用于连续膜吸附的方法和装置的制作方法

专利名称：用于连续膜吸附的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于色谱分离的方法和装置。具体而言，本发明涉 及一种适用于生物制药产品的纯化的力莫吸附系统。
背景技术：
生物制药产品的生产一^:涉及细菌、酵母、动物、，直物和/或转 基因细月包的培养过考呈。发酵或培养过程产生在-容液中含有生物质、 所需产物和许多其它组分的培养液。在其它组分中，人们会发现污
染物和与产物相关的杂质。例如，这些组分可以包括培养基组分(抗 生素、葡萄糖、氨基酸)、病毒、内毒素、DNA、聚集体和宿主细 胞蛋白。
为了生产具有所要求的安全性和效能要求的生物制药产品，一 般需要利用多个纯化步骤来除去污染物和产物相关杂质。对于色谱 工艺过程，可以分为两种工作才莫式
-流通处理溶液穿过色谱床，同时一种或多种污染物结合于 树脂。其中溶解有所关心产品的处理溶液流动通过色谱床并且被收 集，其中的污染物显著降低；
-结合&洗脱将所关心的产品优先结合于树脂，而其中溶解 有大部分污染物的处理溶液流动通过色i普床。然后所关心的产品在 随后的阶段中被洗脱并且以较高的纯度进行收集。膜吸附器的优点在流通工作方式中得到了成功展现。然而，对 于结合&洗脱型色谱，膜吸附器的本质表现出了几个显著的缺点，
尤其是其低体积容量每单位体积的膜材料能够结合到膜吸附器的 产物的量。因此，人们期望能够提供一种使用膜吸附器而同时改进 所关心产物的产率的方法。

发明内容
根据本发明的一个方面，提供了 一种涉及色谱分离过程的生产 生物制药产品的方法，该方法包括才是供多个膜吸附器筒；冲是供多 个阀，连通地连接于所述多个膜吸附器筒；以及切换(或开合)该 阀，以佳:得所述力莫吸附器筒互相连4妄而以逆流4莫式工作。
根据本发明的另一个方面，所提供的色谱系统包括多个膜吸 附器筒；阔组件，连通;也连4妻于该多个力莫吸附器筒；以及处理器， 设置用于控制所述阀的切换(或开合)，其中这些膜吸附器筒是互 相连4妄的并且净皮构造成以逆流才莫式工作。
通过采用与本文中所描述的系统相结合的膜吸附器，采用这些 膜吸附器的工艺方法的经济性对于填充床而言变4f更具竟争力，甚 至在力莫吸附器祐 没计成一次性4吏用(即，可抛弃的)时也是如此。
具体实施例方式
对于结合&洗脱和流通操作两种工作方式，填充床色谱是常用 的实践才喿作。然而，」真充床色i普具有几个主要击夹点。最明显的在夬点 就是填充床色语不能承受非常高的线性流速。在许多情况下，连续 色i普法的通过量都受限于填充床的液压容量，而不受工艺过禾呈动力 学或结合容量的限制。因此，柱直径由工艺方法的体积通过量决定。对于大规^莫单克
隆抗体的生产工艺方法，已经报道了直径高达2米的柱。填充如此
大直径的柱所需的树脂体积可能高达几百升，这远远高于流通才莫式 中捕获溶液中所有痕量物质的树脂量。
为此，膜吸附器越来越多地蜂皮用于流通色谱。其中，Roper和 Lightfoot (Journal of Chromatography A (1995) 702, pp. 3 _ 26), C. Boi 等(丄Of Chrom. A.(2007)， doi: 10.1016/j,chroma.2007.02.008 )禾口 Charcosset ( Biotechnology Advances, 24 (2006) pp. 482-492 )描述了
膜吸附器的基本性质。膜吸附器与标准流过滤膜系统基本上相同， 其中膜材料用配体进行了功能化。这就4吏得膜吸附器能够结合流过 膜的溶液中的组分。因此，膜吸附器基本上结合了色谱床的功能和 标准流过滤膜的流体力学特性。
现在，大多数膜吸附器被设计成一次性使用(即，可抛弃的形 式)。这意P未着整个筒一皮:没计成用于^"又能处理单——批物^H"。处理 ;容液的4比津牛处理完后，该筒就4亭止工作并一皮处理4卓。对于流通工作 才莫式，其具有的优点在于并不需要为了再利用而冲洗和再生该力莫吸
附器。这种方法也产生了采用膜吸附器代替填充床色谱用于流通工 作模式的几个其他优点。最重要的优点是成本开支降低，并消除了 确认工作和成本(例如,Gottschalk et al" Bioprocess International, 2004年5月，pp. 56-65 )。
流通工艺方法的实例如下。为了除去痕量的污染物，流通色谱 是经常采用的。在单克隆抗体生产中污染物的实例是DNA、病毒 和内毒素。许多这些污染物在中性pH条件下是带负电的，而单克 隆抗体产物基本上呈电中性。这就使得污染物能够结合于阴离子交 4奂初十月旨3口 Q Sepharose FF (来自GE Healthcare )或等岁丈的产品。才艮 才居这种方法，含有单克隆抗体和痕量污染物的溶液就流过用阴离子交换树脂填充的色i普柱。单克隆抗体产品不会结合于树脂而是随着
处理溶液一起流过该柱。柱中的树脂结合了某些类型痕量污染物乂人 而将其乂人含有单克隆抗体产物的处理溶液中除去。
在流通色i普中，膜吸附器典型地应用于产物:容液的"4青制"， 其中处理溶液中的痕量污染物和产物相关杂质的量可降J氐到非常 低的水平。在这种情况下，膜吸附器的体积结合容量足以捕获这样 的痕量污染物和产物相关杂质。而相对4支高的死体积相对来i兌也不 那么重要，因为在这样的精制操作中，在产物收集之前并不需要对 膜吸附器进行沖洗和洗脱。
结合&洗脱方法在单克隆抗体的纯化中的实例以蛋白A色谱中 的捕获方法为代表。培养过程的澄清上清液含有溶解的单克隆抗 体，其一4殳占溶解物的1% 30%。溶液流过蛋白A色i普床而单克隆 抗体结合于色谱介质上的蛋白A配体。处理溶液流过色谱床4吏得色 谱柱基本上不含有单克隆抗体。当色谱柱被单克隆抗体饱和后，对 柱子进行沖洗以除去任何非特异性结合的物质，并在不同工艺条件 (一般是较低的pH)下洗脱。在这些洗脱条件下，单克隆抗体从 蛋白A介质中释放出来而能够在柱子出口处收集。 一般而言，这种 结合&洗脱方法能够产生4又含有痕量的污染物和与产物相关的杂质 的高纯度产物。
在过去十年中，随着已经实现的在i咅养过程中单克隆4元体表达 7K平的4是高(例3口， ^Vurm， Nature Biotechnology, (2004) vol.22， nr. 11， pp 1393-1398 )，在很多情况下，用于结合&洗脱色语的膜吸附器的 应用在经济和:技术上都是不可行的。膜吸附器具有以下缺点-膜吸附器含有相对较小体积的膜材料。即使是非常大的膜筒， 也能够处理非常高的流速，但是其几乎不能包含如填充床所含的色
谱介质一样多的膜材料；
國筒中的死体积相对较高即使仔细设计当前的膜吸附器以使
其具有最小4亭滞体积，筒中的死体积相对于膜材津牛的体积而言仍然 不可避免地相对一交大。结合&洗脱方式需要在能够产物收集之前对 膜吸附器进4于沖洗和洗脱。死体积则会导致效能降〗氐，由此4吏得n 沖液的消耗显著增加而产物浓度则降低。
才艮据本发明的一个方面，所才是供的方法和结构含有多个互相连 ^接的力莫吸附器筒并^皮构造成逆流流动才莫式工作。而且，这种结构包 含一个阀组件，以使得该膜吸附器筒可通过自动切换(或开合)这 些阀而在工艺过程中经历不同步骤。这样，在一4比物一+的纯化期间 膜吸附器筒就能够循环利用多次。这样的结构减少了死体积相对较 大的缺点，同时提供了高线性流速和低背压的优点。另外，与填充 床色i普法相比，省去i真充这种》真充床柱的冗长准备过程是非常重要
的，因为连续色i普系统通常需要多个在一定范围内可再生i也填充的床。
参见

图1,图1示意性地示出了循环式工艺过禾呈100如4可获得 所感兴趣的生物制药产品。在第一结合操作110中，在至少一个膜 吸附器筒中具有处理流体。处理流体通常含有所关心的组分，尤其 是生物制药产物或其前体，而在吸附器筒31中的膜吸附器(如实 施例图12 图16所示)具有使所关心组分结合于膜吸附器的功能。
例如，作为一个实例，对于重组蛋白产物的纯4b，通过采用亲 和色谱、离子交换色谱和/或混合模式的色i普结合和洗脱所关心的产 品而4吏膜具有吸附器功能，其本身在本领i或内就是众所周知的。亲和色i普、离子交4灸或混合才莫式配体(ligand)而4吏所述月莫吸附 器筒具有吸收器功能。
在还有的另一实例中，例如，对于单克隆抗体的纯化，通过采 用蛋白A色谱、阳离子交换和/或混合模式配体而使膜吸附器筒具 有^J付器功能。
在结合纟乘作110之后，吸附器筒通过第一切换4乘作120而切换 到另一流体流。该第一切换^喿作120包4舌开合阀组件中的至少一个 阀而启动洗脱才喿作130 。
洗脱操作130能够包含许多前处理步骤和后处理步骤；其至少 包含纟是供洗脱流体流从至少 一个膜吸附器洗脱所关心的产品的步 骤。因此，在洗脱l喿作130期间。所关心的产品,人该至少一个膜吸 附器洗脱并进一 步按惯常的方式收获。
为了控制阀的切换操作120、 140而设置了处理器1300 (参见 图13)。该处理器1300通过定时启动多个阀，优选以图5 图16中 进一步所示的形式，基本控制流体流及其方向。具体而言，处理器 1300负责处理结合l喿作110中的处理流体流以及在才喿作130中按照 逆;充5危动才莫式的5先脱;充体;危。
连续逆;^u方法^仝开于WO 2004/024284中。所涉及的每一种不 同流体都连接到系统的一个进口 。阀按照使膜吸附器筒随后经过结 合、沖洗、洗脱、再生和平tf的方式来控制以构成工艺方法循环中 所涉及的许多步骤。由于多个膜吸附器筒能够串联连接，因此这些 步骤中的一个或多个能够按照基本逆流模式实施。通过切换，该筒
的才莫拟传llr以与处理流体流动方向相反的方向才是供。这佳^寻该工艺方法能够更有效地进4亍，而可以显著节省化学药品、容剂和水。洗 脱操作130之后，第二切换操作140的实施包括切换(或开合)阀 组件中的至少一个阀并按照循环(迭代，iterative)的方式重复所述 结合才喿作110，直至达到预定的停止标准，其可以是时间周期或特 定产品或在生物制药产物收获工艺过程100期间所4吏用的流体的浓 度标准。
在优选模式下，图2示出了结合操作110也能包含多个前处理 步骤和后处理步-骤，即，其可以包括-〖午多相关的4喿作，尤其是作为 预处理梯:作的再生操作111，也就是在向膜吸附器筒纟是供处理流体 以结合所关心的组分之前实施的操作，该操作包括在所述至少 一个 吸附器筒中向膜吸附器提供至少一种再生流体。在再生操作111之 后，实施第三切才奐才喿一f乍112，包括4刀才奐阀纽/f牛中的至少一个阀/人而 在步骤113中开始提供用于结合所关心的组分的处理流体。
典型地，该再生流体具有在结合所关心组分之前净化、消毒和 /或剥离和/或平衡膜吸附器的功能，由此在该循环工艺过禾呈中并不 消耗膜吸附器，从而能够尽可能久地重复利用。
而且，参照图3，洗脱才乘作130可以进一步包含多个前处理步 骤和后处理步骤，具体而言，优选包括冲洗操作131。冲洗才喿作131 典型地包括在所述膜吸附器筒中提供緩沖液从而用所述緩沖流体 来置换所述至少一个膜中的死体积，并代替吸附器筒中的处理流 体。冲洗才喿作131之后，实施第四切换操作132，包括切换阀组件 的至少一个阀而开始才是供步骤133中的所述洗脱流体流。
图4中示出了图1中描述的实施例工艺流程的可替代实施方 式。在该工艺流程400中，纯化工艺过程可以重复实施以获得纯净 的所关心的生物制药产品。该工艺过程步-骤类似于图1的实施方式，
14然而，在第一结合操作410中，不是如图1中所描述的工艺过程结
合所关心的产品，而是将处理流体纟是供到膜吸附器筒，该"莫吸附器 筒具有将污染物组结合于所述膜吸附器筒中的膜吸附器的功能。在 结合操作之后，通常是在预定时间之后或临界工艺参数达到某值
时，实施切换才喿作420，包括切换阀组件中的至少一个阀而启动再 生操作430。该再生操作包括在结合操作之前在所述至少一个吸附 器筒中向膜吸附器提供至少一种再生流体。按照这种方式，膜吸附 器获得最佳的再生；以使膜能够长时间使用而不损耗。典型地，该 再生流体具有解吸功能,人而在逆流4妻触纟莫式下4吏污染物/人所述至 少一个膜吸附器上解吸。4姿照这种方式，就以最有岁丈和最快的方式 从膜中提取出污染物。而且，优选该再生流体可以具有在结合所关 心的组分之前清洗和/或剥离和/或平纟軒力莫吸附器的功能。
另外，结合才喿作410和再生才喿作430每一个都可以包含多个前 处理步-骤和后处理步骤，例如，通过在i午多后续阀切换:才喿作(未显 示)中可通过向吸附器才是供的多种流体而才是供功能。
作为一个实例，该工艺过程400能够用于单克隆抗体、重组蛋 白、病毒载体或DNA产品的精制。
在本发明另一方面，这种阀盒是一种包含集流管(manifold) 的用于色i普分离的装置，该集流管含有多个用于连才妄一个或多个色 谱分离筒和/或进料或提取管的连接器，其中在至少两个分别形成进 口和出口的连接器之间提供至少一个中心导管。该中心导管含有可
关闭的导管阀。另外，提供了从中心导管分支到分支连接器的多个 分支导管，该分支导管包含可关闭的分支阀。至少一个分支导管位 于进口和中心导管阀之间，且至少一个分支导管位于出口和中心导
管阀之间。才艮据本发明另一方面，该系统包含一个或多个吸附器筒，其中
至少一个吸附器筒在进口和出口处连4妻于阀4空集流管(valve manifold )。而且，该系统可以包含多个进口和出口 。系统进口可以 连接到能够将所涉及的任何流体传输到色语工艺过程中的泵。可替 代地，系统出口能够连接到纯化过程中的随后步骤的进口，如膜单 元或另一色谱步骤。为了方便起见，可以将附加的监测器连接到系 统的进口和出口，以监控相关工艺条件，包4舌U旦不限于)压力、 传导性、pH或UV吸收率或其它临界工艺参数。
尽管能够以各种方式来解释阀组件，^旦是在一方面，才艮据本发 明的阀组件优选含有两个或三个如图6所示和进一步在图7 图10 中详细描述的独立结构部件。这种阀的安排具有构建筒单和成本有 效性的优点，适用于单一用途的目的。另外，阀的安排中的死体积 非常小，通常为几毫升，或至多为筒体积的2%,取决于构造，有 效地4是供零死体积。在这才羊的安排中，优选采用零死角阀 (zero-dead-leg valve )。
在这样的实施方式(参见图5)中，集流管1包含可连接到筒 的出口 (参见例如图12中描述的设计结构)和筒的进口的中心导 管2。分支导管3可连接到系统进口和出口 ，如进料流和提取流。 另外，耳又决于系统的构造，分支导管3可以结合于筒的进口和出口。 一般而言，中心导管2提供由连接器4串联和/或并联结合的随后的 筒之间的有效流动连接，而4吏集流管1中的流动阻力(flow impedance)最小4匕，尤其是筒之间的主流的流动阻力。优选的，系 统进口和出口 (未示出)连接到与中心导管2连接的分支导管3。 在所示的实施方式中，集流管1能够结合于膜吸附器筒。按照这样 的安排，分支连接器5构成系统提取出口，其被中心导管2中的中 心阀6与构成物料进口的分支连接器7分开。另外，分支导管阀8将分支导管3与中心导管2分开。典型地，连接器可以是任何类型， 优选是卫生型的，如本4页i或中的三通连^妄器(tri-clover connector )。 尽管示意图描述了作为突出元件的连接器，可替代地这种连接器能 够是阴阳型(male-female type )的连4妄器。然而作为另一替4戈方式， 这种连接器可以是垫片型(gasket type)的连4妄器。
只于于中心阀和分支导管阀，优选的阀类型是如图10中的示例 性实施方式所示的隔膜阀。这种类型的阀结构简单，具有优化i殳计 的湿表面，从而使之优选用于对卫生组件要求非常高的生物制药产 品的色谱工艺过程。在这方面，术语"优化设计"是指使从卫生要 求的角度看很难处理的死角和复杂结构的条件最小化。然而，本发 明并不〗又限于这种阀，而是能够采用具有类似卫生特性的其它阀。
作为一个实例，阀控集流管1及其部件的典型布置如图6 图 10所示。能够想出许多可满足相同条件的可替代结构和设计是很明 显的。本文中包含的附图仅仅是举例说明之用。本发明并不限于本 文中所示出的i殳计。
在本发明的一个方面中，如图6所示，集流管l由导管布管部 件9和用于关闭该导管布管部件9且用于形成隔膜阀的隔膜10形 成，并且包含用于安装相应凄t目的致动器11的安装座(mounting )。
如随后的图7 图9中所示，导管布管部件9包含结合于基础部 件13 (图9 )和外壳部件14 (图7 )之间的中心部件12 (如图8所 示)；中心部^牛12的一侧乂寸应于分支导管结构15;而中心部4牛12 的另一侧对应于中心导管结构16，中心部件12包含通孔17而与外 壳部件14中的通孔17相对应；该外壳部4牛14结合于用于关闭通 孔17而形成中心导管结构16和分支导管结构15之间的隔膜阀8的隔膜IO。在图中，为了清楚起见，仅仅标识有限数量的元件，而 对应的元件并没有单个进4亍注明。
具体而言，图7和图8从左至右示出了俯视图(A)、仰视图(B)、 侧—见图(C )和分别乂人俯浮见图A和仰碎见图B中所示的截面I-I和II-II 的截面图D和E。图9从左至右显示了俯视图(A )、仰视图(B ) 和侧^L图(C )。
在图7和图8中可见，中心导管结构16由经由通孔17连4妄的 导管18和19以及中心导管阀6构成。
另外，夕卜壳部件14也可以含有这些阀的隔膜10。可替代地， 隔膜10能够由单独的结构部件才是供。隔膜10包括柔性隔膜20 (参 见图10)，其能够关闭或打开系统进口或出口与在集流管1的该部 4牛处的筒的进口或出口之间的连才妻。
在所述实例中，外壳部4牛14可以设计成承载能够才齐压或释方文 4氐靠所述导管布管部件9的膜的致动器11,,人而打开或关闭隔膜阀 8。这些致动器11可以是^壬-f可类型。常用的致动器由电^兹力或气动 压力梯:纵。
图IO更加详细地示出了根据本发明的阀隔膜6和/或8的结构。 在图10A中，示出了阀的打开4立置，在图10B中，示出了阀的关闭 位置。此处，示出了外壳部件14具有与分支导管(未示出)和中 心导管(未示出)流体连通的通孔。通孔17在由柔性隔膜20覆盖 的袋型容器21上形成。通过挤压袋型容器21中的隔膜20，通过该 通孑L的流动才尤4亭止乂人而关闭阀8。如果所述第 一部件并不包含能够关闭或打开系统进口或出口 与在集流管1的该部件处的筒的进口或出口之间的隔力莫，则该集流
管l可以包含第三部件，该第三部件包含或带有隔膜20。
组装在一起之后，两个或三个部件(基础部件13、中心部件 12、外壳部件14)利用多个隔膜阀8组合到一个集流管1。每一个 隔膜阀8可以有它们自己的致动器11并且每一个可以单独控制。
只有阀控集流管中的润湿部分为导管布管部件9和一如果适用 的话一隔"莫10，也就是隔"菱阀8的隔膜20。阀控集流管的这些部 分4尤选i殳计成一次性4吏用的或专用的。
在本发明一个方面，每一集流管l'的系统进口和系统出口实际 上如图11中示意性示出的那才羊通过集流管。也就是，优选至少一 个分支导管3包含另一分支22以形成至少两个分支连4妄器23之间 的分支导管3，，该分支导管3，与中心导管2流体连通并且是可关闭 的。这使得不需使用独立的分配器就可以将集流管彼此连接。每一 个系统进口和出口都连接到串联集流管的 一端，而串联集流管的另 一端可由阀关闭或可以永久地封闭。两个后续的集流管之间的这种 连4妾能够通过不同进口和出口之间的卫生连4姿器完成，例如通过三 通连接来完成。在那种情况下，每一系统进口和出口在两个相邻集 流管之间都需要一个夹钳(clamp)。
可替代地，垫片的袋型容器可在集流管侧面上才莫铸而成，这样， 这些垫片就能够确^f呆相邻集流管之间无泄漏紧密连"t妄。在这种情况 下，应通过一些装置，例如图12中示意性描述的压力器24等，将 集流管紧紧地挤压在一起。还有的另 一种可替代方式是将所有连接 的垫片组合到一层中，该层应该-故置于两个相邻的集流管之间。在 这种情况下，集流管可以设置有配件以确保垫片的合适定位。在这
19种情况下，通过将集流管紧紧地^^压到一起再次确保密封。例如， 这能够通过包围连接所有朝着泵26、容器、津午箱等的系统进口和出
口的前部^f牛25以及可包含(手动)阀或甚至可以关闭最后集;;充管 所有进口和出口的后部4牛27之间的集流管来完成。所述前部^f牛和 后部件25、 27牢固地紧压到一起，由此将所有集流管压到一起,人 而确保这些集流管之间连接的适当密封。图12示出了压到一起而 形成由才莫块4匕构<牛(modular piece ) 1构成的单个阀单元28的多个 集流管1的示例'l"生实施方式。阀单元28连4妄于系统进口 29禾口出口 30与连4妾以形成色i普分离系统32的筒31之间。
在本发明的 一 个方面中，该系统由其间具有阀4空集流管的三个 筒组成。这些集流管中的每一个都具有最少三个进口和最少两个出 口 。这种组合4吏;彈能够如同一^L在^走转木马系统(merry-go-round system)中所实施的连续工艺过程。这涉及至少一个筒的连续进料， 一4殳为两个筒串联。第三个筒#1沖洗、洗脱和/或再生，同时第一和 第二个筒进行装载。在一段时间后，当第一个筒饱和后，集流管中 的阀进4亍切换4吏得物剩-i容液施加到第二个筒上，同时所述第一个筒 经历工艺过程的所有其它步骤。第三个筒连"t妄到第二个筒的出口。
在本发明的一方面，系统包含在其间具有阀控集流管的4至8 个筒。这些集流管中的每一个都具有至少三个进口和至少三个出 口。这种组合使得能够进行连续分馏工艺过程。由于阀是单独控制 的，因此在工作过程中不同区域的长度没有必要必须是恒定的，而 且在整个工艺过程循环过程中并非所有的流速都必须是恒定的。
在本发明的一个方面中，系统包含8个或更多个其间具有阀控 集流管的筒。每一个集流管具有最少5个，优选8个进口和最少2 个，优选4个出口。这种组合使得能够利用离子交换色谱或亲和色 i普来连续逆流纯化-渚如单克隆抗体的复杂蛋白。在本发明一个方面中，系统包含单个筒和单个阀控集流管。泵 连4妄到阀控集流管的筒进口并从阀控集流管向筒进口输送流体。筒 出口连4妄到阀控集流管的筒出口 。该系统进口和系统出口分别连4妄 到产物或废物收集罐。这种系统能够实施传统上采用单个一次性阔 4空集流管的单筒色i普纯4匕。4空制该阀以佳J寻所有的处理〉容液以合适 的次序,皮泵入筒中。连4妄阀控集流管中的筒进口和筒出口的阀始终 保持关闭。
在本发明一个方面中，系统包含多个筒，每一个老卩采用不同吸 附剂。这就使得能够实施全自动多步骤色语纯化。这可以涉及或不 涉及连接到系统出口的中间介质储存，其也连接到系统进口 。
实施例
参照图13，示出了用于采用膜吸附器筒31实施色i普分离的单 个筒装置。该装置由一个膜吸附器筒31、 一个集流管1和一个泵 26构成。泵26用于/人阀控集流管1向筒31输送流体。阀控集流管 用于选择来自储存容器(未示出)的合适溶液并将筒的流出物引导 至废物收集容器或产物收集容器(未示出)。在正常才喿作过程中， 阀控集流管1的中心阀6关闭。这种^:计能够包含用于分离而所需 要的那样多的进口和出口 。
处理器1300 4皮^殳计用于控制集流管1中阀的开合。集流管优 选是参照图6 图IO所示的类型，因为其具有一次性的润湿部件。 具体而言，集流管通过受处理器1300控制的致动器(未示出)而 被启动。致动器能够推动隔膜阀的隔膜20处于打开或关闭位置， 有效控制阀开合才喿作。尽管图13示出的是单个膜，4旦是一4殳而言，可以将多个吸附 器筒互相连接(参见图14 图16)。处理器经过编程来控制阀的安 排，,人而分别在才喿作110、 130和410和430中以逆流流动模式工 作，正如参照图1和图4所解释的。
优选控制切换时间以使得待吸附组分的引入通量与有效的膜 传输速率达到平衡。考虑到体积容量小并且筒中的膜材料体积小， 膜吸附器的传输速率应该相对较高，因此，切换时间相对较短。在 一种优选的一莫式下，处理器经过编程以纟是供作为膜的体积容量，有 效月莫传输速率和4寺吸附组分的进入通量的函tt的循环速率。
考虑到膜吸附器体积容量相对较低，优选提供用于4是供短载入 时间以达到高循环速率的石更件和控制算法。这样，能够利用多个膜 ^及附器来实现连续色i普纯〗匕工艺过禾呈。
在涉及结合&洗脱色谱分离法提供生物制药产品的方法中，能 够如图14和图15所示4吏用系统。在图15中，描述了图14的阀切 才灸i殳计的不同步-骤，乂人而4吏所述力莫吸附器筒随后经历处理循环的多 个处理步骤；由此在逆流流动才莫式下工作。系统具有沖洗输入流 1500，洗脱输入流1501，清洗输入流1502，平衡输入流1503和产 物进料输入流1504。此夕卜，还提供了输出流产物1505和废物1506。
该组件包含6个力莫吸附器筒31、5个泵26和6个阀控集流管1。 在这个设计中，第一区33由2个串联互相连接的膜吸附器筒31构 成。第一膜吸附器的进口连接到向系统供给进料溶液的进料泵。在 该串联中的第二膜吸附器筒的出口通过一个阀控集流管1引向废弃 流出物。第二、第三、第四和第五区^f义包含一个单膜吸附器筒31。第二区中的膜吸附器筒连接到为系统提供平衡的泵。膜吸附器 筒的流出物被引向废物出口。第三区中的膜吸附器筒连接到向系统 提供清洗溶液或再生剂的泵。膜吸附器筒的流出物被引向废弃物出 口。第四区中的膜吸附器筒连接到向系统提供洗脱緩沖液的泵。膜 吸附器筒的流出物#皮引向产物出口 。第五区中的膜吸附器筒连接到 向系统提供沖洗溶液的泵。膜吸附器筒的流出物被引向产物出口。
如随后的图15a 图15f所示，阀控集流管以4吏系统所有分支导 管相互连接的方式设置。这可以包括阀控集流管之间的管道或管
i 各，或优选与阀控集流管直"l妾互if关的。最后一个集流管的出口关闭。
通过运行随后的步骤，每一个膜吸附器筒进行正常的结合&洗 脱色谱中的系列步骤。在两个串联连接膜吸附器筒内实施装载，由 此使得第 一 色谱柱基本上是过载的。穿过的任何产物将会一皮接下来 的膜吸附器筒捕获。当第一膜吸附器筒饱和后，就将会经历冲洗步
骤(步骤b),接着进行洗脱步骤以收集产物(步骤c)。在被重新 引向装载步骤之前，该膜吸附器筒要进行清洗过程(步骤d)和平 衡过程(步骤e)。然后，该膜吸附器筒就作为载入区最后一个筒备 用(步骤f)。
原理上，不需要同时开合所有的阀。在本发明的一个方面，这 些岡能够不同时切换，由此单独控制每个区中膜吸附器筒的滞留时 间 (residence time )。
原则上，任何区都可能包含多于一个的通过加入另外的(附加 的)阀盒1和膜吸附器筒31而串联连接的膜吸附器筒。按照类似 的方式，能够通过采用具有额外进口端口的阀盒并添加另外的泵26 而再增力口附力口区。而且，图16示出了两个串写关切换装置42a和42b，每一装置包 含两个并行的筒31。这种切换设计28'由此提供了采用根据本发明 的才莫块化阀控集流管1的一对平4于结合的筒31。具体而言，外部回 3各43有效^是供了这些筒31的平4亍结合。
本发明的各方面在以下条款中进行解释膜吸附器在多级色i普 工艺过程中的应用，包含多个以一种结构连接的膜吸附器，该结构 同时能够使得以逆流接触模式结合所关心的组分；用緩沖液冲洗饱 和的膜吸附器以从吸附器筒中的死体积中置换出所有的处理流体； 以逆流接触模式从膜吸附器洗脱所关心的产物。优选地，构造中存 在附加区/人而在其再次进入结合区之前清洗和/或洗—提并随后平4軒 膜吸附器。优选地，这才羊的用法是与才莫块化一次性形式阀盒组合和 /或与所有润湿材并+的一次性部件组合来实施的。对于重组蛋白产物 的纯化，优选使用亲和色镨；而使用离子交换色语或混合模式色谱 来结合并洗脱所关心的产物。对于单克隆抗体的纯化，优选采用蛋 白A色谱、阳离子交换色谱或混合模式配体色谱来结合并洗脱所关 心的单克隆抗体。对于DNA或病毒载体的纯化，优选采用亲和色 i普和/或离子交4灸色i普或混合才莫式配体色i普来结合并洗脱所关心的 DNA或病毒载体。
其他方面包含膜吸附器在多级色谱工艺方法中的应用，包含多 个以一种结构连^妻的膜吸附器，该结构同时能够佳J寻以逆流4妻触才莫 式结合来自处理流体的一种污染物或一组污染物；通过4吏膜p及附器 与乂人力莫吸附器解吸污染物的处理溶液或纟爰沖液4妻触而以逆流4妄触 模式再生该膜吸附器。可以在其再次进入结合区之前安排该构造中 的用于冲洗、清洗和/或洗4是并随后平衡膜吸附器的附加区。这尤其 可以用于单克隆抗体、重组蛋白、病毒载体或DNA产物的4青制。尽管已经参照典型的实施方式描述了本发明，但是本发明并不 ^叉限于此。例如，该装置可由具有能够包含各种类型的附加分支和
发明并不限于所7>开的隔膜阀类型，而是能够引入具有足够功能特 性的其〗也类型的阀。这些和其^W奮改都一皮i人为是落入本发明的范围 内，本发明的范围由所附一又利要求限定。
权利要求
1.一种利用色谱分离工艺提供生物制药产物的方法，所述方法包括-提供多个膜吸附器筒；-提供多个阀，连通地连接于所述多个膜吸附器筒，所述膜吸附器中的至少一些筒串联连接；以及-切换所述阀，以使得所述膜吸附器筒随后经历处理循环的多个处理步骤；从而以逆流流动模式工作。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理步骤按照迭代方 式进4亍，包4舌-结合"t乘作，包括为所述多个膜吸附器筒的至少一个中才是 供处理流体而4吏所关心的组分结合于所述至少一个力莫吸附器 筒中所具有的膜吸附器；以及-洗脱4喿作，包4舌在所述至少一个吸附器筒中纟是供洗脱流 体流，以/人"莫吸附器筒中的所述至少一个膜吸附器上洗脱所述 所关心的产物；其中-第一切才奐才喿作，包4舌切4奐阀纽/f牛中的至少一个阀来启动 所述洗脱才喿作；并且其中-第二切换操作，包括切换阀组件中的至少一个阀来启动 所述结合操作。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述结合梯:作进一步包括-再生操作，包括在所述至少一个吸附器筒中向所述膜吸 附器提供至少一种再生流体；接着-第三切换才喿作，包括切换所述阀组件中的至少一个阀来 启动所述提供用于结合所关心的组分的所述处理流体的操作。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，在结合所述所关心的组分 之前，所述至少一种再生流体具有清洗、消毒和/或洗提和/或 平衡所迷膜吸附器的功能。
5. 才艮据—又利要求2所述的方法，其中，所述洗脱4喿作进一步包4舌-冲洗操作，包括在所述膜吸附器筒中提供緩冲液以利用 所述纟爰冲液在所述至少 一 个膜吸附器筒中的死体积置换所述 处理流体；接着-第四切换操作，包括切换所述阀组件中的至少一个阀来 启动l是供洗脱所述所关心的产品的所述洗脱流体流。
6. 才艮据权利要求1所述的方法，其中，所述多个阀组合于至少一 个才莫块化的一次性形式的阀盒中。
7. 才艮据一又利要求1所述的方法，其中，所述月莫吸附器筒采用亲和 色谱、离子交换色谱和/或混合模式色谱而具有结合并洗脱所 述所关心的产物的吸附器功能。
8. 根据权利要求7所述的方法在用于纯化重组蛋白产物中的用途。
9. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述膜吸附器筒具有利用 蛋白A色i普、卩日离子交换色语和/或混合才莫式配体色i普的吸附 器功能。
10. 才艮据一又利要求9所述的方法在用于纯化单克隆抗体中的用途。
11. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述膜吸附器筒具有利用 亲和色谱、离子交换色谱或混合模式配体色谱的吸附器功能。
12. 才艮据权利要求11所述的方法在用于纯化DNA或病毒载体中 的用途。
13. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理步骤以迭代方式 进行，包括-结合#:作，包括在所述多个膜吸附器筒的至少一个中才是供处理流体，以-使一组污染物结合于"i殳置在所述至少一个,漠p及 附器筒中的力莫吸附器；以及-再生搮:作，包4舌在所述结合4喿作之前，在所述至少一个 吸附器筒中向所述膜吸附器4是供至少一种再生流体，其中第一 切换才喿作包括切换所述阀组件中的至少 一个阀而启动所述再 生操作；而其中第二切换操作包括切换所述阀组件中的至少一 个阀而启动所述结合才喿作。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中，至少一种再生流体具有 乂人所述至少 一个爿莫吸附器解吸所述污染物的解吸功能。
15. 根据权利要求13所述的方法，其中，在结合所述所关心的组 分之前，所述至少一种再生流体具有清洗、消毒和/或洗4是和/ 或平#f所述力莫吸附器的功能。
16. 根据权利要求13所述的方法在用于精制单克隆抗体、重组蛋 白、病毒载体或DNA产物中的用途。
17. —种色i普系统，包4舌-多个膜吸附器筒；-阀组件，连通地连4妾于所述多个膜吸附器筒，所述力莫吸附器筒中的至少一些为串联连接；以及-处理器，i殳置以用于控制所述阀的切才灸，以使 使所述月莫 吸附器筒随后经历处理循环的多个处理步^骤，乂人而以逆流流动 才莫式工作。
18. 根据权利要求17所述的色语系统，其中，所述处理器经过编程处理以^是供作为所述力莫的体积容量、所述有效膜传，lr速率和 待吸附组分的进入通量的函数的循环速率。
19. 根据权利要求17所述的色谱系统，其中，所述膜吸附器通过 模块化的阀盒而相互连接，每一个所述模块化的阀盒包含-集流管，包含用于将一个或多个色语分离筒和/或进料 或提取管路连接起来的多个连接器；-在分别形成进口和出口的至少两个连4妄器之间的至少 一个中心导管，所述导管包含可关闭的导管阀；以及-从所述中心导管向分支连接器分支出来的多个分支导 管，所述分支导管包含可关闭的分支阀，一其中至少一个分支导管位于所述进口和所述中心导管 阀之间，并且其中至少 一 个分支导管位于所述出口和所述中心 导管阀之间。
20. 根据权利要求19所述的系统，其中，至少一个分支导管包含 另 一个分支以形成至少两个分支连4妄器之间的分支导管，所述 分支导管与所述中心导管是流体连通的也是可关闭的。
21. 根据权利要求20所述的系统，其中，所述分支连接器设置在 ;波此相对的位置。
22. 根据权利要求19所述的系统，其中，所述装置通过将所述连 接器和阀组合在紧凑单件集流管中而形成。
23. 才艮据斥又利要求19所述的系统，其中，所述单件集流管以一次 性产品的形式形成。
24. 才艮据权利要求19所述的系统，其中，至少一个所述导管阀和/ 或分支阔包含隔力莫阀，其由独立的致动器启动。
25. 根据权利要求19所述的系统，其中，所述装置形成为包含连 接器的可连4妾才莫块化构件，以连接到第二可连接的才莫块化构 件，乂人而形成多个并联和/或串联结合的中心导管，以4吏得至 少一个结合的分支导管可经由所述才莫块构件中所选才奪的多个 分支阀而连4妻至可选择的多个中心管。
26. 根据权利要求25所述的系统，其中，所述连接器通过将设置 在所述才莫块4b构件侧壁上对应的垫片通过压力4齐压在一起并 在各个分支导管和/或中心导管之间才是供流体连通而形成。
27. 根据权利要求25所述的系统，其中，所述装置进一步包含前 部件，所述前部件用于向所述才莫块构件4是供系统进料和才是取流 体；和/或后部件，用于在所述才莫块构件中选择性地关闭导管 而4是供停止部件。
28. 根据权利要求19所述的系统，其中，所述集流管由导管布管 部件和用于关闭所述导管布管部件并用于形成所述隔膜阀的 隔膜来形成，并包含用于安装相应数目的致动器的安装座。
29. 根据权利要求28所述的系统，其中，所述导管布管部件包含 结合于基础部件和外壳部件之间的中心部件；所述中心部件的一侧乂于应于分支导管结构；而所述中心部^f牛另一侧对应于中心 导管结构，所述中心部件包含通孔，用于与外壳部件中"^殳置的 通孔连通；所述外壳部件结合于所述隔膜，所述隔"莫用于关闭 通孔/人而形成所述中心导管和所述分支导管之间的隔膜阀。
30. 根据权利要求28所述的系统，其中，形成所述致动器从而与 在所述导管布管部件中形成的隔膜阀相对应。
31. 根据权利要求19所述的系统，其中，所述连接器由卫生联结 器构成。
32. 根据权利要求19所述的系统，其中，三个才是取支管结合于所 述进口和所述导管阀之间的所述中心导管，而其中两个进料支 管结合于所述导管阀和所述出口之间的所述中心导管。
33. 根据权利要求19所述的系统，其中，四至六个提取支管结合 于所述进口和所述导管阀之间的所述中心导管，而其中六至7\ 个进料支管结合于所述导管阀和所述出口之间的所述中心导管。
全文摘要
本发明提供的方法和系统用于提供生物制药产品，并涉及色谱分离工艺过程。该方法包括提供多个膜吸附器筒；提供多个阀，相通地连接至所述多个膜吸附器筒；并切换该阀，使得所述膜吸附器筒互相连接而在逆流流动模式下工作。该系统包含多个相互连接的膜吸附器筒，并被构造成以逆流流动模式进行工作。而且，这种结构包含一组阀组件，其能够通过自动切换这些阀而使这些膜吸附器筒在该工艺过程中经历不同步骤。按照这种方式，这些膜吸附器筒在批料纯化期间进行多次再循环。
文档编号C07K1/34GK101678244SQ200780053389
公开日2010年3月24日 申请日期2007年4月17日 优先权日2007年4月17日
发明者约瑟夫·安东·马里·彭宁斯, 詹考伯·阿瑟·蒂斯特曼, 马克·安东尼厄斯·特奥多鲁斯·毕晓普斯 申请人:深度控股有限公司