阴离子交换色谱澄清技术增强单克隆抗体纯化中Protein A膜/纤维载体的性能研究

这篇综述系统评价了阴离子交换（AEX）纤维色谱澄清技术对新型Protein A膜/纤维载体（非树脂型）在单抗（mAb）纯化中的性能提升作用。研究表明，与传统深度过滤相比，AEX纤维澄清能显著降低宿主细胞蛋白（HCP）和DNA（HC-DNA）残留（分别减少50%和>2 log），并延长Protein A载体寿命（循环次数增加2倍），为生物制药工艺设计提供了全流程优化策略。

　　

引言

生物制药领域正面临工艺简化和强化的双重挑战。随着单克隆抗体（mAb）药物管线的扩张，基于CHO细胞表达体系的纯化平台亟需创新。传统Protein A树脂虽占据主流，但新型膜/纤维载体因其对流传输特性（如Cytiva HiTrap Fibro? PrismA和Gore? Protein Capture Device）正崭露头角。这些载体将配体暴露于大孔表面，虽提升传质效率，却也面临杂质（如染色质复合物）污染风险。本研究首次系统评估阴离子交换（AEX）纤维澄清技术（3M? Emphaze? AEX Hybrid Purifier）对非树脂Protein A载体性能的影响。

材料与方法

实验采用两种CHO细胞培养物（IgG1，pI 8.6，滴度3.6-4 g/L），通过离心、深度过滤（3M? Zeta Plus? 90SP08A/90ZB08A）或AEX纤维澄清处理，获得5种不同杂质特征的进料（Feed 1-5）。关键指标显示，AEX处理使HC-DNA降至<0.06 ng/mL（低于定量限），HCP降低29.4%，酸浊度从1180 NTU降至5 NTU。随后采用两种Protein A载体进行循环测试（200次或至1.0/0.4 MPa压力限），监测压力变化、产物回收率及杂质清除效率。

结果与讨论

载体寿命突破：AEX澄清使纤维载体循环次数从7-23次（未处理进料）跃升至150-198次，优于含NaOH清洗的对照组（76次）。膜载体虽提升有限（79→83次），但压力曲线显示AEX处理显著延缓污染积累。酸浊度数据表明，染色质复合物（~100 nm）的清除是延长寿命的关键——深度过滤进料的酸浊度（269 NTU）导致纤维载体压力上升96.4%，而AEX处理组仅13.5%。

纯度革命：所有AEX澄清进料的Protein A洗脱液中，HCP稳定在~1000 ppm（深度过滤组达4600 ppm），HC-DNA持续低于检测限（对比深度过滤组的38000 ppb）。UV光谱分析证实，AEX处理载体的清洗峰面积更小，提示杂质吸附量减少50%以上。有趣的是，膜载体在后期循环（>100次）出现HCP波动，可能与PTFE基质疏水性导致的蛋白吸附有关。

机制解析：低pH洗脱阶段的瞬态压力峰（可逆性）提示杂质在酸性条件下的相变行为。纤维载体（孔径0.25±0.03 μm）更易被亚微米级染色质堵塞，而膜载体（含100 nm硅胶珠）的污染可能源于HCP-IgG复合物在孔隙内的滞留。AEX纤维通过电荷作用清除<500 nm颗粒，从根本上缓解了这一问题。

结论

该研究为生物工艺设计提供三重启示：

1. 上游决定下游：AEX色谱澄清将HCP/HC-DNA清除前移，使非树脂Protein A载体的产物纯度（HCP 1000 ppm）和批次一致性达到新高度；

2. 成本优化：载体寿命的成倍延长可降低单抗生产的Cost of Goods；

3. 技术协同：对流型Protein A与AEX纤维的联用，代表了“快速捕获+深度澄清”的下一代平台化解决方案。未来研究可聚焦于杂质与载体材料的分子互作机制，进一步释放工艺潜力。

（注：全文数据均源自原文实验，未添加主观推断）