การแยกปริมาตรขนาดใหญ่ที่รักษาโมเลกุลชีวภาพที่ละเอียดอ่อน

การแยกปริมาณมากเป็นสิ่งจําเป็นสําหรับการผลิตวัคซีนการบําบัดด้วยยีนและโปรตีนรีคอมบิแนนท์ แต่สภาวะที่ทําให้เกิดตะกรัน เช่น อัตราการไหลสูง แรงเฉือน และความดัน มักจะทําให้ชีวโมเลกุลที่ละเอียดอ่อนลดลง โปรตีนเปลี่ยนสภาพ ชิ้นส่วนดีเอ็นเอ ไวรัสเวกเตอร์สูญเสียประสิทธิภาพ

เพิ่มความเข้มข้นของการประมวลผลปลายน้ําด้วยการแยกแม่เหล็ก

เทคนิคการแยกแบบดั้งเดิมถูกสร้างขึ้นสําหรับโมเลกุลขนาดเล็ก สารชีวภาพมีขนาดใหญ่กว่าและไวกว่าโมเลกุลขนาดเล็กมาก ชีววิทยาต้องการเทคนิคการแยกเพื่อรักษาความสมบูรณ์และความไวของโมเลกุลชีวภาพเพื่อให้ผลิตภัณฑ์มีประโยชน์ บทความนี้แสดงให้เห็นข้อดีอย่างหนึ่งของการใช้กระบวนการแยกแม่เหล็กกับชีวโมเลกุลโดยแสดงความไวของการแยกแม่เหล็กระหว่างการแยกปริมาณมาก

วิธีการแยกแบบดั้งเดิม

เมื่อวิศวกรส่วนใหญ่พิจารณาถึงคุณค่าของชีวโมเลกุลที่สูญเสียไปหลังจากกระบวนการแยก พวกเขาจะพูดถึงประสิทธิภาพของปัจจัยที่จับกับโมเลกุลชีวภาพและการกู้คืนการชะ อย่างไรก็ตาม การเสื่อมสภาพของผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่เกิดขึ้นก่อนการคํานวณผลผลิตและในระหว่างขั้นตอนการแยก

วิธีการแยกแบบดั้งเดิมทําให้โมเลกุลสัมผัสกับรูปแบบทางกายภาพและทางเคมีที่เป็นอันตรายมากมายในระหว่างขั้นตอนการแยก

•การแยกเมมเบรนและคอลัมน์: กระแสที่แยกโมเลกุลชีวภาพทําให้เกิดการพับการหมุนและการจัดเรียงใหม่ของโมเลกุลโครงสร้างและพอลิเมอร์ที่ยืดหยุ่นทําให้เกิดการย่อยสลายอย่างมากและบางครั้งก็ไม่สามารถย้อนกลับได้

•การแยกผ่านการให้ความร้อนหรือความเย็น: วิธีการแยกแบบดั้งเดิมส่วนใหญ่ต้องใช้วงจรของชีวโมเลกุลให้ความร้อนและความเย็น สิ่งนี้นําไปสู่การทําลายชีวโมเลกุลและการก่อตัวของมวลรวม

•การแยกนั่นคือการขับเคลื่อนด้วยแรงดัน: การไหลทางกลและสัมผัสของชีวโมเลกุลที่ผูกติดกับพื้นผิวของตัวกรองอาจทําให้เกิดการแตกหักที่เฉือนหรือไม่สามารถย้อนกลับได้เมื่อชีวโมเลกุลสูญหายไป

•การแยกโดยใช้บัฟเฟอร์การชะ: การเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมทางเคมีและบัฟเฟอร์การชะที่มีค่า pH ต่ํากว่า (หรือบางครั้งสูงกว่า) สามารถเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของชีวโมเลกุลได้

ดร. ลิเดีย คิสลีย์ และทีมงานมหาวิทยาลัย Case Western Reserve ของเธอแสดงให้เห็นว่าวัสดุแยกเชิงพาณิชย์บางชนิดที่ระบุว่า "มีรูพรุนเต็มที่" มีส่วนกลางที่ส่วนใหญ่ไม่ได้ใช้งาน ซึ่งหมายความว่าผู้ผลิตจ่ายเงินสําหรับกําลังการผลิตทั้งหมด แต่ได้รับเพียงส่วนเล็ก ๆ ของประสิทธิภาพที่เป็นไปได้ เมื่อรวมกับเวลาในการประมวลผลที่ยาวนานอาจทําให้ชีวโมเลกุลย่อยสลายได้

เพิ่มความเข้มข้นของการประมวลผลปลายน้ําด้วยการแยกแม่เหล็ก

เมื่อนํามาสะสมกิจกรรมจําเพาะที่ลดลงการรวมตัวของชีวโมเลกุลที่เพิ่มขึ้นและผลผลิตขั้นสุดท้ายที่ลดลงส่งผลให้เกิดการแปรรูปซ้ําที่มีค่าใช้จ่ายสูง

ทําไมต้องเป็นวิธีการประมวลผลแบบเดิม Cและ't พัฒนาต่อไป

วิธีการในห้องปฏิบัติการมีวิธีการแยกหลายวิธีที่สามารถใช้ได้หลายวิธีที่อาจไม่สามารถทําได้ในระดับอุตสาหกรรม

ตัวอย่างหนึ่งของวิธีการที่มีปัญหาเกี่ยวกับการปรับขนาดคือการใช้คอลัมน์โครมาโตกราฟี

•การขนส่งเป้าหมายที่แคบลง: ในโครมาโตกราฟีแบบบรรจุ การจับเกิดขึ้นผ่านการแพร่กระจายของสารวิเคราะห์ สําหรับชีวโมเลกุลที่มีขนาดมากกว่า 100 Da เวลาของการแพร่กระจายอยู่ใกล้กับพื้นผิวที่มีผลผูกพันและไม่รวมพื้นที่จํานวนมาก

•การอุดตัน: เพื่อป้องกันการอุดตันในคอลัมน์ระดับอุตสาหกรรม

•การใช้บัฟเฟอร์ที่เพิ่มขึ้น: คอลัมน์ระดับอุตสาหกรรมสร้างบัฟเฟอร์ที่ใช้แล้วขนาดใหญ่ ซึ่งสร้างต้นทุนที่เพิ่มขึ้นในการดําเนินงาน

•ความไวต่อแรงเฉือนระหว่างการบรรจุและการใช้งาน: แรงเชิงกลที่จําเป็นในการรักษาการบรรจุเตียงที่สม่ําเสมอในระดับสามารถทําลายโมเลกุลชีวภาพที่คอลัมน์ได้รับการออกแบบมาเพื่อทําให้บริสุทธิ์

นักวิจัย Julian Galbusera, Ines Zimmermann และ Paula Fraga-García จากมหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งมิวนิกได้บันทึกว่าเทคโนโลยีการแยกแม่เหล็กจัดการกับปัญหาคอขวดเหล่านี้อย่างไร ตรงกันข้ามกับโครมาโตกราฟีมาตรฐานโดยที่เฟสนิ่งเป็นเมทริกซ์ของลูกปัดบรรจุที่แทรกซึมโดยของเหลวเคลื่อนที่การแยกแม่เหล็กจะประมวลผลกระแสฟีดโดยตรงโดยการระงับอนุภาคแม่เหล็กที่ทํางาน สิ่งนี้ช่วยให้อุปสรรคการแพร่กระจายที่โดยทั่วไประบาดโครมาโตกราฟีสามารถหลีกเลี่ยงได้ทั้งหมดในขณะที่ทํางานในขนาดใหญ่และประมวลผลไลเซตที่ไม่ชัดเจน

ทางเลือกแม่เหล็ก: อ่อนโยน รวดเร็ว และปรับขนาดได้

หลักการของการแยกแม่เหล็กนั้นแตกต่างกันโดยพื้นฐาน อนุภาคแม่เหล็กที่ทํางานกําหนดเป้าหมายไปยังสายพันธุ์โมเลกุลเฉพาะในสารแขวนลอย การใช้สนามแม่เหล็กภายนอกจะจับคอมเพล็กซ์ของอนุภาคเป้าหมายและช่วยให้สามารถชะล้างสิ่งมีชีวิตที่ไม่ต้องการออกได้เป็นประจํา คอมเพล็กซ์สายพันธุ์เป้าหมายของอนุภาคได้รับการปกป้องจากแรงเฉือนและความเครียดจากความร้อนในระหว่างการแปรรูป

สําหรับกระบวนการแยกปริมาณมากข้อดีของเทคนิคนี้จากมุมมองของการแยกโมเลกุลชีวภาพที่ละเอียดอ่อนมีหลายประการ:

•ไม่จําเป็นต้องแพร่กระจายผ่านรูขุมขน: อนุภาคแม่เหล็กมักไม่มีรูพรุน ดังนั้นขั้นตอนการแพร่กระจายช้าซึ่งเป็นขั้นตอนที่จํากัดจลนพลศาสตร์การผูกมัดของวิธีการโครมาโตกราฟีทั้งหมดจึงถูกหลีกเลี่ยง เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญว่าชีวโมเลกุลขนาดใหญ่จับโดยตรงกับพื้นผิวอนุภาค

•การจับและปล่อยอย่างนุ่มนวล: สนามแม่เหล็กใช้แรงปริมาตรที่อ่อนนุ่มในทางตรงกันข้ามกับความดันที่สูงมากและความหนาแน่นของการบรรจุที่สูงมากซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของคอลัมน์เตียงอัด เซลล์ยังคงไม่บุบสลาย เวกเตอร์ไวรัสยังคงติดเชื้อ โครงสร้างโปรตีนยังคงพับอยู่

•การประมวลผลโดยตรงของโหลดดิบ: การแยกแม่เหล็กสามารถจัดการกับกระแสฟีดที่ขุ่นและเต็มไปด้วยอนุภาคโดยไม่ต้องกรองล่วงหน้า สิ่งนี้จะช่วยลดการดําเนินงานของหน่วยอย่างน้อยหนึ่งหน่วยจากรถไฟปลายน้ํา

•การใช้บัฟเฟอร์น้อยที่สุด: เนื่องจากอนุภาคแม่เหล็กถูกแขวนลอยและดึงข้อมูลแทนที่จะคงที่ในคอลัมน์ปริมาตรบัฟเฟอร์จึงลดลงอย่างมากลดทั้งต้นทุนและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

การศึกษาในปี 2023 ที่ตีพิมพ์ใน Molecular Therapy—Methods & Clinical Development แสดงให้เห็นถึงการประยุกต์ใช้หลักการนี้ในทางปฏิบัติ นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการดักจับแม่เหล็กแบบไม่ใช้ตัวกรองเพื่อทําให้ไวรัสที่เกี่ยวข้องกับอะดีโน (rAAV5) บริสุทธิ์โดยตรงจากไลเสทของเซลล์ ภายในเวลาไม่ถึงสองชั่วโมง พวกเขาสามารถฟื้นตัวได้ 63% จากไลเสทประมาณ 5 ลิตร โดยลด DNA ของเซลล์โฮสต์และโปรตีนของเซลล์โฮสต์ได้สามล็อก ในขณะที่กําจัดขั้นตอนการกรองเชิงลึกและโครมาโตกราฟีคอลัมน์โดยสิ้นเชิง

ประสิทธิภาพในโลกแห่งความเป็นจริง at ขนาดการผลิต

คําถามสําหรับผู้ผลิตอุตสาหกรรมไม่ใช่ว่าการแยกแม่เหล็กทํางานในห้องปฏิบัติการหรือไม่ แต่เป็นว่าทํางานได้อย่างน่าเชื่อถือในปริมาณการผลิตหรือไม่ หลักฐานยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในเชิงยืนยัน

•การทําให้บริสุทธิ์โปรตีนระดับลิตร: การวิจัยที่ตีพิมพ์ใน ACS Omega แสดงให้เห็นว่ากระบวนการตกปลาแม่เหล็กขั้นตอนเดียวสามารถบรรลุความบริสุทธิ์ 91% ของโปรตีนเรืองแสงสีเขียว (GFP) โดยตรงจากไลเสทเซลล์ Escherichia coli ดิบที่ปริมาตรลิตรโดยใช้อนุภาคนาโนเหล็กออกไซด์เปลือยที่ผลิตผ่านการสังเคราะห์การตกตะกอนร่วมอย่างง่าย

•การแยกแม่เหล็กแบบไล่ระดับสูงในระดับที่ใหญ่ขึ้น: หลักการแยกแม่เหล็กแบบไล่ระดับสีสูง (HGMS) แบบเดียวกันหลายอย่างที่ช่วยให้สามารถทําให้บริสุทธิ์ในห้องปฏิบัติการถูกนํามาใช้ในการผลิตวัคซีน mRNA อุตสาหกรรม กลุ่มหนึ่งสร้างห้องแยก HGMS แบบใช้แล้วทิ้งที่พิมพ์ 3 มิติจากวัสดุที่สอดคล้องกับ USP Class VI ในกรณีนี้ห้องทํางานที่อัตราการไหล 150 มล. ต่อนาทีโดยมีการกักเก็บเกิน 99.39% ซึ่งหมายความว่าวิธีการแยกแม่เหล็กจะรักษาประสิทธิภาพการดักจับที่อัตราการไหลที่ใช้ในการแยกปริมาณมาก

•การประยุกต์ใช้ในการบําบัดด้วยเซลล์: ระบบแยกแม่เหล็กที่ใช้ในการแยก T-cell โดยอัตโนมัติมีประสิทธิภาพมากกว่า 85% และความบริสุทธิ์มากกว่า 96% ในระดับ cGMP พร้อมสําหรับการวิจัยและการผลิตใน 70 ถึง 100 นาที

เทคโนโลยี Longlight: วิศวกรรม fหรือ tเขาวิ่งยาว

เทคโนโลยีการแยก ที่ให้บริการต่อเนื่องในปริมาณมากทําให้ Longlight Technology มุ่งเน้นไปที่วิศวกรรม

ในขอบเขตของการแยกแม่เหล็กระบบของ Longlight ได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษาความแรงของสนามแม่เหล็กที่สม่ําเสมอในปริมาณการจับภาพขนาดใหญ่ซึ่งเป็นหนึ่งในข้อกําหนดที่สําคัญที่สุดสําหรับการให้ผลลัพธ์ที่ทําซ้ําได้เป็นชุดแล้วชุดเล่า ความสามารถในการทําซ้ําแบบแบทช์ต่อแบทช์ในการแยกปริมาณมากเป็นสิ่งที่สภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมสําหรับการผลิตไม่สามารถทนได้

การรวบรวมระบบให้คําตอบสําหรับความท้าทายเฉพาะที่การประมวลผลปริมาณมากนํามาซึ่ง:

•การจับแรงแม่เหล็กที่มีความเข้มข้นสูงทั่วทั้งโซนดักจับทั้งหมด: นี่หมายถึงปัญหาของการกระจายที่ไม่สม่ําเสมอของการไล่ระดับสนามแม่เหล็กที่ลดลงโดยที่อนุภาคบางชนิดจะถูกดักจับด้วยประสิทธิภาพสูงและอนุภาคอื่น ๆ ยังคงอยู่ พวกมันถูกจับแล้วหลบหนี ทําให้ผลผลิตลดลงและให้ความแปรปรวน

•ห้องแยก (ภาชนะ) ที่สามารถจับได้อย่างมีประสิทธิภาพเมื่อปริมาตรของห้องเพิ่มขึ้นจากระดับที่สูงกว่าม้านั่งเล็กน้อยเป็นชุดขนาดการผลิต

•ความยืดหยุ่นของกระบวนการ: ระบบไม่จําเป็นต้องทําการปรับเปลี่ยนที่สําคัญใดๆ เพื่อรองรับอนุภาคแม่เหล็ก สารยึดเกาะ และขั้นตอนการปฏิบัติงานประเภทต่างๆ

เหนือการประนีประนอม

การกระทําที่สมดุลของผู้ผลิตชีวภาพในการเลือกประสิทธิภาพในการแยกหรือการเก็บรักษาโมเลกุลชีวภาพกําลังจะสิ้นสุดลง เทคโนโลยีที่ใช้แม่เหล็กในการทํางานไม่ใช่สิ่งที่อุตสาหกรรมยังคงทดสอบอยู่ เป็นแนวปฏิบัติทางอุตสาหกรรมที่จัดตั้งขึ้นและได้รับการพิสูจน์ในบทความที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญต่างๆ ผลิตภัณฑ์เหล่านี้สามารถพบได้ในสินค้าคงคลังของผู้ผลิตและซัพพลายเออร์จํานวนมากในอุตสาหกรรม

ในการใช้งานที่ค่าของอนุภาคปลาย (การปิดยีน, การปิด m RNA, การปิดโมโนโคลนอลแอนติบอดี, เซลล์และผลิตภัณฑ์เซลล์ ฯลฯ ) เป็นลักษณะเด่นการแยกแม่เหล็ก:

1. รักษากิจกรรมทางชีวภาพที่สูญหายไปในการแยกแบบเดิม

2. กําจัดการดําเนินการแยกหลายอย่างโดยการชี้แจงฟีดเริ่มต้น

3. ต้องการบัฟเฟอร์น้อยลงและสัมผัสกับสารเคมีน้อยลง

4. Iis ปรับเปลี่ยนได้อย่างง่ายดายจาก R & D เป็นสายการผลิตเต็มรูปแบบ

รากฐานทางวิทยาศาสตร์เป็นที่ยอมรับอย่างดี วิศวกรรมเป็นผู้ใหญ่ คําถามตอนนี้ไม่ใช่ว่าการแยกแม่เหล็กอยู่ในกระบวนการทางชีวภาพปริมาณมากหรือไม่ แต่ผู้ผลิตจะนํามาใช้เพื่อปกป้องสิ่งที่สําคัญที่สุด นั่นคือโมเลกุลที่ให้คุณค่าในการรักษา

หากต้องการสํารวจว่าระบบแยกแม่เหล็กสามารถจัดการกับการแยกปริมาตรขนาดใหญ่ในกระบวนการเฉพาะของคุณได้อย่างไร โปรดไปที่ www.longlight.com สําหรับข้อกําหนดทางเทคนิคและการสนับสนุนแอปพลิเคชัน

คำถามที่ถามบ่อย

ถาม: ไลเสทเซลล์ที่ไม่ผ่านการชี้แจงจํานวนมากสามารถประมวลผลโดยการแยกแม่เหล็กได้หรือไม่?

ตอบ: ใช่. การแยกแม่เหล็กสามารถทําได้บนกระแสป้อนที่มีความขุ่นสูงและไม่ต้องการการกรองล่วงหน้าของกระแสป้อนจึงช่วยลดจํานวนการทํางานของหน่วย

ถาม: จริงหรือไม่ที่กิจกรรมของโปรตีนมีการย่อยสลายน้อยกว่าในการแยกแม่เหล็กชีวภาพ?

ตอบ: ใช่. วิธีการแยกแม่เหล็กชีวภาพไม่อยู่ภายใต้แรงดัน/ความเร็วสูงหรือการใช้ระบบบัฟเฟอร์รุนแรงเพื่อแยกและกู้คืนโมเลกุลชีวภาพ

ถาม: สามารถขยายขนาดการแยกแม่เหล็กจากห้องปฏิบัติการเป็นใช้ในเชิงพาณิชย์/อุตสาหกรรมได้หรือไม่?

ตอบ: ใช่. ฟิสิกส์ของการดักจับแม่เหล็กทํางานในลักษณะเดียวกันในระบบมิลลิลิตรและร้อยลิตรในปริมาตรใดก็ได้

ถาม: ชีวโมเลกุลใดที่สามารถประมวลผลได้อย่างง่ายดายด้วยการแยกแม่เหล็กในปริมาณมาก

ตอบ: เวกเตอร์ไวรัส, mRNA, rProteins, exosomes และเซลล์ ฯลฯ วัสดุเหล่านี้ไวต่อความเครียดเชิงกลหรือความร้อน