植物は、食品、飼料、原材料などの商品を提供するだけでなく、バイオ医薬品などの付加価値製品の製造プラットフォームとしてますます使用できるため、人間にとって重要です。どちらの場合も、微粒子を除去するために液体植物抽出物を清澄化する必要があるかもしれません。最適な清澄化により、容量と寿命が延びることにより、ろ過と遠心分離のコストが削減されます。これは、凝集剤と呼ばれる荷電ポリマーを導入することで達成でき、凝集剤は分散した粒子を架橋して固液分離を促進します。植物抽出物のような複雑な混合物の機構的な凝集モデルは存在しないため、代わりに経験的モデルが使用されます。ここでは、さまざまな凝集剤の迅速なスクリーニングを可能にし、植物抽出物の清澄化を最適化し、濁度を大幅に低減する実験計画法の手順について説明します。結果として得られる予測モデルにより、ロバストなプロセス条件と相補的な特性を持つポリマーのセット(特定の導電率を持つ抽出物の効果的な凝集など)を特定できます。タバコ葉抽出物の結果は、他の植物種や組織にも容易に適応させることができるため、コモディティや植物由来の医薬品のより費用対効果の高い下流プロセスの開発が容易になります。
植物は、広くそのようなフルーツジュースのような食料品を製造するために使用されるが、それらはまた、より高い値のバイオ医薬品製品1-3の製造のためのプラットフォームとして開発することができます。両方の場合において、下流処理(DSP)は、多くの場合、粒子を含んだ抽出物4,5の明確化に続いて、このような葉や果実などの組織からの液体の抽出から始まります。バイオ医薬品の製造のために、DSPのコストが全体的な製造コスト6,7の最大80%を占めることができ、これは、部分的には、ブレードベースの均質8,9として破壊の方法で調製した抽出物中に存在する高い粒子負荷を反映しています。抽出物中の粒度分布に合わせてフィルタ層の合理的な選択は、フィルタ容量を増加し、コスト10,11を削減することができるが、改善がごとに保持されなければならない粒子の数によって定義される絶対的な容量の上限を超えることはできません明確化を達成するためのフィルタ領域の単位。
より少ない粒子が濾過列における最高のフィルタの表面に到達した場合天井に持ち上げることができる、分散粒子が大きなフロック12を形成するために凝集を促進する凝集剤として知られているポリマーと混合される場合、これを達成することができます。このようなフロックの微細化と、より高価なデプスフィルターに到達する粒子の負担を軽減し、より粗い及びより安価なバッグフィルターによってさらに上流に保持することができます。ポリマーは、適正製造基準(GMP)に準拠している必要があり、そして典型的にはモル質量> 100 kDaのを持っている必要がありますし、中立的であるか、または13を帯電したことができますいずれかのバイオ医薬品などのため、それらの用途に適した安全性プロファイルを、持っている必要があります。中立凝集剤は、一般に、それらの凝集および径のフロックを形成させる分散粒子を架橋することによって作用するのに対し、1ミリメートル11、荷電ポリマーがdの電荷を中和します>ispersed粒子は、その溶解性を低下させ、従って、沈殿14を引き起こします。
凝集は、抽出物15,16の特性と一致するように、このような緩衝液のpHまたは導電率、及びポリマーの種類や濃度などのパラメータを調整することによって改善することができます。 0.5〜5.0のG L -1ポリエチレンイミン(PEI)で前処理したタバコ抽出物については、デプスフィルタ容量の2倍以上の増加が100-Lパイロット規模のプロセスで報告されました。セルロース系濾過助剤17と組み合わせた場合、このポリマーのコスト未満€10キロ-1プロセスにため、その導入は、フィルタ、さらにバッチ16またはあたりの消耗品のため、約€6,000コスト削減をもたらしています。たとえそうであっても、予測モデルは、それらの含有は15〜30分間16,18のホールドステップを必要とすることができるため、ストレージのための更なる投資コストで、その結果、凝集剤の先験的経済的利益を評価するために必要とされますタンク。しかし、凝集の複雑な性質のために、このような実験の結果を予測することができます利用可能なメカニズムのモデルは現在ありません。そのため、より適切な設計・オブ・実験(DOE)アプローチ19本資料に記載されているよう開発されました。一般のDOE手順のためのプロトコルは、最近20を出版されました。
小規模な装置は現在、凝集条件21のハイスループットスクリーニングのために利用可能です。しかしながら、これらのデバイスは、現実的に、植物の凝集中に条件をシミュレートしないことがあり、反応容器(96ウェルプレートのウェルについて約7 mm)の寸法ために抽出した粒子またはフロックは離れて一桁未満であることができます。これは、混合パターンため、モデルの予測力に影響を与えることができます。また、原因混合挙動の非線形変化の沈殿を含む方法を縮小し、STAを沈殿させることは困難です性22。そこで、この記事では、100Lのパイロットスケールプロセス16への最初の20ミリリットルの反応ボリュームからスケーラブルな結果をもたらす、一日あたり50から75のサンプルのスループットを持つベンチトップ規模スクリーニングシステムの概要を説明します。エネルギー省のアプローチと組み合わせると、これは予測モデルは、品質・バイ・デザインコンセプトの一環として、プロセスの最適化やドキュメントのために使用することができます。
以下に記載される方法はまた、凝集剤はまた、コスト削減ツール23として検討されている細胞培養ベースのプロセスで製造バイオ医薬品に適合させることができます。また、キャノーラ、トウモロコシおよび大豆24,25で生産βグルクロニダーゼのために示されているように、精製戦略の一部として、粗抽出物から標的タンパク質の沈殿をモデル化するために使用することができます。凝集剤の特性の詳細な説明は、16,26の他の場所見つけることができ、そのポリマーconcentrを確保することが重要ですationsは、非毒性または最終製品11中の有害レベル以下のいずれかです。
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1.適切な実験戦略を開発
2.凝集実験を準備

図1:植物エキスの凝集ワークフロー:プロセススケール(左)とベンチトップスケール(右)。水性緩衝液でタンパク質抽出に続いて、細胞破片の分散粒子を凝集剤を添加することにより凝集されます。凝集体は、次いで、バッグ及び深濾過及びこれらの能力のカスケードにより除去されます濾液の濁度と共にフィルタは凝集の効率を測定するために直接使用することができます。
3.異なるポリマーと凝集植物抽出物
4.評価エネルギー省
5.モデルを改善し、予測精度を確認してください
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異なるポリマーとタバコ抽出物の凝集
上述の方法は、正常なモノクローナル抗体(HIV中和抗体2G12)と蛍光タンパク質(DsRedの)( 図1)16の製造中にタバコ抽出物の凝集のためのプロセスを開発するために使用し、以降転送されていますレクチン、マラリアワクチン候補および融合タンパク質(未発表データ)を含む他のタンパク質に。典型的には、凝集剤の適用は、〜6000 NTU(抽出後万NTU)へ〜千NTUからバッグろ過植物抽出物の濁度を減少させました。 (この要因は凝集効率13,27に影響するため)最初のスクリーニング実験では、91ランIV-最適設計は、3つの異なる濃度で18の異なるポリマーをテストするために使用され、〜12時間のインキュベーションペリオ上に凝集を観察D( 図2AおよびB)。長い潜...
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粒子の凝集を特徴付けるためにエネルギー省を設定する際に考慮すべき最も重要な側面は、デザインは、原則的に例えば 、pH、ポリマーの種類とポリマー濃度16の影響を予想または考えられる影響36,38を検出し、記述することができなければならないということです。したがって、実際の実験を開始する前に、設計空間(FDS)の割合を評価することが重要です。 FDSは、 例えば 、250の濁度の差を検出し、既知の可変のシステム与えられた2つの実験結果の間で事前に定義された差を検出することが可能な範囲内(設計因子、 例えば、pHによって覆わ)多次元実験空間の割合でありますNTUは、125 NTUの変動を与えられました。 FDSは、追加の実行を使用してデザインを増大させることによって増加させることができ、プロセス制御36を案内するように意図された設計のために≥0.95する必要があります。また、ランの数がトンを許可しない場合彼全実験は一日で行うことが、ブロックを考慮するためのDoEに予め定義されるべきであるバッチ間および日々の変動。植物材料で作...
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著者は、開示することは利害の衝突を持っていません。
私は、トランスジェニックタバコの種子を提供してくださったトーマス・ラーデマッハー博士と、タバコ植物の栽培をいただいたイブラヒム・アル・アメディに感謝したいと思います。編集協力をしてくださったRichard M Twyman博士と、実りある議論をしてくださったRainer Fischer教授に感謝いたします。この研究は、欧州研究会議アドバンスドグラント「Future-Pharma」(提案番号269110)、フラウンホーファー未来財団、およびフラウンホーファー研究機構の内部プログラム(助成金番号)によって部分的に資金提供されました。125-600164を引き付けます。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 2100P携帯用濁度計 | Hach | 4650000 | 濁度計 |
| 2G12抗体 | Polymun | AB002 | 参照抗体 |
| Biacore T200 | GEヘルスケア | 28-9750-01 | SPR装置 |
| BP-410 | Furh | 2632410001 | 袋フィルターCatiofast |
| VSH | BASF | 79002360 | 凝集剤 |
| 遠心分離機 5415D | エッペンドルフ | 5424 000.410 | 遠心分離 |
| 機 遠心分離管 15 ml | Labomedic | 2017106 | 反応管 |
| 遠心分離管 50 ml 自立 | Labomedic | 1110504 | 反応管 |
| Chitosan | Carl Roth GmbH | 5375.1 | 凝集剤 |
| Design-Expert(R) 8 | Stat-Ease, Inc. | n.a.DoE | ソフトウェア |
| リン酸二ナトリウム | Carl Roth GmbH | 4984.3 | メディアコンポーネント |
| Ferty 2 | Kammlott | 5.220072 | |
| Forma -86C ULT冷凍庫 | サーモフィッシャー88400 | 庫 | |
| 温室 | n.a.n.a | . | 植物栽培用 |
| グローダンロックウールキューブ 10 x 10 cm | グローダン | 102446 | ロックウールブロック |
| HEPES | カールロスGmbH | 9105.3 | メディアコンポーネント |
| K700P 60D | ポール | 5302305 | デプスフィルターレイヤー |
| KS50P 60D | ポール | B12486 | デプスフィルターレイヤー |
| ミラクロス | Labomedic | 475855-1R | フィルタークロス |
| マルチライン マルチ 3410 IDS | WTW | WTW_2020 | pHメーター/導電率計 |
| オスラム クールホワイト 36 W | オスラム | 4930440 | 光源 |
| フィトトロン | イルカ・ツェル | n.a. | 植物栽培用 |
| ポリミンP | BASF | 79002360 | 凝集剤 |
| POLYTRON PT 6100 D | キネマティカ | 11010110 | カスタムブレードツール付き均質化装置 |
| プロテインA | ライフテクノロジー | ズ 10-1006 | 抗体結合タンパク質 |
| 塩化ナトリウム | Carl Roth | GmbH P029.2 | 培地成分 |
| シナジーHT | BioTek | SIAFRT | 蛍光プレートリーダー |
| TRIS | Carl Roth GmbH | 4855.3 | メディアコンポーネント |
| Tween-20 | Carl Roth GmbH | 9127.3 | メディアコンポーネント |
| VelaPad 60 | ポール | VP60G03KNH4 | フィルターハウジング |
| ゼータサイザー ナノ ZS | マルバーン | ZEN3600 | DLS 粒度分布測定 |
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