大体积分离以保护敏感的生物分子

大体积分离对于生产疫苗、基因疗法和重组蛋白至关重要。然而，促成规模化的条件——高流量、剪切力和压力——往往会降解敏感的生物分子。蛋白质会变性。DNA片段。病毒载体的效力会减弱。

通过磁分离强化下游处理

传统的分离技术是为小分子而创造的。生物制剂体积更大，灵敏度远高于小分子。生物制剂需要分离技术以保持生物分子的完整性和灵敏性，使产品发挥作用。本文展示了使用磁性分离工艺对生物分子的众多优势之一，通过展示大体积分离过程中磁性分离的灵敏性。

传统分离方法

当大多数工程师考虑分离过程后流失的生物分子价值时，他们谈论的是生物分子结合因子的效率和洗脱回收率。然而，大多数产品的降解发生在产额计算前及分离阶段。

传统分离方法在分离阶段会使分子暴露于多种有害的物理和化学形式。

•膜和柱的分离：分离生物分子的流动导致柔性结构和聚合物分子的折叠、旋转和重排，导致显著且有时不可逆的降解。

• 通过加热或冷却分离：大多数传统分离方法需要生物分子的加热和冷却循环。这导致生物分子被破坏并形成聚集体。

•分离，即压力驱动：生物分子在滤器表面结合时的机械和切向流动，可能导致生物分子丢失后剪切或不可逆的断裂。

• 通过洗脱缓冲液进行分离：化学环境和pH值较低（有时更高）的洗脱缓冲液变化，可以改变生物分子的构象。

Lydia Kisley博士及其凯斯西储大学团队展示了一些标注为“完全多孔”的商业分离材料，其中心部分大多处于不活跃状态。这意味着制造商支付了全部产能费用，但只获得了潜在性能的一小部分。这与较长的处理时间相结合，可能导致生物分子降解。

通过磁分离强化下游处理

累计服用时，特异活性降低、生物分子聚集增加和最终产量降低导致成本高昂的再处理。

为什么选择传统加工方法 C一个'进一步发展

实验室方法中有许多分离方法可用，但许多在工业规模上可能变得不切实际。

一个有缩放问题的方法例子是色谱柱的使用。

•靶向转运狭窄：在填充床色谱中，结合通过分析物的扩散实现。对于尺寸大于100 Da的生物分子，扩散时间靠近结合面，且排除了大量区域。

•堵塞：为防止工业级塔堵塞，进料流需预先澄清。

•缓冲液消耗增加：工业级柱会产生大量废弃缓冲液，增加运营成本。

•填料和操作过程中的剪切敏感性：维持床层填料均匀所需的机械力可能会损害柱子设计用来纯化的生物分子。

慕尼黑工业大学的Julian Galbusera、Ines Zimmermann和Paula Fraga-García研究了磁分离技术如何解决这些瓶颈。与标准色谱不同，标准色谱中固定相是由填充珠子组成的基体，并被流动流体渗透，而磁分离通过悬浮功能化磁性颗粒直接处理进料流。这使得色谱中通常存在的扩散屏障能够完全绕过，同时在大尺度工作并处理未澄清的裂解物。

磁性替代方案：温和、快速且可扩展

磁分离的原理本质上不同。功能化磁性颗粒针对悬浮的特定分子物种。施加外部磁场可以捕捉粒子-靶点复合物，并允许常规冲刷不需要的物种。颗粒-靶物种复合物在加工过程中能屏蔽剪切和热应力。

对于大体积分离工艺，从敏感生物分子分离的角度来看，该技术有几个优点：

• 无需通过孔隙扩散：磁性颗粒通常为非多孔的。因此，限制所有色谱方法结合动力学的慢扩散步骤被绕过。值得一提的是，大型生物分子直接结合在颗粒表面。

•温和捕获与释放：磁场施加软体积力，而堆积床柱则具有极高压力和极高的填充密度。细胞保持完整。病毒载体保持感染力。蛋白质结构保持折叠状态。

•原油直接处理：磁选可处理浊气和含颗粒物的进料流，无需预过滤。这消除了下游列车中一个或多个单元操作。

•缓冲液消耗极低：由于磁性颗粒是悬浮并回收的，而非固定在柱中，缓冲液体积可大幅减少，降低成本和环境影响。

2023年发表在《分子疗法—方法与临床开发》上的一项研究展示了该原理的实际应用。研究人员开发了一种无滤膜磁捕获方法，用于直接从细胞裂解液中纯化重组腺相关病毒（rAAV5）。不到两小时，他们从约5升裂解液中实现了63%的回收率，宿主细胞DNA和蛋白减少了三对数，同时完全消除了深滤和柱层析步骤。

实际表现 一个生产规模

工业制造商面临的问题不是磁分离在实验室中是否有效，而是它在生产量下是否可靠。证据持续不断地支持。

•升级蛋白质纯化：发表在ACS Omega上的一项研究证明，单步磁性捕捞工艺可直接从粗大肠杆菌细胞裂解液中获得91%的绿色荧光蛋白（GFP）纯度，且通过简单共沉淀合成产生的裸铁氧化物纳米颗粒。

• 大规模高梯度磁性分离：许多允许实验室纯化的高梯度磁性分离（HGMS）原理也被用于工业mRNA疫苗的生产。其中一组采用符合USP VI类的材料，制作了3D打印的一次性HGMS分离舱。该腔室以每分钟150毫升的流量运行，保留率超过99.39%。这意味着磁性分离方法在大体积分离中使用的流量下保持捕获效率。

• 细胞治疗中的应用：用于自动化T细胞分离的磁分离系统在70至100分钟内达到超过85%的效率和96%的纯度，达到cGMP准备规模，用于研究和制造。

Longlight技术：工程 for t他长跑

分离技术 提供大量持续服务，使Longlight Technology的工程重点成为焦点。

在磁分离领域，朗光系统设计以在大捕获体积内持续保持均匀磁场强度——这是批量重复效果的最关键要求之一。大批量分离中批量间重复性是受监管制造环境无法容忍的。

这些系统的集合为大批量处理所面临的具体挑战提供了答案：

• 捕获整个捕获区高度集中的磁力：这指的是磁场梯度递减分布不均的问题，即某些粒子被高效捕获，而另一些粒子则保持不动。它们被捕获后又逃脱，降低产量并产生变异。

• 分离室（容器），随着体积从略高于台架规模到生产规模的体积增加，能够高效捕获。

•工艺灵活性：系统无需对不同类型的磁性颗粒、结合剂和操作程序进行重大修改。

超越妥协

生物制药师在选择分离效率和生物分子保存之间的平衡，正逐渐走向终结。利用磁铁进行运营的技术，行业尚未在测试阶段。这是一种成熟的工业实践，并在多篇同行评审文章中得到了支持。这些产品在众多知名生产商和供应商的库存中都能找到。

在以末端颗粒价值为特征（基因闭合、m RNA闭合、单克隆抗体闭合、细胞及细胞产物等）为区别特征的应用中，磁分离：

1. 维持传统分离中丧失的生物活性;

2. 通过澄清初始馈线，省去多个分离操作。

3. 所需的缓冲较少，与化学品的接触也更少。

4.I.可轻松从研发改装到全生产线。

科学基础已牢固。工程技术成熟。现在的问题不是磁性分离是否适合大规模生物加工，而是制造商会多快采用它来保护最重要的——那些能提供治疗价值的分子。

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常见问题

问：大量未澄清的细胞裂解液可以通过磁分离处理吗？

答：是的。磁性分离可以在高浊度的进料流上进行，无需进料流预过滤，从而减少单元操作次数。

问：蛋白质活性在生物磁分离过程中降解较少，是真的吗？

答：是的。生物磁性分离方法不受高压/高速度或严苛缓冲系统的影响，无法分离和回收生物分子。

问：磁分离能否从实验室推广到商业/工业应用？

答：是的。磁捕获的物理原理在毫升和百升系统中也以相同方式运作。

问：哪些生物分子可以在大体积中通过磁分离轻松处理？

答：病毒载体、mRNA、r蛋白、外泌体和细胞等。这些材料容易受到机械或热应力的影响。