Pemisahan isipadu besar yang memelihara biomolekul sensitif

Pemisahan Volum Besar adalah penting untuk menghasilkan vaksin, terapi gen dan protein rekombinan. Namun keadaan yang membolehkan skala—kadar aliran tinggi, daya ricih dan tekanan—sering merendahkan biomolekul sensitif. Protein denaturasi. Serpihan DNA. Vektor virus kehilangan potensi.

Memperhebatkan Pemprosesan Hiliran Dengan Pemisahan Magnet

Teknik pemisahan tradisional telah dicipta untuk molekul kecil. Biologik lebih besar dan jauh lebih sensitif daripada molekul kecil. Biologik memerlukan teknik pemisahan untuk mengekalkan integriti dan sensitiviti biomolekul untuk produk berguna. Artikel ini menunjukkan salah satu daripada banyak kelebihan menggunakan proses pemisahan magnetik, kepada biomolekul, dengan menunjukkan sensitiviti pemisahan magnet semasa Pemisahan Kelantangan Besar.

Kaedah Pemisahan Tradisional

Apabila kebanyakan jurutera mempertimbangkan nilai biomolekul yang hilang selepas proses pemisahan, mereka bercakap tentang kecekapan faktor pengikat biomolekul dan pemulihan elusi. Walau bagaimanapun, kebanyakan degradasi produk berlaku sebelum hasil dikira dan semasa fasa pemisahan.

Kaedah pemisahan tradisional mendedahkan molekul kepada pelbagai bentuk fizikal dan kimia yang berbahaya semasa peringkat pemisahan.

• Pemisahan membran dan lajur: Aliran yang memisahkan biomolekul menyebabkan lipatan, putaran dan penyusunan semula molekul struktur dan polimer yang fleksibel, menyebabkan degradasi yang besar dan kadangkala tidak dapat dipulihkan.

• Pemisahan melalui pemanasan atau penyejukan: Kebanyakan kaedah pemisahan tradisional memerlukan kitaran pemanasan dan penyejukan biomolekul. Ini membawa kepada pemusnahan biomolekul dan pembentukan agregat.

• Pemisahan, iaitu dipacu tekanan: Aliran mekanikal dan tangen biomolekul yang terikat pada permukaan penapis, boleh menyebabkan keretakan yang ricih atau tidak dapat dipulihkan sebaik sahaja biomolekul hilang.

• Pemisahan melalui penggunaan penimbal elusi: Perubahan dalam persekitaran kimia dan penimbal elusi pH yang lebih rendah (atau kadangkala lebih tinggi) boleh mengubah konformasi biomolekul.

Dr. Lydia Kisley dan pasukan Case Western Reserve Universitynya menunjukkan bahawa beberapa bahan pemisahan komersial yang dilabelkan sebagai "berliang sepenuhnya" mempunyai bahagian tengah yang kebanyakannya tidak aktif. Ini bermakna pengeluar membayar keseluruhan kapasiti, tetapi hanya menerima sebahagian kecil daripada prestasi yang berpotensi. Ini, digabungkan dengan masa pemprosesan yang berpanjangan, boleh menyebabkan biomolekul merosot.

Memperhebatkan Pemprosesan Hiliran Dengan Pemisahan Magnet

Apabila diambil secara kumulatif, penurunan aktiviti spesifik, peningkatan pengagregatan biomolekul, dan pengurangan hasil akhir mengakibatkan pemprosesan semula yang mahal.

Mengapa Kaedah Pemprosesan Konvensional Can't Membangunkan Lebih Lanjut

Kaedah makmal mempunyai banyak kaedah pemisahan yang boleh digunakan, banyak yang boleh menjadi tidak praktikal pada skala industri.

Satu contoh kaedah dengan masalah penskalaan ialah penggunaan lajur kromatografi.

• Pengangkutan sasaran yang sempit: Dalam kromatografi katil yang dibungkus, pengikatan berlaku melalui resapan analit. Untuk biomolekul saiz lebih besar daripada 100 Da, masa resapan adalah berhampiran permukaan pengikatan dan kawasan yang besar dikecualikan.

• Penyumbatan: Untuk mengelakkan penyumbatan dalam lajur berskala industri, aliran suapan dihalang telah dijelaskan terlebih dahulu.

• Peningkatan penggunaan penimbal: Lajur berskala industri mencipta pelekap besar penimbal terpakai, yang mewujudkan peningkatan kos kepada operasi.

• Sensitiviti ricih semasa pembungkusan dan operasi: Daya mekanikal yang diperlukan untuk mengekalkan pembungkusan katil seragam pada skala boleh merosakkan biomolekul yang direka bentuk untuk disucikan oleh lajur.

Penyelidik Julian Galbusera, Ines Zimmermann, dan Paula Fraga-García dari Universiti Teknikal Munich telah mendokumentasikan bagaimana teknologi pemisahan magnet menangani kesesakan ini. Berbeza dengan kromatografi standard, di mana fasa pegun ialah matriks manik pek yang diresapi oleh bendalir mudah alih, pemisahan magnet memproses aliran suapan secara langsung dengan menggantung zarah magnet yang berfungsi. Ini membolehkan halangan resapan yang secara amnya melanda kromatografi dapat dielakkan sepenuhnya, sambil beroperasi pada skala besar dan memproses lisat yang tidak dijelaskan.

Alternatif Magnetik: Lembut, Cepat dan Berskala

Prinsip pemisahan magnet pada asasnya berbeza. Zarah magnet yang berfungsi menyasarkan spesies molekul tertentu dalam penggantungan. Penggunaan medan magnet luaran menangkap kompleks sasaran zarah dan membolehkan pencucian rutin spesies yang tidak diingini. Kompleks spesies sasaran zarah dilindungi daripada ricih dan tegasan haba semasa pemprosesan.

Untuk proses pemisahan isipadu yang besar, kelebihan teknik ini dari perspektif pemisahan biomolekul sensitif adalah beberapa:

•Tiada resapan melalui liang diperlukan: Zarah magnet biasanya tidak berliang. Oleh itu, langkah resapan perlahan, yang merupakan langkah yang mengehadkan kinetik pengikatan semua kaedah kromatografi, dipintas. Perlu dinyatakan bahawa biomolekul besar mengikat terus ke permukaan zarah.

• Penangkapan dan pelepasan lembut: Medan magnet menggunakan daya isipadu lembut berbeza dengan tekanan yang sangat tinggi dan ketumpatan pembungkusan yang sangat tinggi yang merupakan ciri lajur katil yang dibungkus. Sel kekal utuh. Vektor virus mengekalkan kebolehjangkitan. Struktur protein kekal dilipat.

• Pemprosesan langsung beban mentah: Pemisahan magnet boleh mengendalikan aliran suapan keruh dan sarat zarah tanpa pra-penapisan. Ini menghapuskan satu atau lebih operasi unit daripada kereta api hiliran.

• Penggunaan penimbal minimum: Oleh kerana zarah magnet digantung dan diambil dan bukannya ditetapkan dalam lajur, isipadu penimbal boleh dikurangkan secara mendadak, mengurangkan kedua-dua kos dan kesan alam sekitar.

Kajian 2023 yang diterbitkan dalam Terapi Molekul—Kaedah & Pembangunan Klinikal menunjukkan aplikasi praktikal prinsip ini. Penyelidik membangunkan kaedah penangkapan magnet tanpa penapis untuk membersihkan virus berkaitan adeno rekombinan (rAAV5) terus daripada lisat sel. Dalam masa kurang dari dua jam, mereka mencapai hasil pemulihan 63% daripada kira-kira 5 liter lisat, dengan pengurangan tiga log dalam DNA sel perumah dan protein sel perumah, sambil menghapuskan langkah penapisan kedalaman dan kromatografi lajur sepenuhnya.

Prestasi Dunia Sebenar at Skala Pengeluaran

Persoalan untuk pengeluar industri bukanlah sama ada pemisahan magnet berfungsi di makmal—ia adalah sama ada ia berfungsi dengan pasti pada jumlah pengeluaran. Bukti terus meningkat secara afirmatif.

• Penulenan protein berskala liter: Penyelidikan yang diterbitkan dalam ACS Omega menunjukkan bahawa proses memancing magnet satu langkah boleh mencapai 91% ketulenan protein pendarfluor hijau (GFP) terus daripada lisat sel Escherichia coli mentah pada isipadu skala liter, menggunakan zarah nano oksida besi kosong yang dihasilkan melalui sintesis kopresipitasi mudah.

• Pemisahan magnet kecerunan tinggi pada skala yang lebih besar: Banyak prinsip pemisahan magnet kecerunan tinggi (HGMS) yang sama yang membolehkan penulenan makmal digunakan dalam pengeluaran vaksin mRNA industri. Satu kumpulan mencipta ruang pemisahan HGMS pakai buang bercetak 3D daripada bahan yang mematuhi USP Kelas VI. Dalam kes ini, ruang beroperasi pada kadar aliran 150 mL seminit, dengan pengekalan melebihi 99.39%. Ini bermakna kaedah pemisahan magnet mengekalkan kecekapan tangkapan pada kadar aliran yang digunakan dalam Pemisahan Isipadu Besar.

• Aplikasi dalam terapi sel: Sistem pemisahan magnet yang digunakan untuk mengautomasikan Pengasingan sel-T mencapai kecekapan lebih daripada 85% dan lebih daripada 96% ketulenan, pada skala sedia cGMP untuk penyelidikan dan pembuatan, dalam 70 hingga 100 minit.

Teknologi Longlight: Kejuruteraan fatau tdia Jangka Panjang

Teknologi pemisahan yang menawarkan perkhidmatan berterusan volum tinggi menjadikan tumpuan kejuruteraan Longlight Technology.

Dalam bidang pemisahan magnet, sistem Longlight direka bentuk untuk mengekalkan kekuatan medan magnet seragam secara konsisten merentasi isipadu tangkapan yang besar - salah satu keperluan paling kritikal untuk menyediakan hasil yang boleh dihasilkan semula kumpulan demi kelompok. Kebolehulangan kumpulan ke kumpulan dalam Pemisahan Volum Besar ialah perkara yang tidak boleh diterima oleh persekitaran terkawal untuk pembuatan semata-mata.

Pengumpulan sistem memberikan jawapan kepada cabaran khusus yang diperlukan oleh pemprosesan volum besar:

• Menangkap daya magnet yang sangat tertumpu di seluruh zon tangkapan: Ini merujuk kepada masalah pengedaran kecerunan medan magnet yang semakin berkurangan, di mana sesetengah zarah ditangkap dengan kecekapan tinggi dan yang lain kekal. Mereka ditangkap dan kemudian melarikan diri, mengurangkan hasil dan memberikan kebolehubahan.

• Ruang pemisahan (kapal) mampu menangkap dengan cekap apabila isipadu ruang meningkat daripada sedikit di atas skala bangku kepada kumpulan skala pengeluaran.

• Fleksibiliti proses: Sistem tidak perlu melakukan sebarang pengubahsuaian yang ketara untuk menampung pelbagai jenis zarah magnet, pengikat dan prosedur pengendalian.

Melampaui Kompromi

Tindakan mengimbangi pembuat bio dalam memilih sama ada kecekapan dalam pemisahan, atau pemeliharaan biomolekul, akan berakhir. Teknologi yang menggunakan magnet dalam operasi bukanlah sesuatu yang masih diuji oleh industri. Ia adalah amalan perindustrian yang mantap dan dibuktikan dalam pelbagai artikel semakan rakan sebaya. Produk ini boleh didapati dalam inventori banyak pengeluar dan pembekal yang tidak diragukan lagi dalam industri.

Dalam aplikasi di mana nilai zarah akhir (penutupan gen, penutupan m RNA, penutupan antibodi monoklonal, produk sel dan sel, dsb.) ialah ciri yang membezakan, pemisahan magnet:

1. Mengekalkan aktiviti biologi yang hilang dalam pemisahan konvensional;

2. Menghapuskan beberapa operasi pemisahan dengan menjelaskan suapan awal.

3. Memerlukan kurang penimbal dan kurang sentuhan dengan bahan kimia.

4. Saya mudah diubah suai daripada R&D kepada barisan pengeluaran penuh.

Asas saintifik sudah mantap. Kejuruteraan sudah matang. Persoalannya sekarang bukanlah sama ada pemisahan magnet tergolong dalam biopemprosesan volum besar, tetapi seberapa cepat pengeluar akan menggunakannya untuk melindungi perkara yang paling penting—molekul yang memberikan nilai terapeutik.

Untuk meneroka cara sistem pemisahan magnet boleh menangani Pemisahan Volum Besar dalam proses khusus anda, lawati www.longlight.com untuk spesifikasi teknikal dan sokongan aplikasi.

Soalan lazim

S: Bolehkah sejumlah besar lisat sel yang tidak dijelaskan diproses dengan pemisahan magnet?

J: Ya. Pemisahan magnet boleh dilakukan pada aliran suapan dengan kekeruhan yang tinggi dan tidak memerlukan sebarang pra-penapisan aliran suapan, oleh itu, mengurangkan bilangan operasi unit.

S: Adakah benar bahawa aktiviti protein mengalami kurang degradasi dalam pemisahan biomagnetik?

J: Ya. Kaedah pemisahan biomagnetik tidak tertakluk kepada tekanan/halaju tinggi atau penggunaan sistem penimbal yang teruk untuk memisahkan dan memulihkan biomolekul.

S: Bolehkah pemisahan magnet ditingkatkan daripada makmal kepada kegunaan komersial/industri?

J: Ya. Fizik tangkapan magnet beroperasi dengan cara yang sama dalam sistem mililiter dan seratus liter dalam sebarang isipadu.

S: Apakah biomolekul yang boleh diproses dengan mudah dengan pemisahan magnet dalam jumlah yang besar?

J: Vektor virus, mRNA, rProtein, eksosom, dan sel, dsb. Bahan-bahan ini terdedah kepada tekanan mekanikal atau haba.