基于MCSGP技术的空壳与完整腺相关病毒衣壳高效分离：从模型设计到工艺实现

本研究针对基因治疗载体腺相关病毒(AAV)空壳与完整衣壳分离难题，通过建立阴离子交换色谱模型，开发多柱逆流溶剂梯度纯化(MCSGP)新工艺。研究首次实现AAV2空壳/完整颗粒高效分离，在纯度70%条件下，产率提升至57.8%，生产率达8.65×1013 VP/(Lresin·h)，工艺质量强度降低66%，为AAV规模化生产提供创新解决方案。

　　

基因治疗领域近年来取得突破性进展，其中腺相关病毒(AAV)因其低免疫原性和高效转导能力成为最具前景的基因递送载体。然而在AAV生产过程中，不含治疗基因的空壳病毒颗粒往往与携带目的基因的完整衣壳共同产生，这些"无效"空壳不仅会竞争细胞表面受体，还可能引发不必要的免疫反应。更棘手的是，空壳与完整衣壳的等电点(pI)仅相差0.4个单位(完整衣壳pI=5.9 vs 空壳pI=6.3)，传统超速离心和单柱层析技术难以实现高效分离，导致基因治疗产品的临床效果和安全性面临重大挑战。

针对这一技术瓶颈，来自国外研究机构的研究团队在《Journal of Chromatography A》发表了创新性研究成果。研究人员首次将多柱逆流溶剂梯度纯化(MCSGP)技术应用于AAV2空壳/完整衣壳分离，通过建立精确的数学模型指导工艺开发，成功实现了完整衣壳的高效富集。这项研究不仅解决了基因治疗产品纯化的关键技术难题，更为AAV的大规模生产提供了经济高效的解决方案。

研究采用系统化的技术路线：首先通过6组线性梯度洗脱实验建立阴离子交换色谱的机理模型，采用平衡-扩散模型描述病毒颗粒的传质过程，通过高效液相色谱(HPLC)定量分析各馏分中空壳和完整衣壳含量；随后基于模型进行单柱工艺参数优化，确定最佳盐浓度(洗脱阶段235-260 mM)和梯度时长(20-30 CV)；最终将优化条件转化为MCSGP双柱系统，通过内部循环回收"夹心馏分"实现产率和纯度的同步提升。

在单柱分离优化方面，研究揭示了关键参数的影响规律：延长梯度时间从20 CV至30 CV可使产率从11.1%提升至12.3%，但生产率相应从3.73×10¹³降至3.49×10¹³ VP/(L_resin·h)。模型拟合显示完整衣壳的亨利常数预指数因子H₀为4.93×10⁵ mL/mL_resin，显著高于空壳的3.34×10⁵，证实了二者在吸附特性上的微小差异。

MCSGP工艺实现了突破性进展：采用30 CV梯度洗脱时，通过精确控制再循环时段(52.8-63.5 min)和产物收集窗口(63.5-71.6 min)，使稳态操作的完整衣壳产率达到57.8%，较单柱工艺提升5.1倍；生产率同步提升至8.65×10¹³ VP/(L_resin·h)，提高2.6倍。值得注意的是，工艺质量强度(PMI)分析显示，MCSGP使树脂用量降低69%，水耗减少66%，全面提升了生产过程的经济性和可持续性。

这项研究的意义在于：首次证实MCSGP技术在AAV纯化中的卓越性能，通过模型引导的工艺设计，仅需少量实验数据即可实现复杂分离过程的优化。所建立的阴离子交换色谱模型能准确预测病毒颗粒的洗脱行为，为其他血清型AAV的纯化工艺开发提供重要参考。该技术显著提高了基因治疗产品的生产效率和质量标准，将加速更多AAV疗法从实验室走向临床应用。