Очистка моноклональных антител

Моноклональные антитела представляют собой гомогенные иммуноглобулины, специфически направленные к одиночной детерминанте антигена. В области молекулярной биотехнологии и медицины свойства антител используют для разработки очищенных терапевтических препаратов.

С развитием технологий очистки МКА расширяется область их применения, совершенствуются методы диагностики и лечения. Становятся более распространенными и доступными средства иммунотерапии.

Терапевтические моноклональные антитела могут распознавать опухолевые клетки и замедлять их рост. Ученые создают антитела для лечения инфекционных и вирусных заболеваний, SARS-CoV-2. Активно работают над адресной доставкой препаратов к атипичным тканям для селективного воздействия.

Мишенью для МКА-терапии могут быть и одноцепочечные антитела при системных аутоиммунных нарушениях. Гуманизированные антитела помогают бороться с хроническим воспалением, редкими наследственными заболеваниями. Ряд лекарств на основе МКА уже прошли клиническую апробацию в медицине.

Одна из главных трудностей для массового производства медицинских препаратов антител – очищение первичного сырья. Лучшие методы дают чистоту МКА для терапевтических целей до 95%.

Над развитием технологий очистки работают биомолекулярные лаборатории во всем мире. Предлагаемые подходы проходят апробацию, чтобы оценить потенциал для научных целей и фармацевтической индустрии.

Критерии оценки технологии:

• достижение терапевтической чистоты, чувствительности и селективности готовых препаратов МКА;
• техническая доступность (лабораторное оборудование, реагенты, другие элементы лабораторного биопроцессинга);
• структура затрат (большая часть цены готовых препаратов МКА – это стоимость их очистки);
• перспективы коммерческого внедрения, масштабирования от лабораторных до промышленных объемов;
• степень автоматизации выделения антител и процесса очистки моноклональных антител;
• производительность, рентабельность технологии, точка безубыточности и другие экономические критерии.

Один из перспективных и распространенных современных способов – аффинная хроматография. В методе сочетаются высокая степень чистоты готовых МКА и коммерческая эффективность. Микробиологи разработали несколько альтернативных вариантов хроматографического разделения в зависимости от характеристик компонентов. Выделяемые антитела гомогенны и обладают похожим строением, отчего проявляют близкие свойства. Это дает возможность применять идентичные технологии очистки, варьируя только условия.

Очистка антител происходит поэтапно. Один из самых трудоемких – этап первичного отделения от культуральной жидкости. Для этого разработан метод жидкостной хроматографии с аффинными сорбентами на основе белков А, G, L, иммобилизованных на матрице. Такие сорбенты обладают высокой и специфичной избирательностью к целевым биомолекулам (частицам).

Антитела имеют свойство связываться с неподвижным лигандом на матрице сорбента. Остальные молекулы, несвязанные или недостаточно прочно связанные с лигандом, на выходе из проточного буфера удаляются. Затем, чтобы извлечь целевые антитела из сорбента, на следующих этапах применяют pH, ионную силу, реже – конкурирующие агенты.

На завершающих стадиях хроматографической фильтрации подбирают дополнительные сорбенты с подходящей модальностью, чтобы очистить МКА от родственных примесей.

Очистка моноклональных антител с применением сорбентов обладает таким плюсами, как простота метода получения биопродуктов, селективность, достижение необходимой чистоты готового продукта. Из минусов – высокая стоимость и ограниченный жизненный цикл аффинных сорбентов.

По данным исследований, препараты МКА, очищенные методом аффинной хроматографии, соответствуют рекомендованным значениям специфической активности.

Очистка МКА в лаборатории и на биофармацевтическом производстве моноклональных антител отличается тем, что при аналогичной чистоте готового продукта промышленный выпуск должен быть массовым, экономически рентабельным. Для получения моноклональных антител в больших количествах и создания доступных медицинских препаратов требуются новые технологические решения, которые:

• повышают выход качественного продукта;
• снижают потери полезных веществ на этапах производства;
• энергетически малозатратны;
• не слишком требовательны к инфраструктуре.

При этом качество должно оставаться эталонным. Поиск баланса между себестоимостью, эффективностью и масштабированием процессов – главный вызов в прикладной молекулярной биологии.

Амфифильные материалы – еще один вид сорбентов для очистки. Принцип их действия отличается от того, как работают аффинные сорбенты. Амфифильные сорбенты проявляют одновременно гидрофильные и гидрофобные свойства, что позволяет связывать разные группы веществ (полярные, неполярные).

Физические и химические особенности амфифильных сорбентов широко используют в биолабораториях. Например, амфифильными свойствами обладают белки А или G, применяемые в аффинной хроматографии с лигандами для выделения и очистки антител и других биомолекул. Амфифильный способ позволяет получать антитела высокой чистоты, быстро отделять их от других белков и примесей в клеточных культурах.

Также метод применяют для подготовки поликлональных антител, которые используют в предварительной или скрининговой диагностике. Неоднородность и низкая специфичность ограничивают применение поликлональных антител для лечения заболеваний.

Основная сложность внедрения биопроцессов для производства препаратов на основе МКА – высокие затраты и низкая производительность. Так было до появления новых технологий тангенциальной фильтрации.

Традиционное ультрацентрифугирование не могло обеспечить той скорости и производительности, начиная с которых можно говорить о рентабельном биофармацевтическом производстве.

Нужно было перейти от ограниченности, элитарности методов для лабораторий к универсальным промышленным процессам с упрощенными требованиями к инфраструктуре. Чтобы масштабировать производство, потребовались решения для комплексной автоматизации процесса, высокой производительности, рентабельности и качества биопродукта. Подобные технологии для оснащения фармацевтических производств уже появились в России.

В биопроизводстве для хроматографической очистки внедряют автоматизированные системы, которые в реальном времени позволяют контролировать все этапы очистки и регистрировать значимые параметры разделения.

К эффективным технологиям очистки МКА для биофармацевтических производств относится тангенциальная фильтрация (TFF-системы Challenge IM). Этот современный мембранный метод разделения по молекулярной массе частиц применяют на начальных этапах очистки как наиболее адаптированный для работы с биологическими продуктами.

Преимущества TFF-систем:

• позволяют с высокой скоростью обрабатывать большие объемы сырья (в 3 раза быстрее, чем ультрацентрифугирование);
• снижают себестоимость предварительной очистки на 30-40%;
• сочетают концентрирование, диафильтрацию, буферный обмен и вирусную очистку;
• эффективно решают задачи промышленного масштабирования;
• высокий выход чистого продукта (95-98%) за счет точного мониторинга, отсутствия высоких g-сил и снижения риска агрегации);
• упрощенная балансировка и масштабируемость;
• полная автоматизация платформы, интеграция с другими циклами биопроцесса разработки препаратов;
• многократное применение мембран, автоматическая промывка и сниженные требования к инфраструктуре.

TFF-системы Challenge IM для промышленного биопроизводства решают стратегические задачи современной медицины, помогают масштабировать производство моноклональных антител высокого качества для создания препаратов с терапевтической специфичностью и селективностью.