治疗性单克隆抗体纯化中阳离子交换色谱工艺开发的优化策略与模型应用

本综述系统评估了五种商业化阳离子交换色谱（CEX）树脂在治疗性单克隆抗体（mAb）纯化中的性能，通过动态结合容量（DBC10%）、杂质清除率（如HMW去除）和收率等关键指标，筛选出Poros XS等高性能树脂。研究结合高通量筛选与机理建模（采用Gosilico软件和GRM模型），为行业提供了高效、稳健的工艺开发方案，显著提升纯化效率与产品质量。

　　

亮点

材料

本研究使用的单克隆抗体包括mAb-A、mAb-B和mAb-C，其等电点（pI）分别为8.6、8.9和9.2。所有抗体均为采用灌流培养工艺在中国仓鼠卵巢（CHO）细胞中表达的重组人源化IgG1单抗。评估的五种商业化树脂包括：Capto S ImpAct（Cytiva）、Nuvia HR-S（Bio-Rad公司）、Eshmuno CPX（Merck Millipore）、Poros 50 HS和Poros XS（Thermo Fisher）。

CEX柱压-流曲线

多数树脂的核心问题在于填充柱的压力降，尤其是本研究中所用的小粒径CEX树脂（直径40-60 μm）。在某些离子交换色谱中，小粒径树脂因传质更快和更高的比表面积而提升分离度与结合容量，但也会因流动阻力增加导致更高压力降。这凸显了在工艺开发中关注压-流特性的重要性。

讨论

既往研究虽考察了多种CEX树脂，但关于何种树脂能为mAb纯化提供最佳性能和产品质量尚未达成明确共识[3,6,9,34,[41], [42], [43], [44]]。本研究评估了五种高容量CEX树脂，通过实验与建模方法结合，明确了性能最优的树脂。如图所示，色谱工艺开发可采用实验或建模两种路径。

结论

本研究使用三种不同mAb评估了五种CEX树脂（Capto S ImpAct、Poros 50 HS、Poros XS、Nuvia HR-S和Eshmuno CPX）的色谱工艺性能。其中，Poros XS表现出最佳的流压特性与最高的动态结合容量（DBC），其次是Eshmuno CPX和Capto S ImpAct。所有树脂在低pH和电导率条件下DBC较高，而在高pH和高电导率时DBC下降。DBC最高的三种树脂（Poros XS、Eshmuno CPX和Capto S ImpAct）在阶跃洗脱筛选中均展现出良好的杂质清除能力与收率。