電点や大きさ、緩衝液のpHとの組み合わせによって変わりうる。
緩衝液のpHは、好ましくは4.0以上10.0以下、より好ましくは4.5以上9.5以下、特に好ましくは5.0以上9.0以下である。ただし、緩衝液の好適なpHは、処理するタンパク質の等電点や大きさ、緩衝液の無機塩類の濃度の組み合わせによって変わりうる。
実施の形態に関わるカチオン交換クロマトグラフィーを用いたフロースルー精製における、抗体溶液をロードする際の流速は、精製効率の観点から、1分間あたり、膜体積の1倍以上が好ましく、より好ましくは2倍以上、更に好ましくは3倍以上、または4倍以上、特に好ましくは5倍以上である。また、不純物との接触時間との観点から、30倍以下が好ましく、より好ましくは20倍以下、更に好ましくは15倍以下、特に好ましくは10倍以下である。
実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィーを用いたフロースルー精製における単量体及び凝集体を含む抗体タンパク質のロード量は、特に限定を受けないが、担体1mLあたり100mg以上であり、効率的な精製という観点から、担体1mLあたり500mg以上が好ましく、より好ましくは700mg以上、更に好ましくは800mg以上、また更に好ましくは900mg以上、特に好ましくは1g以上である。
実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィーを用いたフロースルー精製における単量体及び凝集体を含む抗体タンパク質溶液の濃度は、例えば2.0mg/mL以上であり、好ましくは3.0mg/mL以上、より好ましくは4.0mg/mL以上、更に好ましくは4.5mg/mL以上、より更に好ましくは5.0mg/mL以上、特に好ましくは5.5mg/mL以上であり、また、6.0mg/mL以上、7.0mg/mL以上等も好ましい。抗体タンパク質溶液の濃度が高いほど、精製効率が高くなる傾向にある。
実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィーを用いたフロースルー精製によれば、抗体タンパク質中における凝集体の割合が50%以上低減され、より好ましくは60%以上、更に好ましくは70%以上低減され、特に好ましくは80%以上低減される。なお、抗体タンパク質の凝集体の割合の低減率とは、図1に示すクロマトチャートの一部を拡大した図2における処理前の凝集体成分(1)、(2)の含有率から処理後の凝集体成分(1)、(2)の含有率の差をとり、当該差を、処理前の凝集体成分(1)、(2)の含有率で割った値の百分率表示である。凝集体成分(1)、(2)のそれぞれの含有率は、図2に例示するように、クロマトチャートのピークの面積から算出される。
また、実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィーによる精製工程に加え、アニオン交換クロマトグラフィーによる精製工程と組み合わせることにより、精製物の純度をさらに向上しうる。具体的には、実施の形態に係るフロースルー精製において、目的物質よりも低いpIを有する不純物を除去する場合には、アニオン交換クロマトグラフィー担体による精製を組み合わせてもよい。実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィー担体による精製工程と、アニオン交換クロマトグラフィー担体による精製工程と、を組み合わせることにより、目的物質のpIよりも高いpIを有する不純物の除去性を保持したまま、効率のよい精製を達成できる。
目的物質よりも低いpIを有する不純物とは、特に限定を受けないが、例えば、宿主細胞由来のタンパク質(HCP)、DNA、及びアフィニティークロマトグラフィー工程由来の不純物であるプロテインA等がある。
アニオン交換クロマトグラフィー担体による精製工程は、カチオン交換クロマトグラフィー担体による精製工程の前であってもよいし、後であってもよい。
アニオン交換クロマトグラフィー担体は、特に限定を受けないが、膜状であれば、高流速での処理が可能であり、より効率のよい精製工程の構築が可能である。また、アニオン交換クロマトグラフィー担体は、基材上にグラフト重合鎖を有する構造であってもよい。基材上にグラフト重合体を有する構造であれば、不純物に立体的に吸着することができるため、より高い不純物除去性が得られうる。
アニオン交換クロマトグラフィー担体による精製方法については、特に限定を受けないが、フロースルー精製であればより効率的に精製することが可能である。
アニオン交換クロマトグラフィー工程における単量体及び凝集体を含む抗体タンパク質のロード量は、不純物を除去できれば特に限定を受けないが、効率的な精製という観点から、担体1mLあたり0.2g以上が好ましく、より好ましくは0.5g以上、更に好ましくは1.0g以上、また更に好ましくは2.0g以上、特に好ましくは4.0g以上である。
カチオン交換クロマトグラフィー担体による精製工程と、アニオン交換クロマトグラフィー担体による精製工程の間に、バッファー交換をしてもよいし、しなくてもよい。バッファー交換をしない場合、より効率的な精製ができる。
カチオン交換クロマトグラフィー担体における精製工程と、アニオン交換クロマトグラフィー担体における精製工程と、は、連続で行ってもよいし、先の工程終了後、一旦タンクに貯蔵し、次の工程を行ってもよい。
カチオン交換クロマトグラフィー担体による精製工程とアニオン交換クロマトグラフィー担体による精製工程の間に、溶液のpHの調整を行ってもよい。pHを調整することにより、より前者の処理pH付近のpIを有する不純物の除去性が高くなる。具体的には、先にカチオン交換クロマトグラフィー担体による精製を行う場合には、アニオン交換クロマトグラフィー担体による精製の前に、溶液に塩基を加えて溶液のpHを上げることにより、不純物がマイナスに帯電するため、アニオン交換クロマトグラフィーでより不純物を除去できるようになる。また、先にアニオン交換クロマトグラフフィー担体による精製を行う場合には、カチオン交換クロマトグラフィー担体による精製の前に、溶液に酸を加えて溶液のpHを低くすることにより、不純物がプラスに帯電するため、カチオン交換クロマトグラフィーで除去できる不純物のpIの範囲が広くなり、より不純物を除去できるようになる。変化させるpHの値は不純物除去性が向上すれば特に限定を受けないが、標的となる不純物に応じて任意に変化させることができる。pHの変化量の値としては、0.01、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、及び3.0等があげられ、これらの値でもよいし、それぞれの間の値でもよい。不純物を除去できれば特に限定は受けないが、好ましくは、pHを0.1以上変化させれば不純物除去性が特に向上する。
また、pHと同様に、カチオン交換クロマトグラフィー担体による精製工程とアニオン交換クロマトグラフィー担体による精製工程の間に、溶液の電気伝導度の調整を行ってもよい。変化させる電気伝導度の値は不純物除去性が向上すれば特に限定を受けないが、標的となる不純物に応じて任意に変化させることができる。電気伝導度の変化量の値として、0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06、0.07、0.08、0.09、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、3.0、4.0、及び5.0mS/cm等が挙げられ、これらの値でもよいし、それぞれの間の値でもよい。
また、一般に、抗体精製において、アフィニティークロマトグラフィーによる精製がなされた後に、イオン交換クロマトグラフィー工程による精製が行われるが、実施の形態に係るカチオン交換クロマトグラフィーによる精製工程及びアニオン交換クロマトグラフィー工程の前に、アフィニティークロマトグラフィー工程を行ってもよい。アフィニティークロマトグラフィー工程後に、上記カチオン交換クロマトグラフィーによるフロースルー精製及びアニオン交換クロマトグラフィー工程を行うことにより、より純度の高い目的物を得ることが可能となる。アフィニティークロマトグラフィー担体とは、例えばプロテインAやプロテインGを担持された担体のことをいう。アフィニティ−クロマトグラフィー工程は、例えば、バインドアンドエリュート方式で実施される。
アフィニティークロマトグラフィー工程後の抗体を含む溶出液のバッファー交換を行わずに、カチオン交換クロマトグラフィーによるフロースルー精製及びアニオン交換クロマトグラフィーによるフロースルー精製を行うことで、効率的な精製が可能である。そのような溶出液として、1価酸を主成分として含むバッファーがあり、例えば酢酸バッファーが挙げられる。
一般的にアニオン交換クロマトグラフィー工程では、多価酸を主成分とする溶出バッファーを用いると、吸着量が低下し、不純物除去性能が低下する傾向にあるため、アフィニティークロマトグラフィー工程で多価酸を主成分とする溶出バッファーを用いた場合、アニオン交換クロマトグラフィーまでにバッファーを交換しておくことが好ましい。したがって、1価酸を主成分とする溶出バッファーを用いてアフィニティークロマトグラフィー工程の溶出を行うことにより、バッファー交換の必要なく、より簡便にカチオン交換クロマトグラフィー工程及びアニオン交換クロマトグラフィー工程による精製が可能となる。
1価酸を主成分とする溶出バッファーについては、アフィニティークロマトグラフィー工程において溶出が可能であり、その後のイオン交換クロマトグラフィー工程において、不純物が除去できれば特に限定を受けないが、酢酸が好ましい。溶出バッファーが酢酸であれば、バッファー交換等をしなくても、その後の工程で求められるpHに容易に調整が可能である。
また、アフィニティークロマトグラフィー工程の溶出に使用する溶出バッファーは、以下に限定されないが、その後のカチオン交換クロマトグラフィーによるフロースルー精製の不純物除去性の観点から、電気伝導度が10.0mS/cm以下であることが好ましく、より好ましくは7.0mS/cm以下、更に好ましくは5.0mS/cm以下、更に好ましくは3.0mS/cm以下、特に好ましくは2.5mS/cm以下である。バッファー濃度の観点からいえば、100mmol/L以下であることが好ましく、より好ましくは50mmol/L以下、更に好ましくは40mmol/L以下、更に更に好ましくは30mmol/L以下、特に好ましくは25mmol/L以下である。
また、生理活性物質を溶出させる溶出プールの電気伝導度を低く保つために、アフィニティークロマトグラフィー工程の溶出の直前に、電気伝導度の低い緩衝液で担体を洗浄することが好ましい。緩衝液としては、生理活性物質を溶出させることがないようpHが十分に高く、電気伝導度が十分低ければよい。溶出プールの電気伝導度を低く保つことにより、その後の工程で、求められる電気伝導度に容易に調整が可能である。また、生理活性物質の変性や凝集体の生成を防ぐことができる。
そのようなpHとして、5.0以上が好ましく、より好ましくは6.0以上、更に好ましくは7.0以上であり、電気伝導度としては、10.0mS/cm以下であることが好ましく、より好ましくは7.0mS/cm以下、更に好ましくは5.0mS/cm以下、特に好ましくは3.0mS/cm以下である。
また、アフィニティークロマトグラフィー工程での溶出後に、溶出液に含まれうるウイルスを酸性(低pH)条件に一定時間曝すことにより、ウイルスの不活化を行ってもよい。ウイルスを不活化するためには、pHは4.0以下が好ましく、より好ましくは3.8以下、更に好ましくは3.6以下、また更に好ましくは3.5以下、特に好ましくは3.4以下である。
溶出液を低pHに調整する酸としては特に限定を受けず、強酸であっても、弱酸であってもよい。ただし、添加する量が少なくてよいことや、その後の中和操作の簡便さの観点から、酸は強酸であることが望ましい。そのような強酸として、例えば塩酸が挙げられる。
実施の形態に係る生理活性物質を含む混合溶液の電気伝導度は、アフィニティークロマトグラフィー工程、低pH処理によるウイルス不活化、カチオン交換クロマトグラフィー工程、及びアニオン交換クロマトグラフィー工程を含む一連の工程で、常に10mS/cm以下であってもよい。電気伝導度が常に10ms/cm以下であると、不純物が取り除きやすい傾向にある。電気伝導度は、9.0以下でもよく、好ましくは8.0以下、より好ましくは7.0以下、更に好ましくは6.0以下、更に好ましくは5.0以下、更に好ましくは4.0以下、特に好ましくは3.0以下である。
以下に、実施の形態を実施例に基づいて更に詳しく説明するが、これらは実施の形態を何ら限定するものではない。
(実施例1)
実施例1では、放射線グラフト重合法によって中空糸状のカチオン交換膜を作製した。
1)カチオン交換膜の作製
2−ヒドロキシエチルメタクリレート7.07g、グリシジルメタクリレート0.79gをメタノール113mLに溶解させ、30分間窒素バブリングしたものを反応液として用いた。外径3.0mm、内径2.0mm、平均孔径0.25umのポリエチレン多孔質中空糸3.03g(15cm、15本)を密閉容器に入れて、容器内の空気を窒素で置換した。その後、容器の外側からドライアイスで冷却しながら、γ線25kGyを照射し、ラジカルを発生させた。得られたラジカルを有するポリエチレン多孔質中空糸をガラス容器に移し、200Pa以下に減圧することにより、反応管内の酸素を除いた。これに40℃に調整した上記反応液を、55mL導入し、16時間静置した。その後、中空糸をメタノールで洗浄し、真空乾燥機中で真空乾燥させ、6.13g、グラフト率103%の中空糸膜を得た。
放射線グラフト重合法によりグラフト鎖を導入した中空糸を、亜硫酸ナトリウムと、イソプロピルアルコールの混合水溶液(亜硫酸ナトリウム/イソプロピルアルコール/純水=10/15/75wt%)160gに投入し、80℃で20時間反応を行い、グラフト鎖中のエポキシ基をスルホン酸基に変換した。反応後、純水で洗浄した。その後、この中空糸を0.5mol/L硫酸中に投入し、80℃で2時間反応を行うことで、グラフト鎖中に残存していたエポキシ基をジオール基に変換した。水及びメタノールで洗浄した後真空乾燥させ、6.29gの、カチオン交換膜1を得た。
この中空糸1本(0.419g)をエタノールにより湿潤させ、水に置換した後、水を入れたメスシリンダーに投入して体積の増加分により体積を測定したところ、1.4mLであった。基材膜の質量が0.202gであることから、グラフト鎖の質量は0.217g、密度は0.156g/mLであった。水を除去した後、0.1mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液を10mL加えた。1時間放置した後、水酸化ナトリウム水溶液を取り出し、純水10mLを加えた。更に1時間放置した後、純水を回収することにより、膜内に残った水酸化ナトリウムを回収した。回収した水酸化ナトリウム溶液を統合し、0.1mol/L塩酸により滴定をおこなったところ、8.88mLを要した。ブランク(イオン交換基を有しない中空糸)の滴定では10.05mLであったことから、水酸化ナトリウムと反応した、カチオン交換膜が有するスルホン酸基の量は140umol(0.000140mol)であった。これを測定した体積で除して算出されたスルホン酸基の密度は100mmol/Lであった。得られたカチオン交換膜1をモジュール化(膜体積0.30mL)し、実施例1に係るカチオン交換膜1とした。
スルホン酸基を有するモノマー単位の質量は、スルホン酸基の量から求めることができる。スルホン酸基に変換後のグリシジルメタクリレートの分子量は224.23であることから、スルホン酸基を有するモノマー単位の質量は、0.0314gであった。また、中空糸1本あたりのグラフト鎖の質量は、反応前後の多孔質中空糸の質量から、0.217gであった。したがって、中性モノマー単位の質量は、中空糸1本あたりのグラフト鎖の質量と、スルホン酸基を有するモノマー単位の質量と、から、0.1856gであった。ここから計算すると、スルホン酸基を有するモノマー単位の質量は、中性モノマー単位の質量の1/5.91であった。
2)細胞培養液の調製
抗体タンパク質として、CHO細胞CRL12445から発現させたヒトモノクローナル抗体(以下、「CRL12445抗体」という。)を0.151g/L含む培養液上澄みを用意した。CRL12445抗体生産細胞を含む培養液を、ろ過膜(旭化成メディカル社製、商品名 BioOptimal(登録商標) MF−SL)を用いてろ過し、不純物と抗体を含む抗体溶液(培養上澄)を取得した。
3)アフィニティーカラムによる抗体タンパク質の精製
リン酸緩衝液(20mmol/Lリン酸ナトリウム+150mmol/L NaCl(pH8.0))で平衡化したプロテインAカラム(GEヘルスケアバイオサイエンス製、MabSelect Sureを充填したカラム)に、抗体溶液を添加し、プロテインAに抗体タンパク質を吸着させた。次に、カラムにリン酸緩衝液(20mmol/Lのリン酸ナトリウム+150mmol/L NaCl(pH8.0))を通液して洗浄した後、カラムに溶出緩衝液(100mmol/Lクエン酸ナトリウム(pH3.6))を通液して、プロテインAカラムから抗体タンパク質を溶出させて、不純物がある程度低減された抗体溶液を回収した。
4)凝集体の調製
得られた抗体溶液の一部に塩酸を加え、pH2.5に調整し、一時間放置した。その後、水酸化ナトリウム水溶液を用いて中和し、多量の抗体凝集体を含む抗体溶液を調製した。
5)凝集体を含む抗体溶液の調製
プロテインAカラムから得られた抗体溶液を15mmol/酢酸緩衝液(pH5.0)にバッファー交換した溶液と、多量の凝集体を含む抗体溶液を15mmol/L酢酸緩衝液(pH5.0)にバッファー交換した溶液を任意の割合で混合し、凝集体を含む抗体溶液を調製した。
6)凝集体量の測定
得られた抗体溶液を下記の条件により、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC:Size Exclusion Chromatography)装置を用いて測定した。
カラム;ACQUITY YPLC BEH200 SEC1.7um(Waters社製)
カラム温度:30℃
システム:ACQUITY UPLC H CLASS(waters社製)
移動相:0.1mol/Lリン酸水素二ナトリウム+0.2mol/L L(+)−アルギニン水溶液(塩酸でpH6.7に調整)
その結果、図1に例示するクロマトチャートが得られ、それを拡大したものが図2である。図2の(1)及び(2)のピークで現れるものは抗体の凝集体であり、(3)で現れるピークは単量体である。クロマトチャートのピークの面積から算出される凝集体(1)の割合は2.35%であり、凝集体(2)の割合は1.92%、単量体の割合は95.73%であった。以下の実施例及び比較例においても、最初に現れる凝集体のピークを凝集体(1)、2番目に現れる凝集体のピークを凝集体(2)という。
7)凝集体の除去
カチオン交換膜1に、抗体タンパク質の凝集体成分(不純物)と単量体成分(目的の生理活性物質)を含む抗体溶液を接触させた。加えた量は50mL(5.36mg/mLの濃度、抗体タンパク質の総量268mg)であり、流速は1.5mL/分であった。抗体溶液を流した後、流速1.5mL/分で、15mmol/L酢酸緩衝液(pH5.0)10mLを用いてカチオン交換膜1を洗浄した。フロースルー工程と洗浄工程で60mLの溶液を回収した。回収した溶液をサイズ排除クロマトグラフィー(SEC:Size Exclusion Chromatography)で分析したところ、凝集体成分の含有量は減少していた。結果を図3に示す。
(実施例2)
実施例2では、抗体溶液及び洗浄工程に異なる緩衝液(30mmol/Lの塩化ナトリウムを含むpH5.0の15mmol/L酢酸緩衝液)を用いた以外は、実施例1と同様の操作を行った。処理した抗体溶液量は50mL、その濃度は5.56mg/mLであった。結果を図3に示す。
(実施例3)
実施例3では、抗体溶液及び洗浄工程に異なる緩衝液(50mmol/Lの塩化ナトリウムを含むpH5.0の15mmol/L酢酸緩衝液)を用いた以外は、実施例2と同様の操作を行った。処理した抗体溶液量は40mL、その濃度は5.56mg/mLであった。結果を図3に示す。
(実施例4)
実施例4では、抗体溶液及び洗浄工程に異なる緩衝液(pH6.0の15mmol/L酢酸緩衝液)を用いた以外は実施例1と同様の操作を行った。処理した抗体溶液量は60mL、その濃度は5.70mg/mLであった。結果を図3に示す。
(実施例5)
実施例5では、抗体溶液及び洗浄工程に異なる緩衝液(10mmol/Lの塩化ナトリウムを含むpH6.0の15mmol/L酢酸緩衝液)を用いた以外は実施例1と同様の操作を行った。処理した抗体溶液量は60mL、その濃度は5.71mg/mLであった。結果を図3に示す。
(実施例6)
実施例6では、抗体溶液及び洗浄工程に異なる緩衝液(30mmol/Lの塩化ナトリウムを含むpH6.0の15mmol/L酢酸緩衝液)を用いた以外は実施例1と同様の操作を行った。処理した抗体溶液量は60mL、その濃度は5.96mg/mLであった。結果を図3に示す。
(実施例7)
実施例7では、抗体溶液及び洗浄工程に異なる緩衝液(50mmol/Lの塩化ナトリウムを含むpH6.0の15mmol/L酢酸緩衝液)を用いた以外は実施例1と同様の操作を行った。処理した抗体溶液量は60mL、その濃度は5.91mg/mLであった。結果を図3に示す。
(実施例8)
実施例8では、抗体溶液及び洗浄工程に異なる緩衝液(pH7.0の15mmol/Lトリス緩衝液)を用いた以外は実施例1と同様の操作を行った。処理した抗体溶液量は60mL、その濃度は5.69mg/mLであった。結果を図3に示す。
(実施例9)
実施例9では、凝集体を含む抗体を、膜体積1mLあたり2g以上処理した例を示す。処理した抗体溶液の量が120mL、抗体溶液の濃度が5.89であった以外は、実施例8と同様の操作を行った。結果を図3に示す。
(実施例10)
実施例10では、抗体溶液及び洗浄工程に異なる緩衝液(10mmol/Lの塩化ナトリウムを含むpH7.0の15mmol/L酢酸緩衝液)を用いた以外は実施例1と同様の操作を行った。処理した抗体溶液量は60mL、その濃度は5.57mg/mLであった。結果を図3に示す。
(実施例11)
実施例11では、抗体溶液及び洗浄工程に異なる緩衝液(30mmol/Lの塩化ナトリウムを含むpH7.0の15mmol/L酢酸緩衝液)を用いた以外は実施例1と同様の操作を行った。処理した抗体溶液の量は60mL、抗体溶液の濃度は5.67mg/mLであった。結果を図3に示す。
(実施例12)
実施例12では、抗体溶液及び洗浄工程に異なる緩衝液(pH8.0の15mmol/Lトリス緩衝液)を用いた以外は実施例1と同様の操作を行った。処理した抗体溶液量は50mL、その濃度は5.53mg/mLであった。結果を図3に示す。
(実施例13)
実施例13では、抗体溶液及び洗浄工程に異なる緩衝液(pH9.0の15mmol/Lトリス緩衝液)を用いた以外は実施例1と同様の操作を行った。処理した抗体溶液量は50mL、その濃度は5.44mg/mLであった。結果を図3に示す。
(実施例14)
実施例14では、抗体タンパク質として、AE6F4抗体(ヒトモノクローナル抗体)を0.172g/L含む培養液上澄みを用意した。AE6F4産生細胞は、九州大学大学院農学研究院、片倉喜範准教授よりご提供頂いた。AE6F4抗体産生細胞の培養は、文献(日本生物工学会講演要旨集、1994年、65巻、65ページ)を参考に培養した。AE6F4抗体産生細胞を含む培養液を、ろ過膜(旭化成メディカル社製、商品名 BioOptimal(登録商標) MF−SL)を用いてろ過し、不純物と抗体を含む抗体溶液(培養上澄)を取得した。
それ以外は実施例1と同様の操作を行った。処理した抗体溶液量は30mL、その濃度は5.92mg/mLであった。結果を図3に示す。
(実施例15)
実施例15では、抗体溶液及び洗浄工程に異なる緩衝液(30mmol/Lの塩化ナトリウムを含むpH5.0の15mmol/Lクエン酸緩衝液)を用いた以外は、実施例14と同様の操作を行った。処理した抗体溶液量は40mL、その濃度は5.66mg/mLであった。結果を図3に示す。
(実施例16)
実施例16では、抗体溶液及び洗浄工程に異なる緩衝液(pH6.0の15mmol/L酢酸緩衝液)を用いた以外は実施例14と同様の操作を行った。処理した抗体溶液量は30mL、その濃度は5.50mg/mLであった。結果を図3に示す。
(実施例17)
実施例17では、抗体溶液及び洗浄工程に異なる緩衝液(pH7.0の15mmol/Lトリス緩衝液)を用いた以外は実施例14と同様の操作を行った。処理した抗体溶液量は40mL、その濃度は5.67mg/mLであった。結果を図3に示す。
(比較例1)
比較例1では以下に説明するカチオン交換膜2を用いた。カチオン交換膜2は次のように作製した。2−ヒドロキシエチルメタクリレート3.08g、ブチルメタクリレート1.54g、メタクリル酸0.57gを50容量%t−ブチルアルコール水溶液240mLに溶解させ、30分間窒素バブリングしたものを反応液として用いた。外径3.0mm、内径2.0mm、平均孔径0.25umのポリエチレン多孔質中空糸3.00g(15cm、15本)を密閉容器に入れて、容器内の空気を窒素で置換した。その後、容器の外側からドライアイスで冷却しながら、γ線25kGyを照射し、ラジカルを発生させた。得られたラジカルを有するポリエチレン多孔質中空糸をガラス容器に移し、200Pa以下に減圧することにより、反応管内の酸素を除いた。これに40℃に調整した上記反応液を140mL導入し、16時間静置した。その後、中空糸をメタノールで洗浄し、真空乾燥機中で真空乾燥させ、5.31g、グラフト率77%のカチオン交換膜を得た。実施例1と同様に測定して、弱カチオン交換基であるカルボン酸の密度は175mmol/Lであった。これをモジュール化(膜体積0.25mL)し、比較例1に係るカチオン交換膜2とした。
比較例1では、カチオン交換膜2を用いた以外は実施例1と同様に実施した。結果を図3に示す。
(比較例2)
比較例2では抗体溶液及び洗浄工程に異なる緩衝液(pH6.0の15mmol/L酢酸緩衝液)を用いた以外は比較例1と同様の操作を行った。結果を図3に示す。
(比較例3)
比較例3では、以下に説明するカチオン交換膜3を用いた。2−ヒドロキシエチルメタクリレート7.72g、グリシジルメタクリレート0.13gをメタノール113mLに溶解させ、30分間窒素バブリングしたものを反応液として用いた。外径3.0mm、内径2.0mm、平均孔径0.25umのポリエチレン多孔質中空糸3.03g(15cm、15本)を密閉容器に入れて、容器内の空気を窒素で置換した。その後、容器の外側からドライアイスで冷却しながら、γ線25kGyを照射し、ラジカルを発生させた。得られたラジカルを有するポリエチレン多孔質中空糸をガラス容器に移し、200Pa以下に減圧することにより、反応管内の酸素を除いた。これに40℃に調整した上記反応液を、55mL導入し、16時間静置した。その後、中空糸をメタノールで洗浄し、真空乾燥機中で真空乾燥させ、6.09g、グラフト率101%の中空糸膜を得た。後は実施例1と同様にスルホン酸基を導入し、カチオン交換膜8を得た。スルホン酸基密度は22mmol/Lであった。
カチオン交換膜3を用い、後は実施例1と同様に凝集体除去の評価を行った。結果を図3に示す。
(比較例4)
比較例4では、以下に示す、強カチオン交換基と弱カチオン交換基の合計が30mmol/Lより高い密度であるが、主成分が弱カチオン交換基主体である、カチオン交換膜4を用いた。カチオン交換膜4は次のように合成した。N−イソプロピルアクリルアミド3.09g、ブチルメタクリレート1.29g、グリシジルメタクリレート0.51g、t−ブチルメタクリレート0.26gを50容量%t−ブチルアルコール水溶液240mLに溶解させ、30分間窒素バブリングしたものを反応液として用いた。外径3.0mm、内径2.0mm、平均孔径0.25umのポリエチレン多孔質中空糸3.00g(15cm、15本)を密閉容器に入れて、容器内の空気を窒素で置換した。その後、容器の外側からドライアイスで冷却しながら、γ線200kGyを照射し、ラジカルを発生させた。得られたラジカルを有するポリエチレン多孔質中空糸をガラス容器に移し、200Pa以下に減圧することにより、反応管内の酸素を除いた。これに40℃に調整した上記反応液を、140mL導入し、16時間静置した。その後、中空糸をメタノールで洗浄し、真空乾燥機中で真空乾燥させ、5.12g、グラフト率71%のカチオン交換膜前駆体を得た。
放射線グラフト重合法によりグラフト鎖を導入した中空糸を、亜硫酸ナトリウムと、IPAと、の混合水溶液(亜硫酸ナトリウム/IPA/純水=10/15/75wt%)200gに投入し、80℃で24時間反応を行い、グラフト鎖中のエポキシ基をスルホン酸基に変換した。反応後、この中空糸を純水で洗浄した。その後、この中空糸を0.5mol/L硫酸中に投入し、80℃で2時間反応を行うことで、グラフト鎖中に残存していたエポキシ基をジオール基に変換した。更に、140mLのクロロホルム中で、4mLのメタンスルホン酸と反応させ、t−ブチル基を脱保護し、カルボンキシル基に変換した。実施例1と同様の方法で、全カチオン交換基量および膜体積を測定したところ、それぞれ49umolおよび1.0mLであった。これより、全カチオン交換基密度は、49mmol/Lであった。
スルホン酸基密度は以下の方法により求めた。1mol/Lの塩酸に1時間浸漬し、スルホン酸を全て水素化した。純水で洗浄し、塩酸を除去した後、1mol/L塩化ナトリウム水溶液を10mL加え、塩化水素を溶出させた。1時間放置した後、塩化水素を含む塩化ナトリウム水溶液を回収した。更に1mol/L塩化ナトリウム水溶液を10mL加え、1時間放置し、回収することにより、膜内に残った塩化水素を回収した。回収物を統合し、0.01mol/L水酸化ナトリウム水溶液を用いて滴定したところ、中和に2.09mL要した。ブランクが0.29mLであったことから、膜が有するスルホン酸基は18mmol/Lであることが分かった。カルボキシル基は全カチオン交換基密度からスルホン酸基密度を差し引くことで求めることが出来、31mmol/Lであった。
カチオン交換膜4を用い、後は実施例1と同様に凝集体除去の評価を行った。結果を図3に示す。
(実施例18)
実施例18では、図4に示すモノマーの仕込み組成を用いた以外は実施例1と同様の条件を用いて、それぞれスルホン酸基密度が異なるカチオン交換膜5から13を作製した。図4には、合成後のグラフト率、スルホン酸基密度、スルホン酸基を有するモノマー単位質量/電荷を持たないモノマー単位質量、及びグラフト鎖密度も示した。グラフト率の増加に伴って膜体積も膨張により増大するため、グラフト率が高いからといって、必ずしもグラフト鎖密度が高いわけではない。
(実施例19)
実施例19では、実施例18で作製したカチオン交換膜5から13を用いた。カチオン交換膜5から8に対しては、pH5.0の抗体溶液を用い、実施例1と同様の操作を行い、カチオン交換膜9から13に対しては、pH6.0の抗体溶液を用い、実施例4と同様の操作を行った。結果を図5に示す。
(実施例20)
実施例20では、以下に示すカチオン交換膜14を合成し、カチオン交換膜14を用いた以外は実施例17と同様に、AE6F4抗体を用い、凝集体除去の評価を行った。カチオン交換膜14を作製する際には、2−ヒドロキプロピルメタクリレート10.9g、グリシジルメタクリレート0.87gをメタノール109mLに溶解させ、30分間窒素バブリングしたものを反応液として用いた。外径3.0mm、内径2.0mm、平均孔径0.25umのポリエチレン多孔質中空糸3.02g(15cm、15本)を密閉容器に入れて、容器内の空気を窒素で置換した。その後、容器の外側からドライアイスで冷却しながら、γ線25kGyを照射し、ラジカルを発生させた。得られたラジカルを有するポリエチレン多孔質中空糸をガラス容器に移し、200Pa以下に減圧することにより、反応管内の酸素を除いた。これに40℃に調整した上記反応液を55mL導入し、16時間静置した。その後、中空糸をメタノールで洗浄し、真空乾燥機中で真空乾燥させ、6.10g、グラフト率102%の中空糸膜を得た。その後は、実施例1と同様にスルホン酸基を導入し、カチオン交換膜14を得た。スルホン酸基密度は78mmol/Lであった。また、スルホン酸基を有するモノマー単位質量/中性モノマー単位質量は1/9.18、グラフト鎖密度は0.160g/mLであった。
カチオン交換膜14を用いた以外は実施例17と同様に凝集体除去の評価を行った。結果を図6に示す。
(実施例21)
実施例21では、以下に示すカチオン交換膜15を合成し、カチオン交換膜15を用いた以外は、実施例17と同様に、AE6F4抗体を用い、凝集体除去の評価を行った。カチオン交換膜15を作製する際には、グリシジルメタクリレート0.98gをメタノール119mLに溶解させ、30分間窒素バブリングしたものを反応液として用いた。外径3.0mm、内径2.0mm、平均孔径0.25umのポリエチレン多孔質中空糸3.02g(15cm、15本)を密閉容器に入れて、容器内の空気を窒素で置換した。その後、容器の外側からドライアイスで冷却しながら、γ線25kGyを照射し、ラジカルを発生させた。得られたラジカルを有するポリエチレン多孔質中空糸をガラス容器に移し、200Pa以下に減圧することにより、反応管内の酸素を除いた。これに40℃に調整した上記反応液を55mL導入し、16時間静置した。その後、中空糸をメタノールで洗浄し、真空乾燥機中で真空乾燥させ、3.47g、グラフト率15%の中空糸膜を得た。その後は、実施例1と同様にスルホン酸基を導入し、カチオン交換膜15を得た。スルホン酸基密度は53mmol/Lであった。また、スルホン酸基を有するモノマー単位質量/中性モノマー単位質量の比率は1/1.50、グラフト鎖密度は0.038g/mLであった。また、スルホン酸基を有するモノマー単位と、中性モノマー単位のモル比率は1/3.2であった。
カチオン交換膜15を用いた以外は実施例17と同様に凝集体除去の評価を行った。結果を図6に示す。
(実施例22)
実施例22では、カチオン交換膜1を用い、凝集体に加え、HCPとProtein Aの除去性を、15mmol/L酢酸緩衝液(pH5.0)、15mmol/L酢酸緩衝液(pH6.0)、15mmol/Lトリス緩衝液(pH7.0)の抗体溶液を用い、CRL12445抗体についてそれぞれ評価した。
HCPはCYGNUS TECHNOLOGIES社のCHINESE HAMSTER OVARY Host Cell Proteins−3rd Generation ELISA kitを用い、プロテインAはTHCHNOLOGIES社のPROTEIN A ELISA kitを用い、UV測定により定量し、抗体の質量に対する質量としてppmで表した。
結果を図7に示す。
(実施例23)
実施例23では、CRL12445抗体を用い、アフィニティークロマトグラフィー工程、カチオン交換クロマトグラフィー工程、及びアニオン交換クロマトグラフィー工程の一連の工程をバッファー交換を行わずに実施した。
(アフィニティークロマトグラフィー工程)
実施例23に係るアフィニティークロマトグラフィー工程では、流速20mL/分間で操作を行った。まず、Mabselect Sure58mLを充填したカラムをリン酸緩衝液(20mmol/Lリン酸ナトリウム+150mmol/L NaCl(pH8.0))150mLで平衡化し、CRL12445抗体を含む培養上澄みを添加し、抗体を1.22g吸着させた。次に、リン酸緩衝液(20mmol/Lリン酸ナトリウム+150mmol/L NaCl(pH8.0))300mLを通液し、更にトリス/酢酸緩衝液(100mmol/L(pH8.0))180mLを通液して洗浄した後、溶出液として25mmol/L酢酸緩衝液(pH3.4)300mLを通役してカラムから抗体を溶出させ、抗体が溶出している画分のみを採取した。溶出液に1mol/Lトリス緩衝液を加え、pHを6.0に調整し、抗体溶液を得た。得られた抗体溶液は1.7mS/cmの電気伝導度を有していた。得られた抗体溶液と同じ溶液組成であり、凝集体を多く含む抗体溶液と混合することにより、後述するカチオン交換クロマトグラフィー工程に用いる抗体溶液を調整した。抗体溶液の凝集体(1)の割合は1.35%であり、凝集体(2)の割合は0.77%、単量体の割合は97.87%であった。また、HCPの含有量は230ppm、プロテインAの含有量は3ppmであった。結果を図8に示す。
(カチオン交換クロマトグラフィー工程)
実施例23に係るカチオン交換クロマトグラフィー工程では、カチオン交換膜1(体積:0.3mL)を用いた。カチオン交換膜1に加えた抗体溶液の量は50mL(6.5mg/mLの濃度)であり、流速は1.8mL/分であった。カチオン交換膜1に抗体溶液を流した後、抗体溶液と同じ組成のバッファー(pH6.0)を流速1.8mL/分で12mL通液し、カチオン交換膜1を洗浄した。フロースルー工程と洗浄工程で60mLの溶液を回収した。同じ操作を後2回繰り返し、回収した溶液を、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC:Size Exclusion Chromatography)及びELISAにより分析したところ、凝集体成分、HCP及びプロテインAの含有量は減少していた。結果を図8に示す。
(アニオン交換クロマトグラフィー工程)
実施例23に係るアニオン交換クロマトグラフィー工程では、体積0.25mLのアニオン交換膜(QyuSpeed D、旭化成メディカル)を用いた。カチオン交換クロマトグラフィー工程で回収した抗体溶液に1mol/Lのトリス緩衝液を加えてpH7.8にしたところ電気伝導度は1.7mS/cmであった。その後、抗体溶液をQyuSpeed Dに接触させた。QyuSpeed Dに加えた抗体溶液の量は165mL(4.5mg/mLの濃度)であり、流速は1.5mL/分であった。QyuSpeed Dに抗体溶液を流した後、抗体溶液と同じ組成のバッファー(pH7.8)を流速1.5mL/分で10mL通液し、QyuSpeed Dを洗浄した。フロースルー工程と洗浄工程で、合計175mLの溶液を回収した。回収した溶液をサイズ排除クロマトグラフィー(SEC:Size Exclusion Chromatography)及びELISAにより分析したところ、凝集体成分、HCP及びプロテインAの含有量は減少していた。結果を図8に示す。
(実施例24)
実施例24では、CRL12445抗体を用い、アフィニティークロマトグラフィー工程、低pHによるウイルス不活化工程、カチオン交換クロマトグラフィー工程、及びアニオン交換クロマトグラフィー工程の一連の工程をバッファー交換を行わずに実施した。
(アフィニティークロマトグラフィー工程)
実施例24に係るアフィニティークロマトグラフィー工程では、流速20mL/分間で操作を行った。まず、Mabselect Sure58mLを充填したカラムをリン酸緩衝液(20mmol/Lリン酸ナトリウム+150mmol/L NaCl(pH8.0))150mLで平衡化し、CRL12445抗体を含む培養上澄みを添加し、抗体を1.22g吸着させた。次に、リン酸緩衝液(20mmol/Lリン酸ナトリウム+150mmol/L NaCl(pH8.0))300mLを通液し、更にトリス/酢酸緩衝液(100mmol/L(pH8.0))180mLを通液して洗浄した後、溶出液として25mmol/L酢酸緩衝液(pH3.4)300mLを通役してカラムから抗体を溶出させ、抗体が溶出している画分のみを採取した。得られた抗体溶液に1mol/Lの塩酸を加え、pHを2.7にし、2時間静置し、ウイルス不活化処理を実施した。その後、1mol/Lトリス緩衝液を加え、pHを6.0に調整し、抗体溶液を得た。得られた抗体溶液は2.7mS/cmの電気伝導度を有しており、後述するカチオン交換クロマトグラフィー工程に用いる抗体溶液とした。抗体溶液の凝集体(1)の割合は1.70%であり、凝集体(2)の割合は1.89%、単量体の割合は96.41%であった。また、HCPの含有量は307ppm、プロテインAの含有量は3ppmであった。結果を図8に示す。
(カチオン交換クロマトグラフィー工程)
実施例24に係るカチオン交換クロマトグラフィー工程では、カチオン交換膜1(体積:0.72mL)を用いた。カチオン交換膜1に加えた抗体溶液の量は125mL(7.2mg/mLの濃度)であり、流速は4.4mL/分であった。カチオン交換膜1に抗体溶液を流した後、抗体溶液と同じ組成のバッファー(pH6.0)を流速4.4mL/分で15mL通液し、カチオン交換膜1を洗浄した。フロースルー工程と洗浄工程で135mLの溶液を回収した。回収した溶液を、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC:Size Exclusion Chromatography)及びELISAにより分析したところ、凝集体成分、HCP及びプロテインAの含有量は減少していた。結果を図8に示す。
(アニオン交換クロマトグラフィー工程)
実施例24に係るアニオン交換クロマトグラフィー工程では、体積0.25mLのアニオン交換膜(QyuSpeed D、旭化成メディカル)を用いた。カチオン交換クロマトグラフィー工程で回収した抗体溶液に1mol/Lのトリス緩衝液を加えてpH8.0にしたところ電気伝導度は2.7mS/cmであった。その後、抗体溶液をQyuSpeed Dに接触させた。QyuSpeed Dに加えた抗体溶液の量は132mL(5.6mg/mLの濃度)であり、流速は1.5mL/分であった。QyuSpeed Dに抗体溶液を流した後、抗体溶液と同じ組成のバッファー(pH8.0)を流速1.5mL/分で10mL通液し、QyuSpeed Dを洗浄した。フロースルー工程と洗浄工程で、合計142mLの溶液を回収した。回収した溶液をサイズ排除クロマトグラフィー(SEC:Size Exclusion Chromatography)及びELISAにより分析したところ、凝集体成分、HCP及びプロテインAの含有量は減少していた。結果を図8に示す。
(実施例25)
実施例25では、アニオン交換クロマトグラフィー工程で体積0.18mLのMustang Q(Pall Corporation)を用い、流速0.9mL/分で処理した以外は、実施例24と同様の操作を行った。結果を図8に示す。
(実施例26)
実施例26では、CRL12445抗体を用い、アフィニティークロマトグラフィー工程及び低pHによるウイルス不活化工程後、カチオン交換クロマトグラフィー担体とアニオン交換クロマトグラフィー担体を直通させ、カチオン交換クロマトグラフィー工程とアニオン交換クロマトグラフィー工程の間にpH調整を行わずに実施した。
(アフィニティークロマトグラフィー工程)
実施例26に係るアフィニティークロマトグラフィー工程では、流速20mL/分間で操作を行った。まず、Mabselect Sure58mLを充填したカラムをリン酸緩衝液(20mmol/Lリン酸ナトリウム+150mmol/L NaCl(pH8.0))150mLで平衡化し、CRL12445抗体を含む培養上澄みを添加し、抗体を1.35g吸着させた。次に、リン酸緩衝液(20mmol/Lリン酸ナトリウム+150mmol/L NaCl(pH8.0))300mLを通液し、更にトリス/酢酸緩衝液(100mmol/L(pH8.0))180mLを通液して洗浄した後、溶出液として25mmol/L酢酸緩衝液(pH3.4)300mLを通役してカラムから抗体を溶出させ、抗体が溶出している画分のみを採取した。得られた抗体溶液に1mol/Lの塩酸を加え、pHを2.7にし、2時間静置し、ウイルス不活化処理を実施した。その後、1mol/Lトリス緩衝液を加え、pHを5.0に調整した。その抗体溶液の組成を図9に示す。更に、pH5.0に加え、6.0、7.0、および8.0に調整した抗体溶液を得た。得られた抗体溶液はそれぞれ7.1mg/mL、7.1mg/mL、7.1mg/mL、7.0mg/mLの濃度であり、2.6、2.7,2.7,2.7mS/cmの電気伝導度を有しており、後述するイオン交換クロマトグラフィー工程に用いる抗体溶液とした。
(イオン交換クロマトグラフィー工程)
実施例26に係るイオン交換クロマトグラフィー工程では、体積0.30mLのカチオン交換膜1と、体積0.25mLのアニオン交換膜(QyuSpeed D、旭化成メディカル)を直列に繋いで用いた。流速1.5mL/分でアフィニティークロマトグラフィー工程後の各pHの抗体溶液を流した後、抗体溶液と同じ組成のバッファー15mLを用い流速1.5mL/分で洗浄した。精製結果を図9に示す。

Claims (27)

  1. 基材と、
    前記基材に固定された、モノマー単位の一つが少なくともスルホン酸基を有する共重合体と、
    を備えるカチオン交換クロマトグラフィー担体であって、
    前記共重合体が実質的に架橋構造を形成しておらず、かつ前記共重合体がアクリルアミド及びアクリルアミド誘導体をモノマー単位として含まない、又は、実質的に影響を与えない範囲で含み、
    前記基材の質量に対する前記共重合体の質量の割合が5%以上200%以下であり、
    カチオン交換クロマトグラフィー担体体積当たりのグラフト鎖の質量が、0.03g/mL以上0.25g/mL以下であり、
    前記スルホン酸基の密度が30mmol/Lより高く200mmol/L以下である、
    フロースルー精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体。
  2. 前記共重合体における前記スルホン酸基を有するモノマー単位のモル比率が、電荷を有しない中性モノマー単位のモル比率よりも小さい、請求項1に記載のフロースルー精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体。
  3. 前記共重合体における前記スルホン酸基を有するモノマー単位の質量割合が、電荷を有しない中性モノマー単位の質量割合よりも小さい、請求項1に記載のフロースルー精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体。
  4. 前記スルホン酸基を有するモノマー単位が、グリシジルメタクリレート誘導体である、請求項1から3のいずれかに1項に記載のフロースルー精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体。
  5. 前記中性モノマー単位が、少なくとも親水性モノマー単位を含み、前記共重合体中の前記中性モノマー単位における前記親水性モノマー単位のモル比率が50%以上である、請求項2又は3に記載のフロースルー精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体。
  6. 前記中性モノマー単位が、少なくとも親水性モノマー単位を含み、前記共重合体中の前記中性モノマー単位の総質量における前記親水性モノマー単位の質量の割合が50%以上である、請求項2又は3に記載のフロースルー精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体。
  7. カルボキシル基を含まない、又はカルボキシル基の密度が前記スルホン酸基の密度よりも低い、請求項1から6のいずれか1項に記載のフロースルー精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体。
  8. 前記基材が膜状である、請求項1から7のいずれか1項に記載のフロースルー精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体。
  9. 請求項1から8のいずれか1項に記載のフロースルー精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体を備える、生体分子精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体。
  10. 抗体タンパク質精製用である、請求項9に記載の生体分子精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体。
  11. 不純物及び生理活性物質を含む混合溶液から、前記生理活性物質をフロースルー精製する精製方法であって、
    請求項9又は10に記載の生体分子精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体に対し、前記混合溶液を接触させることを含む、
    精製方法。
  12. フロースルー方式で前記担体に対し、前記混合溶液を接触させる、請求項11に記載の精製方法。
  13. 前記混合溶液のpHが4.0以上10.0以下である、請求項12に記載の精製方法。
  14. 前記生理活性物質が抗体タンパク質の単量体である、請求項11から13のいずれか1項に記載の精製方法。
  15. 前記不純物が、抗体タンパク質の2量体以上の凝集体を含む、請求項11から14のいずれか1項に記載の精製方法。
  16. 前記生理活性物質の回収率が80%以上である、請求項11から15のいずれか1項に記載の精製方法。
  17. 前記生体分子精製用カチオン交換クロマトグラフィー担体1mLあたり、単量体と凝集体を含む抗体タンパク質100mg以上を精製する、請求項11から16のいずれか1項に記載の精製方法。
  18. 単量体と凝集体を含む抗体タンパク質溶液を精製した時に、凝集体割合を50%以上低減させる、請求項11から17のいずれか1項に記載の精製方法。
  19. 前記カチオン交換クロマトグラフィー担体による精製工程の前又は後に、アニオン交換クロマトグラフィー担体を用いた精製を行うことを更に含む、請求項11から18のいずれか1項に記載の精製方法。
  20. 前記アニオン交換クロマトグラフィー担体が膜状である、請求項19に記載の精製方法。
  21. 前記アニオン交換クロマトグラフィー担体を用いた精製がフロースルー方式である、請求項19又は20に記載の精製方法。
  22. 前記カチオン交換クロマトグラフィー担体による精製工程及び前記アニオン交換クロマトグラフィー担体を用いた精製工程の前に、アフィニティ−クロマトグラフィー工程を更に含む、請求項19から21のいずれか1項に記載の精製方法。
  23. 一連の精製工程で、バッファー交換を行わない請求項19から22のいずれか1項に記載の精製方法。
  24. 前記アフィニティ−クロマトグラフィー工程が、バインドアンドエリュート方式で実施され、溶出工程において、1価酸からなるバッファーにより前記生理活性物質を溶出する、請求項22に記載の精製方法。
  25. 前記1価酸からなるバッファーの電気伝導度が10.0mS/cm以下である、請求項24に記載の精製方法。
  26. 前記アフィニティ−クロマトグラフィー工程の後に、前記混合溶液のpHを4.0以下とする工程を更に含む、請求項22、24及び25のいずれか1項に記載の精製方法。
  27. 一連の精製工程において、前記生理活性物質を含む混合溶液の電気伝導度が10mS/cm以下である、請求項19から26のいずれか1項に記載の精製方法。
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