用于降低蛋白制劑領域中的聚集物含量的混合的多官能性金屬親和表面的制作方法
【專利摘要】用于降低蛋白制劑的聚集物含量的組合物，包括含有第一表面結合配體的第一基底，所述第一表面結合配體具有金屬親和官能性，所述第一基底還包括第二表面結合配體或第二表面結合配體任選地提供于第二基底上，所述第二表面結合配體具有與所述第一基底的金屬親和官能性電荷相反的聚集物電荷，其中所述第一表面結合配體和所述第二表面結合配體的位置使得所述蛋白制劑可同時接觸所述第一表面結合配體和所述第二表面結合配體。
【專利說明】用于降低蛋白制劑領域中的聚集物含量的混合的多官能性 金屬親和表面
[0001] 本發明涉及用于純化蛋白，特別是抗體的材料。其具體涉及用于降低聚集物，且特 別是包含宿主細胞染色質殘留物如核小體、組蛋白和DNA的聚集物的含量的材料。
[0002] 發明背景
[0003] 已證明宿主細胞來源的污染物與通過體外細胞培養方法產生的重組蛋白間自 發形成非天然的異源聚集物（Shukla et al. ,Biotechnol. Progr. (2008)24:1115-1121; Luhrs et al. , J. Chromatogr. B(2009)877:1543-1552 ；Mechetner et al. , J. Chromatogr. B(2011)879:2583-2594 ；Gagnon et al. , J.Chromatogr.A, (2011) 1218:2405-2412 ； Gagnon, Bioprocessing J. (2010) 9 (4): 14-24)。這些異源聚集物在兩個方面可被認為是非 天然的：1)組成性污染物常常為非人來源的，由活的非人宿主細胞分泌，或在非人的宿主 細胞死亡裂解后釋放至培養基中。在活的人體中，不存在此類非人的污染物；以及2)相比 人體內系統（其中死細胞組分被快速清除），組成性污染物積累至較高濃度。因此，組成性 產物以在生命系統中通常不會出現的濃度暴露于高水平的強相互作用的污染物。同時，高 表達水平的重組蛋白使得其成為適于與這些非人的污染物非特異性結合的底物，從而促進 不同組分的非期望異源聚集物的形成。
[0004] 異源聚集物的污染蛋白含量在某種程度上通過直接靶向污染蛋白（Shukla et al.和Gagnon et al.，同上）和間接通過革El向針對污染蛋白的對應的DNA組分（Luhrs et al.和Gagnon,同上）進行處理。已證明在一些復合物解離時出現了抗體聚集物水平的降 低（Shukla et al·，Mechetner et al.和Gagnon,同上）。已公開了陰離子交換劑降低抗 體-污染物復合物水平的能力（Luhrs et al.和Gagnon et al·，同上），但還未證明存在能 夠完全清除異源聚集物的陰離子交換處理。尺寸排阻、陽離子交換和疏水相互作用層析法 也被用于嘗試降低異源聚集物，但這些技術通常不如陰離子交換（Gagnon et al.，同上）。
[0005] 與抗體形成穩定結合物的污染物的具體來源并非總是已知的（參見，例如Shukla et al.同上）。一些努力聚焦于DNA污染物，而很少注意到其他可能的污染物的具體來源 (Gagnon et al.和Gagnon,同上）。一些證明宿主污染物與抗體制備中的聚集物關聯性的 努力特別地聚焦于包含核染色質降解產物的污染物（Luhrs et al.和Mechetner et al.同 上）。在這些實例中，聚合可直接通過抗體對核染色質代謝產物如組蛋白和DNA的免疫特異 性介導。還證明核染色質代謝產物能夠通過非特異性相互作用與抗體形成穩定復合物。因 此，對不包含核染色質代謝產物的抗原具有已知免疫特異性的單克隆抗體，可與來源于死 的宿主細胞的細胞核的核小體、組蛋白和DNA形成具有不同類型的高度穩定的聚集物。特 別地，已證明核染色質代謝產物在高分子量（HMW)聚集物中有高度代表性。HMW聚集物特 別值得關注，因為其疑似參與促進治療中和性抗體的形成。HMW聚集物通常被定義為大小 比目標抗體的較小倍數更大的聚集物。例如，2-抗體結合物不被認為是HMW聚集物，大多 數4-抗體聚集物也不是。然而，大小大得多的聚集物如對應于約8至約10或更多的抗體 的聚集物通常可被歸類為HMW聚集物。
[0006] 用預期可能解離異源聚集物的試劑處理抗體制劑證明通常是無效的。例如，采用 高濃度的尿素、鹽或二者的組合不會大幅解離IgM-污染物異源聚集物（Gagnon et al.同 上）。以尿素、乙醇和表面活性劑在洗脫前洗滌的蛋白A親和層析被證明相比無洗滌能夠更 有效地降低異源聚集物水平（Shukla et al.同上），其與將尿素、鹽和EDTA與蛋白G親和 層析結合的洗脫前洗滌一樣（Mechetner et al.同上）。以尿素在洗脫前洗滌的陰離子交 換層析被證明相比無尿素洗滌能夠更有效地降低異源聚集物（Gagnon et al.同上）。具有 洗脫前的EDTA洗滌的陽離子交換層析也被證明相比無洗滌能夠更有效地降低異源聚集物 (Gagnon et al.同上）。最后，具有尿素和/或鹽的洗脫前洗滌的羥磷灰石相比無此類洗 滌也能夠更有效地降低異源聚集物（Gagnon同上）。盡管存在這些觀察結果，一般而言，將 解離劑用于與層析柱結合的抗體的洗脫前洗滌僅存在適度的成功。
[0007] 發明概述
[0008] 在某些實施方案中，本發明提供了用于純化蛋白的物質組合物和裝置，包括降低 抗體制劑中的聚集物濃度。在某些實施方案中，所述組合物特別地降低包含染色質殘留物 如核小體和/或組蛋白和/或DNA的聚集物的含量。在某些實施方案中，提供了用于降低 蛋白制劑的聚集物含量的物質組合物，其中所述組合物包括具有金屬親和官能性的第一表 面結合配體，和具有與所述第一表面的金屬親和官能性電荷相反的聚集物電荷的第二表面 結合配體，并且其中所述第一表面結合配體和所述第二表面結合配體的位置使得蛋白制劑 可同時接觸所述第一表面結合配體和第二表面結合配體。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1顯示了在純化接受了尿囊素-依沙吖啶批次顆粒處理的IgM-529中以所示的 間隔采集的圖譜的尺寸交換色譜（SEC)的時間進程圖。Aggr:聚集物。HCP:宿主細胞蛋白。 實線：280nm。虛線：254nm。所有時間標度與中間圖的相同。
[0010] 圖2A顯示了濾除了 IgM-84的細胞培養物上清液（CCS)的SEC圖譜。Aggr:聚 集物。HMW:高分子量聚集物。HCP:宿主細胞蛋白。LMW:低分子量細胞培養基組分。實 線：280nm。虛線：254nm。
[0011] 圖2B顯示了尿囊素-依沙吖啶和過柱處理之后圖2A的濾除了 IgM-84的CCS的 SEC圖譜。Aggr:聚集物。HCP:宿主細胞蛋白。實線：280nm。虛線：254nm。
[0012] 圖3顯示了以尿囊素-依沙吖啶處理和過柱處理之前（左圖）和之后（右圖）的 單克隆IgG HER2CCS的SEC圖譜。Aggr:聚集物。HCP:宿主細胞蛋白。LMW:低分子量細胞 培養基組分。LC:輕鏈。實線：280nm。虛線：254nm〇
[0013] 發明詳述
[0014] 令人驚奇地，發現在本發明的某些實施方案中，包含帶負電荷的表面結合金屬親 和配體（第一表面結合配體）與帶正電荷的表面結合性配體（第二表面結合配體）的組合， 或者包含帶正電荷的表面結合金屬親和配體（第一表面結合配體）與帶負電荷的表面結合 性配體（第二表面結合配體）的組合，的物質組合物具有大幅降低蛋白制劑中的高分子量 (HMW)聚集物和較小尺寸的聚集物含量的能力。在某些實施方案中，所述第一表面結合配體 和所述第二表面結合配體可存在于相同的表面上。在某些實施方案中，所述第一表面結合 配體和所述第二表面結合配體可存在于不同的表面上。在某些實施方案中，所述第一表面 結合配體和所述第二表面結合配體可存在于相同的表面和/或不同的表面。本發明的某些 實施方案具有去除諸如可能被添加至蛋白制劑的多價離子和抗病毒化合物的試劑的另外 的能力。
[0015] 在某些實施方案中，本發明提供了包含兩種或更多種表面官能性的混合物的裝 置，用于降低蛋白制劑中的聚集物水平，其中所述表面中的至少一個具有金屬親和官能性， 能夠與金屬離子形成穩定的配位鍵，并且另一個表面具有與所述金屬親和官能性相反的凈 電荷。在優選的實施方案中，本發明可提供組合物，其具有的一個表面具有負電性的金屬 親和官能性，而另一個表面包含正電性的金屬親和官能性。每個表面可包含或組合有其他 的化學官能性，潛在地包括但不限于，疏水性的、結合、氫鍵結合和金屬親和力。固相 表面結構可為顆粒的、纖維的、多孔膜狀或整塊材料，包含多種結構類型的組合。所述裝置 可以這樣的方式配置，其使得所施用的樣品與帶負電荷的和帶正電荷的表面的接觸是同時 的。
[0016] 在某些實施方案中，本發明提供了用于純化蛋白，包括降低抗體制劑中的聚集物 濃度的物質組合物和裝置。在某些實施方案中，提供了用于降低蛋白制劑的聚集物含量的 組合物，其中所述組合物包括具有金屬親和官能性的第一表面結合配體，和具有與所述第 一表面的金屬親和官能性電荷相反的聚集物電荷的第二表面結合配體，并且其中所述第一 表面結合配體和所述第二表面結合配體的位置使得蛋白制劑中的蛋白可同時接觸所述第 一表面結合配體和所述第二表面結合配體。
[0017] 在某些實施方案中，所述第一表面結合配體和所述第二表面結合配體各自與基底 共價結合。所述第一表面結合配體和所述第二表面結合配體可各自與相同的基底共價結 合。在其他實施方案中，所述第一表面結合配體和所述第二表面結合配體各自與不同的基 底共價結合。所述基底可為顆粒，并且在某些實施方案中，所述顆粒可為多孔的或無孔的。 在某些實施方案中，所述基底為多孔的顆粒，其具有的孔足夠大，從而允許蛋白制劑中的蛋 白進入。在其他實施方案中，所述孔太小，從而不能允許蛋白制劑中的蛋白進入。在某些實 施方案中，所述基底為多孔的顆粒，其具有的平均孔徑為約IOnm至約lOOnm、小于約IOnm或 大于約100nm。在某些實施方案中，所述基底為膜、整塊材料，或者固相的或多孔的有壁纖 維。在某些實施方案中，與所述第一化學部分結合的基底類型不同于與所述第二部分結合 的基底。例如，一個基底可為顆粒，而另一個基底可為整塊材料、膜或纖維。
[0018] 在某些實施方案中，所述第一表面結合配體和所述第二表面結合配體不同。在某 些實施方案中，所述第一表面結合配體為多配位基金屬螯合部分。在某些實施方案中，所述 第一表面結合配體具有負電性的聚集物電荷。在其他實施方案中，所述第一表面結合配體 具有正電性的聚集物電荷。在某些實施方案中，所述第二表面結合配體具有金屬親和官能 性。在某些這類實施方案中，所述第二表面結合配體為多配位基金屬螯合部分。
[0019] 在某些實施方案中，所述第一表面結合配體為正電性的，并且該表面具有與其結 合的其他的化學部分，條件是該表面的聚集物電荷為正電性的。在其他實施方案中，所述第 一表面結合配體為負電性的，并且該表面具有與其結合的其他的化學部分，條件是該表面 的聚集物電荷為負電性的。在某些實施方案中，所述基底中的至少一個具有除所述第一表 面結合配體或所述第二表面結合配體之外的一個或多個化學部分，其中此類其他的化學部 分提高所述組合物參與與所述蛋白制劑中的蛋白的氫鍵結合、疏水相互作用或結合 的能力。
[0020] 在某些實施方案中，所述第一表面結合配體為負電性的，并且為亞氨基二乙酸 (2-(羧甲基氨基）乙酸）、乙二醇（氨基乙基醚）二乙酸、次氮基乙酸（2,2'，2〃 -次氮基 三乙酸）、天冬氨酸或谷氨酸。在某些實施方案中，所述第一表面結合配體為正電性的，并 且為三（2-氨基乙基）胺或去鐵胺。在某些這類實施方案中，所述第二表面結合配體為三 (2-氨基乙基）胺。在某些實施方案中，所述第一表面結合配體為亞氨基二乙酸（2-(羧甲 基氨基）乙酸），并且所述第二表面結合配體為三（2-氨基乙基）胺。
[0021] 在某些實施方案中，前述實施方案中描述的結合表面的化學部分可任選地在物理 表面的合成期間被直接摻入一種或多種聚合物的結構中。
[0022] 在某些實施方案中，本發明提供了經配置用于色譜分析的裝置，其包含本發明的 組合物。在某些實施方案中，所述裝置為與所述第一表面結合配體和所述第二表面結合配 體結合的一個或多個基底一起包裝的色譜柱。在某些實施方案中，所述裝置含有一個或多 個多孔膜，并且此類膜中的至少一個為與所述第一表面結合配體和所述第二表面結合配體 結合的基底。在某些實施方案中，所述裝置含有多孔網狀纖維布置，其中此類纖維為中空的 壁上多孔的纖維或無孔纖維，并且此類纖維為與所述第一表面結合配體和第二表面結合配 體結合的基底。
[0023] 在某些實施方案中，所述裝置含有夾在多孔膜或整塊材料之間的多孔或無孔的顆 粒。在某些這類實施方案中，顆粒為與所述第一表面結合配體或所述第二表面結合配體結 合的基底，并且所述膜或整塊材料為與所述第一表面結合配體與所述第二表面結合配體中 的另一者結合的表面。在某些實施方案中，所述裝置含有夾在織物或無定形纖維過濾器之 間的多孔或無孔的顆粒。在某些這類實施方案中，所述顆粒為與所述第一表面結合配體或 所述第二表面結合配體結合的基底，并且所述纖維過濾器為與所述第一表面結合配體和所 述第二表面結合配體中的另一者結合的表面。在某些實施方案中，所述裝置含有夾在晶狀 熔塊之間的多孔的或無孔的顆粒。在某些這類實施方案中，所述顆粒為與所述第一表面結 合配體或所述第二表面結合配體結合的基底，并且所述晶狀熔塊為與所述第一表面結合配 體和所述第二表面結合配體中的另一者結合的表面。在某些實施方案中，所述裝置含有包 埋于網狀聚合物網絡中的多孔的或無孔的顆粒。在某些這類實施方案中，顆粒為與所述第 一表面結合配體或所述第二表面結合配體結合的基底，并且所述網狀聚合物網絡為與所述 第一表面結合配體和所述第二表面結合配體中的另一者結合的表面。在某些實施方案中， 所述裝置提供了這樣的結構，其中與所述第一表面結合配體結合的基底和與所述第二表面 結合配體結合的基底二者均為顆粒，并且所述顆粒被配置為位于膜、整塊材料、網狀聚合物 網絡、織物或無定形纖維過濾器、晶狀熔塊或其組合之間。
[0024] 在某些實施方案中，所述裝置的一個或多個組件的化學表面可為相對惰性的，或 者具有相對小的表面積，使得對所述裝置的化學官能性無顯著影響。在某些這類實施方案 中，所述相對惰性的或具有相對小的表面積的化學表面經配置使得能夠產生結構完整性， 或使得液體能夠從中直接流過，或使得能夠物理封閉、捕獲或攜帶蛋白制劑中的不可溶物 質，以防止其干擾所述裝置的有效應用。
[0025] 在一些實施方案中，第一表面與第二表面的比率范圍可為約1:99至約99:1。本領 域技術人員將理解幾乎任何比率可適合于特定應用。在實施中，在一些實施方案中，可通過 采用所述第一和第二組件的合理的1:1比率以及通過從該起點改變比率來系統優化比率， 開始優化第一表面與第二表面的比率。
[0026] 定義了術語以便可以更容易地理解本發明。其他的定義在整個詳細描述中有陳 述。
[0027] "聚集物"是指生理條件下穩定且可在較廣的pH范圍和導電性條件下保持穩定的 兩個或更多個分子的結合物。聚集物通常包含至少一個生物分子如蛋白、核酸或脂質，以及 另一個分子或金屬離子。該結合作用可通過任何類型的化學相互作用或其任意組合發生。 抗體的聚集物可分為兩類："均聚聚集物"是指兩個或更多個抗體分子的穩定結合物；"異 源聚集物"是指一個或多個抗體分子與一個或多個非抗體分子的穩定結合物。所述非抗體 組分可由來自如下的一種或多種實體組成：核苷酸、內毒素、金屬離子、蛋白、脂質或細胞培 養基組分。
[0028] "抗體"是指免疫球蛋白、其復合形式或片段形式。該術語可包括但不限于來源于 人或其他哺乳動物細胞系的IgA、IgD、IgE、IgG和IgM類型的多克隆或單克隆抗體，包括 天然的或遺傳改良的形式如人源化的、人的、單鏈的、嵌合的、合成的、重組的、雜合的、突變 的、移植的和體外產生的抗體。"抗體"還可包括復合形式，包括但不限于含有免疫球蛋白部 分的融合蛋白。"抗體"還可包括抗體片段，如Fab、F(ab'） 2、Fv、scFv、Fd、dAb、Fc和其他組 分，不論其是否保留抗原結合功能。
[0029] "內毒素"是指存在于革蘭氏陰性菌外膜中的、裂解后從細胞釋放的有毒的、熱穩 定的脂多糖物質。由于內毒素的高含量的磷酸鹽和羧基殘基，其通常可為酸性的，并且由于 脂質-A區域的脂肪酸含量，其可為高度疏水性的。內毒素可提供大量的氫鍵結合機會。
[0030] "基底"或"固相物質"是指不可溶的有機或無機固體，其性質可為顆粒、晶狀、聚合 物、纖維、多孔的中空纖維、整塊材料或膜狀的。其可由無孔或多孔的顆粒、多孔的膜、多孔 的過濾器或多孔的整塊材料組成。如果為顆粒，所述顆粒可為大致球形的或非球形的，并且 尺寸范圍可為小于IOOnm至大于100微米。多孔顆粒的平均孔徑范圍可為小于IOnm(微孔 的）至大于l〇〇nm(大孔的）。膜的平均孔徑范圍可為小于IOOnm至大于1微米。膜或整塊 材料的平均通道尺寸范圍可為小于1微米至大于10微米。固體材料還可由化合物結構組 成，例如，其中顆粒被包埋在網狀基質中、被夾在膜之間，或二者均有。
[0031] "金屬親和官能性"是指可固定于表面上的化學部分優選以1:1形式結合金屬離子 的能力。此類部分可具有與金屬離子形成配位鍵的能力，并且某些這類部分可為二配位基 或多配位基特征。具有該能力的帶負電部分的非限制性實例包括亞氨基二乙酸（2-(羧甲 基氨基）乙酸）、二乙胺三胺五乙酸和次氮基乙酸（2, 2'，2"-次氮基三乙酸）。具有該能 力的帶正電荷的化合物的實例包括但不限于三（2-氨基乙基）胺、二亞乙基三胺、三亞乙基 四胺、四亞乙基五胺、聚丙烯亞胺四胺和去鐵胺。
[0032] "帶正電荷的表面"是指主要帶正電荷的基底或固相物質表面。表面的正電性可 由如下的化學基團賦予，包括但不限于弱陰離子交換基團，如氨基、乙二胺、二乙基氨基乙 基、聚丙烯胺、聚亞乙基亞胺；強陰離子交換基團，如季銨基；組合的弱-強交換劑，如聚賴 氨酸、聚精氨酸或三（2-氨基乙基）胺、二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙基五胺、聚丙 烯亞胺四胺、PAMAM樹狀物（乙二胺核）或上述分子的任意組合。在帶正電荷的表面上產 生混合的化學特性的第二官能性可由帶負電荷的或帶正電荷的基團、疏水基團、JT-JT結合 基團、氫鍵結合基團或金屬螯合基團組成。第二官能性可存在于帶正電荷的表面上作為合 成顆粒的生產材料或工藝的偶然的副產物，或者其可通過有意的設計存在。第二官能性的 濃度范圍可為小于每毫升顆粒1毫當量至每毫升大于100毫當量。
[0033] "帶負電荷的表面"是指主要帶負電荷的基底或固相物質表面。表面的負電性可由 如下的化學基團賦予：包括但不限于所謂的弱陽離子交換劑，如羧基、氨基羧基（亞胺二乙 酸或次氮基乙酸）或磷酰基；或者強交換劑，如磺基（例如磺基、磺甲基、磺乙基、磺丙基）。 在帶負電荷的表面上產生混合的化學特性的第二官能性可由帶負電荷的或帶正電荷的基 團、疏水基團、JT-JT結合基團、氫鍵結合基團或金屬螯合基團組成。第二官能性可存在于 帶負電荷的表面上作為合成顆粒的生產工藝的偶然的副產物，或者其可通過有意的設計存 在。第二官能性的濃度范圍可為小于每毫升顆粒1毫當量至大于每毫升100毫當量。
[0034] "多核苷酸"是指由鏈中共價結合的多個核苷酸單體組成的生物聚合物。DNA(脫 氧核糖核酸）和RNA(核糖核酸）是多核苷酸的實例。多核苷酸可具有形成氫鍵的高傾向 性。
[0035] "蛋白"是指任何含有碳、氫、氧、氮和通常地硫的復雜的有機大分子組群，并且主 要由一個或多個通過肽鍵連接的氨基酸鏈組成。蛋白可為天然或重組來源的。可以用非氨 基酸部分改性蛋白，如通過糖基化、聚乙二醇化或與其他化學部分綴合。蛋白的實例包括但 不限于抗體、凝血因子、酶和肽類激素。
[0036] "蛋白制劑"是指任何含有目標蛋白的水性或主要為水性的溶液，如含有細胞的細 胞培養收獲物、（基本上）無細胞的細胞培養物上清液或含有來自純化階段的目標蛋白的 溶液。
[0037] "病毒"或"病毒顆粒"是指僅在活的宿主（主要是細菌、植物和動物）細胞中復制 的超顯微的（直徑大致為20-300nm)、代謝惰性的感染劑：其由RNA或DNA核、蛋白衣殼以 及在更復雜類型中，環繞的包衣組成。
[0038] 在某些實施方案中，用于實施本發明的固體材料可包括天然或合成來源的不可溶 的顆粒，諸如但不限于通常用于進行色譜分析的多孔微顆粒。此類顆粒可采用大孔來允許 諸如但不限于抗體的蛋白擴散進入；或者其可采用小孔來允許諸如鹽、糖和解離異質聚集 物的試劑的小化學物質擴散進入，但這些小孔太小，從而不能允許諸如抗體的蛋白進入。固 體材料可可選地包含無孔的顆粒、膜或整塊材料、纖維（包括壁上多孔的中空纖維）、多孔 的膜，和/或采用上述元件的組合的化合物結構。
[0039] 帶正電荷的基團可包括所謂的強陰離子交換基團和/或所謂的弱陰離子交換基 團。術語強陰離子交換劑包括官能團如季銨，其包含大于pH 12的pK。術語弱陰離子交換劑 被理解為是指諸如>乙基氣基乙基和乙>胺的官能團，其包含小于12的ρΚ。具有弱的或混 合的強-弱陰離子交換能力的帶正電荷的基團可能是優選的，因為其能夠參與與溶解的金 屬離子的配位相互作用，產生所需的從所施加的生物樣品清除污染性金屬離子的結果。此 類具有金屬配位能力的混合的弱-強陰離子交換基團的非限制性實例為三（2-氨基乙基） 胺（TREN)。
[0040] 帶負電荷的基團可包括所謂的強陽離子交換基團或所謂的弱陽離子交換基團。術 語強陽離子交換劑被理解為包括硫酸鹽或磺基，其含有PK小于3的部分。術語弱陽離子交 換劑被理解為包括含有PK大于3的羧基和/或磷酸基的部分。主要帶負電荷的具有兩級 性特性（在中性PH下）的基團，如兩個羧基與氨基的組合，可能是優選的，因為其能夠強烈 地參與與溶解的金屬離子的配位相互作用，產生所需的從所施加的生物樣品清除污染性金 屬離子的結果。此類基團的非限制性實例包括亞氨基二乙酸（IDA)和次氮基乙酸（NTA)基 團。
[0041] 帶正電荷的或帶負電荷的材料的表面也可包含具有脂肪族和/或芳香族特性的 疏水基團，其中后者可能是優選的，因為其能夠參與所謂的JT-JT結合。混合的化學特性 可存在于單類表面上或不同表面上的單個的復合化學基團、具有不同特性的單獨的化學基 團，或上述的任意組合。可同時采用一個或多個帶負電荷的金屬親和基團和/或一個或多 個帶正電荷的金屬親和基團，并且它們可就其呈現的形式存在差異。具有不同個體特征的 化學官能性可以針對具體樣品組分的需求定制的不同比率使用。例如，期望用于處理澄清 的細胞培養物上清液的組合可包含過量的帶正電荷的表面，而期望用于處理已用帶正電荷 的解離異質聚集物的試劑如依沙吖啶或聚亞乙基亞胺處理過的上清液的組合可包含過量 的帶負電荷的表面。
[0042] 在某些實施方案中，本發明可提供與帶正電荷的顆粒組合的、具有帶負電荷的金 屬親和官能性的顆粒，所述帶正電荷的顆粒可混合在一起，并且可進一步與中性物質混合 和/或通過中性物質包裹、包埋于中性物質中，或者通過自身為負電荷性和/或正電性的物 質包裹或包埋于自身為負電荷性和/或正電性的物質中。
[0043] 在某些實施方案中，本發明可提供與帶負電荷的顆粒組合的、具有帶正電荷的金 屬親和官能性的顆粒，所述帶負電荷的顆粒可混合在一起，并且可進一步與中性物質混合 和/或通過中性物質包裹、包埋于中性物質中，或者通過自身為負電荷性和/或正電性的物 質包裹或包埋于自身為負電荷性和/或正電性的物質中。
[0044] 在某些實施方案中，本發明可提供與具有帶正電荷的金屬親和官能性的顆粒組合 的、具有帶負電荷的金屬親和官能性的顆粒，所述具有帶正電荷的金屬親和官能性的顆粒 可混合在一起，并且可進一步與中性物質混合和/或通過中性物質包裹、包埋于中性物質 中，或者通過自身為負電荷性和/或正電性的物質包裹或包埋于自身為負電荷性和/或正 電性的物質中。
[0045] 在某些實施方案中，本發明可提供帶負電荷的和/或帶正電荷的表面，其可包含 其他的化學官能性，包括但不限于參與疏水相互作用、-31結合、氫鍵結合和金屬親和力 的能力。在某些實施方案中，本發明可提供一種或多種類型的帶負電荷的顆粒，以及一種或 多種類型的帶正電荷的顆粒，其混合在一起并且通過中性物質包裹。
[0046] 在某些實施方案中，所述顆粒可具有不同的尺寸和/或不同的孔隙率。在某些實 施方案中，本發明可提供顆粒，其可與具有其他物理形式的帶負電荷的和/或帶正電荷的 物質（包括但不限于膜、纖維和整塊材料）混合和/或包裹于其間。
[0047] 在某些實施方案中，可挑選一個或多個基底上的不同比例的帶負電荷的和帶正電 荷的官能性，以適應不同組合物的蛋白制劑的需求。
[0048] 對本領域技術人員顯而易見的是，在某些實施方案中，除了可用于降低蛋白制劑 中均聚聚集物和異質聚集物的含量外，本發明還可用于從蛋白制劑大幅降低宿主細胞蛋 白、多核苷酸、內毒素和病毒的含量。在主要的官能性伴隨有例如其他的官能性如疏水性和 氫鍵鍵合的情況下，本發明還可降低限制下游純化方法重復實現其目標的能力的細胞培養 基成分和添加劑的含量。對本領域技術人員顯而易見的還有，盡管本發明的某些實施方案 在應用于相對粗制的進料流時可具有有效價值，但是在某些實施方案中，在使用基本上純 化的樣品時，其可提供重要價值。
[0049] 在某些實施方案中，本發明可提供組合物或裝置，使得可在使用后對固體物質進 行清潔和再循環。在其他實施方案中，其可被配置為用于一次性使用。
[0050] 本發明的其他目標和優勢部分地將在隨后的描述中陳述，并且部分地將從所述描 述變得顯而易見，或者可以通過實施本發明學得。本發明的目標和優勢將憑借權利要求中 明確的元素和組合實現和獲得。
[0051] 應當理解，如同所聲明的，上述的一般描述和下文的詳細描述均僅為示例性和說 明性的，并且不限制本發明。 實施例
[0052] 實施例1
[0053] 從0. 5mL的帶負電荷的螯合性多孔顆粒（Chelex-IOO)和0. 5mL帶正電荷的多孔 顆粒（Macroprep High-Q)制備了原型顆粒混合物，將其混合并夾在玻璃構件中的纖維素過 濾器之間。在接近生理條件：pH 7.0, 10mS/cm下，使IgG單克隆抗體（Her2)的純化樣品通 過顆粒，其沒有損失。使用未純化的抗體的實驗在25mS/cm、20mS/cm和30mS/cm下進行。在 所有情況下均去除了異源聚集物和HMW聚集物。使用含有〇. 02%依沙吖啶的未純化的抗體 的實驗在相同的電導率下進行。在所有情況下均去除了異源聚集物和HMW聚集物，并且如 通過缺少365nm處的UV吸收所證明的，流過液沒有依沙吖啶。
[0054] 實施例2
[0055] 在與實施例1平行的一組實驗中，在增加的鹽條件：pH 7. 0, 200mS/cm下，使IgM 單克隆抗體（克隆529)的純化樣品通過顆粒。在20、30和40mS/cm下施加未純化的抗體和 未純化的含有0. 02%依沙吖啶的抗體。在所有條件下均去除了異源聚集物和HMW聚集物， 并且如通過缺少365nm處的UV吸收所證明的，流過液沒有依沙吖啶。向樣品中添加0. 2 % 依沙吖啶來重復這些實驗。在所有情況下均去除了異源聚集物和HMW聚集物，并且流過液 沒有依沙吖啶。
[0056] 實施例3
[0057] 通過由Chelex-IOO和MacroPrep High Q的等體積混合物組成的填充床時的從 單克隆IgM培養物上清液去除DNA和聚集物的能力研宄。將每種0. 5mL的Chelex-IOO和 MacroPrep High Q夾在PVDF膜之間。以lmL/min加載IgM-529細胞培養物上清液，并在 25、50和IOOmL處采集流過液樣品，然后通過分析性SEC進行分析。即使在最大荷載下，254 種主要的異源聚集物基本上被從流過液清除。不同荷載（低至高）的IgM回收率分別為 58%、73%和85%。通過添加 NaCl產生25mS/cm的電導率來重復實驗。異質聚集物減少未 受影響，但IgM回收率分別增加至約85%、90%和95%。
[0058] 實施例4
[0059] 重復實施例3的實驗，但在20mS/cm的電導率下組合了微孔和大孔的帶正電荷的 和帶負電荷的介質，加上等體積的微孔的親脂性顆粒：QAE Sephadex A-25、SP Sephadex C-25、Nuvia Q、Nuvia S和S印hadex LH-20。將尿囊素和依沙吖啶添加至5%的補充了血 清的單克隆IgM上清液，至終濃度分別為1 % (過飽和）和0. 02%。通過離心將上清液澄 清，然后使其流過床（每毫升填充床20mL上清液）。然后通過陽離子交換色譜法捕獲和分 級分離IgM。在兩步法中IgM回收率為80%，且通過分析性SEC測得純度大于90%，沒有明 顯的聚集物。
[0060] 實施例5
[0061] 將具有帶負電荷的金屬螯合性亞氨基二乙酸基團的微孔苯乙烯二乙烯基苯顆粒 和具有帶正電荷的螯合性配體三（2-氨基乙基）胺的大孔瓊脂糖顆粒的等量混合物夾在 聚乙烯熔塊之間，并用50mM H印es、100mM NaCl，pH 7.0平衡。使經過濾的含有IgG(克隆 HER2)的哺乳動物細胞培養物上清液通過配件，并通過尺寸排阻色譜進行分析。未處理的樣 品含有約10%的聚集物。處理的樣品含有少于0. 2%的聚集物。AccuBlue測試揭示出處理 還去除了約98%的DNA。抗體回收率為99%。
[0062] 實施例6
[0063] 將實施例5的顆粒混合物以50mM H印es、IOOmM NaCl，pH 7. 0平衡，并直接添加至 含有IgG(克隆HER2)的經過濾的哺乳動物細胞培養物上清液，在攪拌下孵育1小時，然后 通過膜過濾去除。分析揭示出實施例5的大約一半的聚集物減少和DNA去除。攪拌下于4 下孵育16小時展示實施例5的約80%的功效。
[0064] 實施例7
[0065] 將帶負電荷的金屬螯合性苯乙稀二乙稀基苯顆粒、帶正電荷的聚甲基丙稀酸醋多 孔顆粒和帶負電荷的聚甲基丙烯酸酯顆粒的等量混合物，與先前已用終電導率為20mS/cm 的NaClU%尿囊素和0. 025%依沙吖啶處理過的IgM-529樣品混合。顆粒與樣品的體積比 為1:20。在10分鐘、20分鐘、40分鐘和60分鐘采集樣品，并通過微濾去除顆粒。圖1顯示 了所有時間點的高分子量聚集物的顯著減少，但所有聚集物隨著時間呈漸進增大式減少， 隨后宿主細胞蛋白污染物也明顯大幅減少。隨后的分析表明聚集物和宿主蛋白的減少均反 映了從樣品的組合的染色質殘留物減少。在所有時間點依沙吖啶也被從樣品清除。
[0066] 實施例8
[0067] 圖2A和2B顯示了如下的處理之前和之后的尺寸排阻色譜圖譜：如同實施例7中 的，以NaCl、尿囊素和依沙吖啶處理IgM-84,然后以與實施例7中的相同的介質混合物處 理，但為通過使樣品通過這樣的裝置來進行處理，在該裝置中混合介質被夾在具有足夠窄 的網格來保持顆粒的織物聚合物保持器之間。HMW聚集物以及大多數較小的聚集物被完全 清除。下表1顯示DNA和組蛋白最初分布于所有具有IgG部分的聚集物部分之間，以及所 有含有蛋白的部分之間。
[0068] 表I. SEC部分的IgM和污染物含量。
[0069]

【權利要求】
1. 用于降低蛋白制劑的聚集物含量的物質組合物，包括含有第一表面結合配體的第一 基底，所述第一表面結合配體具有金屬親和官能性，所述第一基底還包括第二表面結合配 體或第二表面結合配體任選地提供于第二基底上，所述第二表面結合配體具有與所述第一 基底的金屬親和官能性電荷相反的聚集物電荷，其中所述第一表面結合配體和所述第二表 面結合配體的位置使得所述蛋白制劑可同時接觸所述第一表面結合配體和所述第二表面 結合配體。
2. 如權利要求1所述的組合物，其中所述第一表面結合配體、所述第二表面結合配體 或二者包含多配位基金屬螯合部分。
3. 如權利要求1所述的組合物，其中所述第二表面結合配體具有金屬親和官能性。
4. 如權利要求1所述的組合物，其中所述第一表面結合配體具有負電性的聚集物電 荷。
5. 如權利要求4所述的組合物，其中所述第一基底具有與其結合的另外的化學部分， 條件是所述第一基底的聚集物電荷保持負電性。
6. 如權利要求1所述的組合物，其中所述第一表面結合配體為負電性的，并且選 自：亞氨基二乙酸（2-(羧甲基氨基）乙酸）、乙二醇（氨基乙基醚）二乙酸、次氮基乙酸 (2, 2'，2"-次氮基三乙酸）、天冬氨酸和谷氨酸。
7. 如權利要求1所述的組合物，其中所述第二表面結合配體為三（2-氨基乙基）胺、二 亞乙基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙基五胺、聚丙烯亞胺四胺或去鐵胺。
8. 如權利要求1所述的組合物，其中所述第一表面結合配體為亞氨基二乙酸（2-(羧甲 基氨基）乙酸）。
9. 如權利要求1所述的組合物，其中所述第一表面結合配體具有正電性的聚集物電 荷。
10. 如權利要求1所述的組合物，其中所述第一基底具有與其結合的另外的化學部分， 條件是第一基底的聚集物電荷保持正電性。
11. 如權利要求1所述的組合物，其中所述第一表面結合配體為三（2-氨基乙基）胺、 二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、四亞乙基五胺、聚丙烯亞胺四胺或去鐵胺。
12. 如權利要求1所述的組合物，其中所述第一基底或任選的第二基底中的至少一個 具有除所述第一表面結合配體和所述第二表面結合配體之外的一個或多個其他的表面結 合配體，其中所述一個或多個其他表面結合配體提高所述組合物參與與所述蛋白制劑的組 分的氫鍵結合、疏水相互作用或31-31結合的能力。
13. 如權利要求1所述的組合物，其中所述第一基底、所述第二基底或二者包含多個帶 負電荷的金屬螯合基團以及一個或多個帶相反電荷的基團。
14. 如權利要求1所述的組合物，其中所述第一基底、所述第二基底或二者包含多個帶 正電荷的金屬螯合基團以及一個或多個帶相反電荷的基團。
15. 如權利要求1所述的組合物，其中所述第一表面結合配體和所述第二表面結合配 體與所述第一基底共價結合。
16. 如權利要求1所述的組合物，其中所述第一表面結合配體與所述第一基底共價結 合，并且所述第二表面結合配體與所述第二基底共價結合，所述第二基底不同于所述第一 基底。
17. 如權利要求1所述的組合物，其中所述第一基底、第二基底或二者包含顆粒。
18. 如權利要求17所述的組合物，其中所述顆粒為無孔的。
19. 如權利要求17所述的組合物，其中所述顆粒為多孔的。
20. 如權利要求17所述的組合物，其中所述顆粒具有的孔徑足夠大，從而允許蛋白制 劑中的蛋白進入。
21. 如權利要求17所述的組合物，其中所述顆粒具有的孔徑太小，從而不能允許蛋白 制劑中的蛋白進入。
22. 如權利要求19所述的組合物，其中所述顆粒具有約10nm至約100nm的平均孔徑。
23. 如權利要求19所述的組合物，其中所述顆粒具有小于約10nm的平均孔徑。
24. 如權利要求19所述的組合物，其中所述顆粒具有大于約lOOnm的平均孔徑。
25. 如權利要求1所述的組合物，其中所述第一基底、第二基底或二者包含膜或整體材 料。
26. 如權利要求1-12中任一項所述的組合物，其中所述第一基底、第二基底或二者包 含固相的或多孔的有壁中空纖維。
27. 包含權利要求1-26中任一項所述的組合物的裝置，其中所述裝置任選地被配置為 用于色譜分析。
28. 如權利要求27所述的裝置，其被進一步配置為允許所述蛋白制劑隨后以任何順序 接觸權利要求1-26中任一項所述的組合物以及包含一個或多個其他表面結合配體的一個 或多個其他基底，所述其他表面結合配體包含選自如下的電荷：負電性的、正電性的、中性 的以及其組合。
29. 如權利要求27或28中任一項所述的裝置，其中所述裝置為色譜分析裝置，其與所 述第一基底、任選的第二基底、一個或多個其他的基底及其組合一起包裝。
30. 如權利要求27-29中任一項所述的裝置，其中位于所述裝置入口處的組合物不同 于位于所述裝置出口處的組合物。
31. 如權利要求27-30中任一項所述的裝置，其中所述裝置的一個或多個組件的化學 表面為基本上惰性的或具有足夠的小的表面積，從而使得對所述裝置的化學官能性無顯著 影響。
32. 如權利要求27-31中任一項所述的裝置，其中一個或多個組件的化學表面被配置 為允許如下中的一種或多種：（1)產生結構完整性，（2)液體從中直接流過，和（3)物理封 閉、捕獲或攜帶蛋白制劑中的不可溶物質，以防止其干擾所述裝置的有效應用。
33. 如權利要求27-32中任一項所述的裝置，其中所述裝置包含一個或多個多孔膜，并 且所述一個或多個多孔膜中的至少一個為與所述第一表面結合配體或所述第二表面結合 配體結合的第一基底。
34. 如權利要求27-32中任一項所述的裝置，其中所述第一基底、任選的第二基底或二 者包含可通透性短纖維墊。
35. 如權利要求27-32中任一項所述的裝置，其中所述第一基底、任選的第二基底或二 者包含有序的纏繞纖維結構、織物纖維結構或非織物纖維結構。
36. 如權利要求27-32中任一項所述的裝置，其中所述第一基底、任選的第二基底或 二者包含可通透性短纖維墊與有序的纏繞纖維結構、織物纖維結構或非織物纖維結構的組 合。
37. 如權利要求27-32中任一項所述的裝置，其中所述裝置包含多孔的網狀纖維，其中 所述多孔的網狀纖維為中空的壁上多孔的纖維或無孔的纖維，并且其中所述多孔的網狀纖 維為與所述第一表面結合配體和所述第二表面結合配體結合的第一基底。
38. 如權利要求27-32中任一項所述的裝置，其中所述裝置包含夾在多孔膜或整塊材 料之間的多孔或無孔的顆粒。
39. 如權利要求27-32中任一項所述的裝置，其中多孔或無孔的顆粒為與所述第一表 面結合配體或所述第二表面結合配體結合的第一基底，并且膜或整體材料為與所述第一表 面結合配體和所述第二表面結合配體中的另一者結合的第二基底。
40. 如權利要求27-32中任一項所述的裝置，其中所述裝置包含夾在織物或無定形纖 維過濾器之間或包埋在纖維基質中的多孔或無孔的顆粒。
41. 如權利要求27-32中任一項所述的裝置，其中顆粒包含與所述第一表面結合配體 或所述第二表面結合配體結合的第一基底或第二基底，并且纖維過濾器包含與所述第一表 面結合配體和所述第二表面結合配體中的另一者結合的第二基底。
42. 如權利要求27-32中任一項所述的裝置，其中所述裝置包含夾在織物或或晶狀熔 塊之間的多孔或無孔的顆粒。
43. 如權利要求27-32中任一項所述的裝置，其中所述多孔的或無孔的顆粒為與所述 第一表面結合配體或所述第二表面結合配體結合的第一基底，并且所述織物或晶狀熔塊為 與所述第一表面結合配體和所述第二表面結合配體中的另一者結合的第二基底。
44. 如權利要求27-32中任一項所述的裝置，其中所述裝置包含包埋在網狀聚合物網 絡中的多孔或無孔的顆粒。
45. 如權利要求27-44中任一項所述的裝置，其中所述第一基底和第二基底包含權利 要求27-44中所述配置的任意組合。
【文檔編號】C07C233/47GK104487447SQ201380038904
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年2月6日 優先權日:2012年5月31日
【發明者】彼得·加尼翁 申請人:新加坡科技研究局