張 昊, 張君怡, 武浩然, 楊 欣, 樊 榮,陳國強, 陳向榮, 羅建泉*, 萬印華*

(1. 生化工程國家重點實驗室, 中國科學院過程工程研究所, 中國科學院大學, 北京 100190;2. 化學與生物工程學院, 北京科技大學, 北京100083)

生物大分子藥物,作為代表性的生物藥物,是一類利用現(xiàn)代生物技術(shù)生產(chǎn)的用于疾病診斷、治療和預防的生物大分子,包括單克隆抗體(簡稱單抗)、DNA重組技術(shù)生產(chǎn)的蛋白質(zhì)、多肽、酶和細胞因子等.該類藥物具有靶向性強、特異性高、毒副作用低和靈敏度高等特點,是當前生物醫(yī)藥領(lǐng)域的研究前沿,發(fā)展迅速且應用前景廣泛.其中,單抗在生物藥市場中占據(jù)主導地位,自1986年美國食品藥物管理局批準了第一個用于防治急性移植排斥反應的單抗OKT3以來 ,目前已有超過100個抗體藥物被批準[1].2018年全球單抗銷售收入達到1 152億美元,占同期全球生物藥市場比重高達55.3%[2].根據(jù)2023年單克隆抗體全球市場報告預測,其銷售收入在2026年有望超過1 922億美元[3].

單抗由經(jīng)過特定抗原處理過的B淋巴細胞與骨髓瘤細胞融合后得到的雜交瘤細胞產(chǎn)生.雜交瘤細胞同時具有無限增殖及分泌抗體的能力,利用小鼠腹腔腹水培養(yǎng)或體外細胞培養(yǎng)將雜交瘤細胞增殖后,分泌產(chǎn)生的抗體需要通過一系列純化過程才能制成產(chǎn)品.隨著上游培養(yǎng)方式的改進,單抗滴度越來越高,這對下游純化工藝提出了更高的要求,使得下游純化成本進一步增加,目前占總生產(chǎn)成本的50%～80%[4].因此,亟需開發(fā)低成本、快速高效、高質(zhì)量的連續(xù)化分離純化技術(shù)與裝備.

單抗分離純化過程主要分為澄清、捕獲、純化與精制、病毒去除和預制劑5個部分.傳統(tǒng)純化過程首先會通過離心分離、深層過濾或錯流過濾(TFF)技術(shù)去除單抗培養(yǎng)液中的不溶性雜質(zhì).之后利用固定了蛋白A的樹脂或者硅膠球顆粒的柱層析分離技術(shù)進行蛋白捕獲,實現(xiàn)目標蛋白的富集和濃縮,同時降低雜質(zhì)成分,提高產(chǎn)品濃度和純度.然后,利用離子交換、疏水或凝膠柱層析技術(shù)進一步去除料液中的宿主細胞蛋白(HCPs)和宿主細胞DNA、過程雜質(zhì)(泄漏的蛋白A配體、內(nèi)毒素和病毒污染物)以及產(chǎn)物變體(聚集體和電荷變體)等.隨后采用病毒過濾膜再次清除內(nèi)源和外源病毒.最后通過超濾和滲濾工藝進行蛋白濃縮和緩沖液置換[5].然而,在蛋白捕獲、純化與精制過程中柱層析分離技術(shù)存在操作壓力高、操作時間長、處理量小和放大困難的問題.近年來,研究者們嘗試將膜分離技術(shù)與層析技術(shù)相結(jié)合,通過在膜孔中接枝不同類型的配體基團,制備出具有親和作用、離子交換、疏水吸附等功能的膜層析代替柱層析.膜層析技術(shù)因其分離效率高、系統(tǒng)壓降低、操作流速高、成本低、易于擴大化生產(chǎn)等優(yōu)勢在抗體捕獲、純化與精制方面也展現(xiàn)出良好的應用前景[4].因此膜分離技術(shù)在單抗純化過程中應用廣泛且極具前景.

本文綜述膜技術(shù)在單抗下游分離純化工藝中不同工段包括澄清、捕獲、純化與精制、預制劑單元中的應用及基本原理,主要包括深層過濾膜、膜層析介質(zhì)及裝備、病毒過濾膜和用于蛋白濃縮和緩沖液置換的超濾/滲濾膜過程(圖1).介紹分離膜在各個操作單元中的應用現(xiàn)狀和面臨的挑戰(zhàn).最后對膜分離技術(shù)在生物藥純化方面的發(fā)展趨勢進行了展望.

圖1 膜分離技術(shù)單抗純化工藝中的應用Fig.1 Application of membrane separation technology for purification of monoclonal antibody

1 澄清

澄清過程主要用于清除系統(tǒng)殘留的固體和細胞碎片,降低與過程和產(chǎn)品相關(guān)的雜質(zhì)水平,從而減輕后續(xù)層析和過濾負荷.深層過濾和錯流過濾在單抗澄清工藝中應用廣泛.

1.1 深層過濾

大多數(shù)商品化深層過濾介質(zhì)是由纖維素基質(zhì)、助濾劑和黏結(jié)劑組成,并且具有大量的半通孔及貫通孔的異質(zhì)結(jié)構(gòu).相比于表面過濾,深層過濾發(fā)生在整個膜的縱深.其中纖維素的直徑和裝填密度決定了深層過濾膜的孔徑.具有高比表面積的助濾劑如硅藻土、活性炭等可以通過吸附作用去除較小的細胞碎片、蛋白質(zhì)和DNA.黏合劑主要用于維持濾膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性.因此,基于多種物質(zhì)共同構(gòu)成的深層過濾膜其雜質(zhì)去除機制是多樣化的,可能同時包括尺寸篩分、靜電作用、疏水吸附等作用機理[6].Millipore公司的ClarisolveTM深層過濾器對細胞密度為15×106～20×106的倉鼠卵巢(CHO)細胞培養(yǎng)液的處理量可達100 L/m2,如采用酸沉淀法或殼聚糖等高分子絮凝劑絮凝預處理可使深層過濾器的處理量提高3倍以上[7].除了培養(yǎng)液的澄清,深層過濾也常用作純化過程的預處理步驟,以去除HCPs、DNA、蛋白變體等雜質(zhì),提高后續(xù)純化效果.通過膜改性或者添加荷電聚合物也可以強化深層過濾膜的澄清效果.Metzger等[8]證明3M公司的EmphazeTM陰離子交換深層過濾膜可以實現(xiàn)3 log的DNA去除和7 log的內(nèi)毒素去除,同時HCPs含量也有小幅下降,因此顯著降低了后續(xù)陽離子交換層析柱中的污染.然而,多數(shù)深層過濾器是死端過濾模式,無法實現(xiàn)細胞截留回用,因此難以與灌流式生物反應器耦聯(lián)進行連續(xù)生產(chǎn).

1.2 錯流過濾

基于中空纖維微濾膜的TFF工藝具有占地面積小、可靠性高、澄清效果好的優(yōu)勢,澄清后的產(chǎn)品可以直接與蛋白A層析柱相結(jié)合[9].該工藝可以與灌流式生物反應器結(jié)合進行連續(xù)生產(chǎn),在澄清過程中將截留的細胞返回到反應器中,同時回收透過液中的單抗產(chǎn)物進入后續(xù)捕獲和精制工藝.然而,澄清過程中膜污染嚴重、產(chǎn)物截留率高等問題限制了其商業(yè)化進程.為了解決上述問題,大量的研究工作通過選擇具有合適膜孔徑、膜材料、表面理化性質(zhì)的分離膜,優(yōu)化膜操作參數(shù)如通量、錯流速度、跨膜壓力、進料體積等減小膜污染和產(chǎn)物截留率.Wang等[10]用孔徑從數(shù)百kDa到0.65 μm的中空纖維微濾膜澄清單抗培養(yǎng)液時發(fā)現(xiàn)尺寸為20～200 nm與膜孔徑相近的顆粒是導致膜孔堵塞和產(chǎn)物截留率高的主要原因.使用孔徑大于2 μm的中空纖維膜進行澄清時可保證在整個澄清過程中產(chǎn)物幾乎完全透過,同時實現(xiàn)細胞的完全截留.Pinto等[11]也得到了相同的實驗結(jié)果,發(fā)現(xiàn)相比于孔徑為0.2 μm和0.5 μm的微濾膜,1 μm和4 μm的大孔濾膜可以有效解決產(chǎn)物截留率高的問題,然而孔徑越大透過液中雜質(zhì)越多,為了避免對后續(xù)樹脂層析捕獲過程的影響,需要使用深層過濾裝置對澄清后的料液進行預處理.除了選擇合適的分離膜及優(yōu)化操作參數(shù),研究者們也改進膜組件的運行模式,將錯流過濾改為交替錯流過濾(ATF),即通過交替改變進料液的流動方向以有效緩解膜污染,提高產(chǎn)品收率.另外,用低剪切離心泵代替蠕動泵也可以減少細胞破損,從而降低膜污染和產(chǎn)品損失.

2 捕獲、純化與精制

澄清后的培養(yǎng)液中抗體蛋白濃度較低,約0.5～5 mg/mL,首先會通過蛋白A層析柱特異性捕獲目標蛋白,實現(xiàn)目標蛋白的富集和濃縮,降低雜質(zhì)成分,提高產(chǎn)品濃度和純度.捕獲在層析柱上的目標蛋白經(jīng)過低pH下洗脫和滅活過程后進入一系列層析過程進行純化和精制,以去除HCPs、DNA、工藝雜質(zhì)(泄漏的蛋白A配體、內(nèi)毒素和病毒污染物)和產(chǎn)品變體(聚集體和電荷變體).在過去的二十年中,膜層析技術(shù)在單抗純化過程中表現(xiàn)出極高的應用潛力.層析膜是將功能配基接枝固定在分離膜孔內(nèi)制備得到的,可通過流體對流傳質(zhì)完成單抗吸附和脫附,與基于擴散傳質(zhì)的樹脂填料柱層析相比,膜層析在流通模式下的對流傳質(zhì)阻力小、壓降低,從而大幅提高了操作通量和純化效率,同時層析膜表面配體與生物大分子的接觸幾率高,提高了配體的利用率.另外使用膜層析可以減少緩沖液的用量,降低操作成本(圖2).但是,相比于大孔樹脂微球,層析膜仍然存在比表面積小、結(jié)合容量低的問題[12].膜層析一般通過親和、離子交換、疏水吸附作用對目標產(chǎn)物進行捕獲、純化和精制,根據(jù)配體與目標分子的相互作用方式,可主要分為親和層析膜、離子交換層析膜、疏水層析膜和混合模式層析膜.目前商品化層析膜主要生產(chǎn)企業(yè)包括Millipore、Pall和Sartorius等;纖維素、再生纖維素、尼龍、聚乙烯分離膜具有理化性質(zhì)穩(wěn)定、機械強度高、易于功能化等特點,常用于層析膜的基膜;與分離膜結(jié)合的親和配體主要有蛋白A、過渡金屬離子和色素分子等;離子交換配體有氨基、磺酸基等離子交換基團;疏水配體有甲基、戊烷和苯基等.

圖2 液體傳遞模式示意圖[13]Fig.2 Schematic diagram of different mass transfer modes[13]

2.1 膜層析用于單抗捕獲

膜層析用于單抗捕獲的操作模式為結(jié)合-洗脫模式.使用蛋白A親和配體用于抗體捕獲已經(jīng)成為生物制藥領(lǐng)域的標準步驟,蛋白A有5個同源結(jié)構(gòu)域,可以與單抗中的Fc片段特異性結(jié)合,具有結(jié)合力強、選擇性高等優(yōu)點,是目前最常用、最有效的親和配體[14].Boi等[15]使用Sartorius生產(chǎn)的一種以醋酸纖維素多孔膜為基底的新型蛋白A親和層析膜用于單抗捕獲,在目標蛋白流穿量低于10%時其最大動態(tài)結(jié)合容量(DBC10%)為8.7 mg/mL,回收率高于95%.Chantal等[16]使用Sartobind?Protein A 2 mL親和層析膜對澄清后的單抗培養(yǎng)液進行捕獲,實驗測得DBC10%為5.9 mg/mL,在pH 3.5和NaCl濃度為0.15 mol/L時進行洗脫時,單抗回收率大于95%,聚集體含量僅為0.26%.蛋白A親和配體雖然具有優(yōu)異的單抗捕獲能力,但其價格十分昂貴,一般蛋白A樹脂售價在每升8 000～15 000美元.為了降低純化成本,一些非蛋白A的親和層析膜、離子交換層析膜和疏水層析膜也被大量嘗試用于單抗捕獲.Bayramoglu等[17]將仿蛋白A結(jié)構(gòu)的染料配體活性綠固定在分離膜上用于分離血清中的免疫球蛋白(IgG),由于對白蛋白的非特異性吸附,洗脫液中IgG的純度僅為81%,回收率為67%.Bresolin等[18]將亞氨基二乙酸作為陽離子交換配體固定在聚乙烯醇中空纖維膜上用于單抗純化,所制備的陽離子交換吸附膜層析材料最大吸附容量為70 mg/mL,DBC為3.1 mg/g,洗脫液中單抗純度可達94.3%.向該層析膜進一步螯合Zn2+后所制備的金屬親和層析膜的DBC提升至9.14 mg/g.

然而大部分商品化蛋白A樹脂的DBC10%都高于35 mg/mL,遠高于目前商品化膜層析介質(zhì)(1.58～11.67 mg/mL),因此研究者通過向膜基底中引入多孔水凝膠,接枝高密度聚合物刷,制備高比表面積的靜電紡絲納米纖維膜等方式提高配體接枝密度和負載量,從而提高其DBC[19-21].如Grunberg等[21]利用可自交聯(lián)的多糖溶液制備出了具有對流孔和擴散孔雙連續(xù)相的蛋白A層析膜,該膜結(jié)構(gòu)中大尺寸的對流孔可以促進目標蛋白快速傳至具有比表面積大、結(jié)合容量高且擴散距離短(2～3 μm)的凝膠相擴散孔中,大幅提高層析膜的分離效率和結(jié)合容量.所制備的層析膜單抗DBC10%高達42.9 mg/mL,產(chǎn)率為203 g/(L·h).另外,一些混合模式層析膜也展現(xiàn)出很好的蛋白捕獲能力,如NatriFlo HD混合模式層析膜同時具有磺酸離子交換配體和t-丁基疏水配體,其對單抗的DBC10%大于90 mg/mL[23].

2.2 膜層析用于單抗純化與精制

陰離子交換層析膜、陽離子交換層析膜和疏水層析膜一般用于產(chǎn)品純化與精制過程,進一步在流通模式下去除如HCPs、DNA、產(chǎn)品變體(酸性或堿性變體、聚集體等)、泄漏的蛋白A、滲濾液和內(nèi)毒素等低濃度雜質(zhì).Fan等[24]用多巴胺對聚醚砜膜進行親水改性,并以聚多巴胺層為中間功能層進一步偶聯(lián)聚乙烯亞胺、十二硫醇和組氨酸分別構(gòu)建陰離子交換、疏水和親和層析膜用于人血清白蛋白(HSA)和IgG分離,三種層析膜可分別獲得純度為96.7%的HSA,純度為94.6%的IgG和純度接近100%的IgG,同時多巴胺改性可以有效提高層析膜的親水性從而降低其非特異性吸附.Nadar等[25]構(gòu)建了陰離子交換層析膜-陽離子交換層析膜級聯(lián)工藝去除蛋白A洗脫液中的HCPs和酸性變體,并利用高通量篩選技術(shù)在小尺寸膜層析裝置中對純化精制過程中緩沖液pH、鹽濃度、膜載量、流速和梯度長度等條件進行優(yōu)化,最終將單抗中的HCPs含量降低至檢測限以下,酸性變體含量由89.5%降至19.2%,同時單抗回收率為71%.Trnovec等[26]用商品化的陰離子交換膜NatriFlo?HD-Q、Sartobind?Q、和Mustang?Q在流通模式下去除單抗中的HCPs和DNA等雜質(zhì),實驗得出合適的緩沖液條件下層析膜對HCPs去除率都高于80%,純化后HCPs濃度低于50 mg/L,同時HPCs去除率隨著所用緩沖液pH的增加而增加,但隨著離子強度的增加而降低.需要注意的是純化和精制過程中的料液一般電導率通常高于10 mS/cm,因此需要開發(fā)耐鹽層析膜,降低離子強度對層析膜雜質(zhì)去除性能的影響.Fan等[27]開發(fā)出了基于多巴胺改性的聚偏氟乙烯耐鹽型陰離子交換層析膜,其在200 mmol/L NaCl時對IgG的回收率接近100%且純度高于99%.目前也有包括SartobindSTIC、EmphazeST等多種商品化耐鹽陰離子交換層析膜產(chǎn)品.Boi等[28]對比了具有相同離子交換配基的層析膜和填充床層析柱用于牛血清蛋白純化的效果,實驗得出層析膜平衡吸附容量為43.04 mg/mL,僅為填充床層析柱的60%,但最高產(chǎn)率是填充床層析柱的3.3倍,且高流速下利用率更高.

2.3 新型膜層析裝置

除了膜層析介質(zhì)外,膜層析裝置的流道和分布器設(shè)計對分離選擇性能也十分重要.多數(shù)膜設(shè)備都采用徑向流動形式,使得所制備的膜層析裝置存在流道復雜、空隙體積大的問題,易造成流體分布不均、配體利用率低,導致層析膜洗脫峰分布較寬、分離性能不高[圖3(a)].為了解決上述問題,Ghosh等[29-30]提出一種橫向供料膜層析裝置[圖3(b)],其在流量分布、配體利用率、峰值分辨率等方面均優(yōu)于疊片裝置,該裝置已成功用于單抗聚集體和變體的高分辨率分析和分離.Chen等[31]提出一種新型環(huán)流式中空纖維膜層析裝置[圖3(c)和3(d)], 該結(jié)構(gòu)中流體流動路徑長度一致,溶質(zhì)在裝置停留時間分布窄、死體積小、流體回流少,可以實現(xiàn)快速高分辨的蛋白分離.

圖3 裝置中流體流動路徑[12]Fig.3 Flow path diagram of deviec

3 病毒過濾

在CHO細胞培養(yǎng)過程中會有內(nèi)源性表達逆轉(zhuǎn)錄病毒,同時在生產(chǎn)過程中也會發(fā)生外來病毒如小鼠細小病毒的污染[32].因此,病毒去除步驟在單抗下游純化過程中十分重要.病毒過濾膜可通過尺寸篩分作用高效去除包膜病毒和無包膜病毒,保證生物制藥藥物的病毒安全性.該過濾過程需要保證水力學直徑為9～12 nm的單抗分子透過率高于95%,同時對直徑為18～26 nm細小病毒的截留率高于99.99%,因此常用的病毒過濾膜孔徑在20 nm左右[33].目前商品化病毒過濾膜生產(chǎn)被國外公司壟斷,生產(chǎn)企業(yè)主要包括Asahi Kasei Bioprocess、Millipore、Pall和Sartorius,膜材料包括高親水性再生纖維素膜和親水改性后的聚醚砜和聚偏氟乙烯膜.病毒過濾膜具有海綿狀孔隙結(jié)構(gòu),同時孔徑呈梯度變化[34].大多數(shù)商品化的病毒過濾膜都采用逆向死端過濾的操作方式(即多孔支撐層面向進料液而分離層背離進料液),相比于正向過濾,該操作方式可將分離膜的多孔支撐結(jié)構(gòu)充當深層預過濾器,從而降低蛋白質(zhì)聚集體對膜分離層的堵塞,大幅提升膜的抗污染能力[35].另一方面,逆向過濾方式可以強化多孔支撐層內(nèi)部單抗的濃差極化作用,從而增加單抗的透過率[36].另外,與錯流過濾相比,死端過濾還具有操作簡單、運行成本低的優(yōu)勢[37].

病毒過濾膜面臨的主要挑戰(zhàn)是單抗聚集體在過濾過程中通常會發(fā)生堵孔并形成濾餅層,導致膜污染十分嚴重,從而降低膜過濾效率和總過濾體積,降低工藝的經(jīng)濟性[38].Namila等[39]用3種病毒過濾膜過濾每毫升含有107個小鼠細小病毒料液時發(fā)現(xiàn)當處理量達到250 L/m2時膜通量基本沒有下降,而經(jīng)過澄清純化步驟后的料液中病毒滴度非常低,一般在104mL-1,所以在病毒過濾過程中由病毒本身導致的膜污染可以忽略不計.Barnard等[40]發(fā)現(xiàn)僅占溶液中蛋白質(zhì)總質(zhì)量1×10-4%的20～40 nm大小范圍內(nèi)的微量蛋白質(zhì)聚集體足以在病毒過濾過程中引起顯著的通量衰減.研究者們嘗試通過改變膜表面化學性質(zhì)、調(diào)控膜結(jié)構(gòu)和優(yōu)化過濾過程中的操作參數(shù)等方式來降低膜污染.增加膜的親水性可以降低蛋白與膜的相互作用,從而降低膜污染.Kosiol等[32]通過對比10種不同的病毒過濾膜性能發(fā)現(xiàn)徑向孔徑梯度變化較為緩和的膜抗污染能力更強.這是因為孔徑梯度變化較為緩和的膜可用作深層預過濾區(qū)域的面積更大,從而提高預過濾能力,有效緩解對分離層的污染.Peles等[41]研究了在病毒過濾過程中操作壓力在10～60 psi范圍下單抗對膜污染的影響,實驗發(fā)現(xiàn)當膜通過量較低時(< 8 L/m2),此時孔堵污染占主導作用,而跨膜傳質(zhì)阻力隨著操作壓力的升高而降低,作者提出高操作壓力下傳質(zhì)推動力高,可促使蛋白低聚體透過膜孔,從而降低膜的孔堵污染.隨著透過液持續(xù)增加,濾餅污染占主導地位,高壓操作會使濾餅層壓實,加劇膜污染程度,此時跨膜傳質(zhì)阻力隨著操作壓力的升高而升高.

4 預制劑

預制劑是單抗下游工藝的最后一步,在這個步驟中純化后的抗體一般需要被濃縮至150 g/L以上,并將其置換到合適的緩沖液中以保證抗體藥物產(chǎn)品的穩(wěn)定性[6].超濾膜濃縮和滲濾工藝被廣泛用于蛋白濃縮和緩沖液置換,已基本取代了利用尺寸排阻層析進行溶劑交換的方法.在濃縮和滲濾工藝中所選用的超濾膜孔徑要小于抗體尺寸,截留分子量一般在30 000左右,通常采用錯流過濾的操作方式.圖4所示為超濾/滲濾工藝系統(tǒng),首先除病毒后的原料經(jīng)過供料泵送入料液罐中進行預濃縮至蛋白濃度約為25 g/L,之后用數(shù)倍預濃縮液體積的滲濾緩沖液進行置換,最后將蛋白再次濃縮至目標濃度.

圖4 用于蛋白濃縮和緩沖液置換的超濾/滲濾系統(tǒng)示意圖Fig.4 Schematic representation of ultrafiltration/diafiltration system for protein concentration and buffer exchange

由于濃縮過程抗體濃度大幅增加,蛋白質(zhì)間的相互作用增大,引起蛋白團聚,使得料液黏度和滲透壓升高,這一方面會導致超濾濃縮過程中通量大幅下降,另一方面由于道南效應和尺寸篩分效應共同作用下會導致pH和輔料濃度偏移等問題,從而降低制劑的穩(wěn)定性和藥效[42].同時,分離膜在較高濃度下運行存在膜污染嚴重、通量下降、膜清洗通量恢復率低等問題.一些研究發(fā)現(xiàn),向高濃度蛋白溶液中加入輔料如精氨酸、組氨酸或咪唑可以降低料液黏度、減少蛋白團聚,同時降低其與膜表面的非特異性相互作用,提高過濾通量,并進一步提高蛋白濃縮倍數(shù)[43].提高過濾溫度也可以提高過濾通量,但會影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性.

近年來,Pall、Millipore、Repligen等公司也推出了多種一次性超濾錯流過濾裝置,這些裝置已提前經(jīng)過消毒殺菌處理,可以直接接入濃縮和滲濾工藝中,而無需制定和驗證清洗和殺菌工藝.為了降低生產(chǎn)成本,減少處理過程中停留時間、儲罐體積和數(shù)量,提高工藝穩(wěn)定性,澄清純化連續(xù)化生產(chǎn)工藝備受青睞.目前,多種單程錯流過濾超濾膜組件已被商業(yè)化生產(chǎn)并用于單抗連續(xù)濃縮工藝中.單程錯流過濾系統(tǒng)通常由多個膜包串聯(lián)組成長的過濾流道,以實現(xiàn)單次過濾就達到所需濃縮倍數(shù).同時,通過設(shè)計優(yōu)化流道寬度、長度和膜包排列方式可以降低壓降,提高過濾通量[44].Christopher等[45]也提出用低成本聚砜中空纖維膜制備一次性單程錯流過濾裝置,該裝置在單次過濾后可將IgG濃縮10倍以上,濃度高于200 g/L,連續(xù)使用120 h后壓降小于1 kPa.該裝置在處理1.4 kg IgG的成本低于每克0.004美元,證明了其具有經(jīng)濟可行性.

5 結(jié)語與展望

隨著生物藥在疾病檢測、治療和預防領(lǐng)域的快速發(fā)展,以及連續(xù)化生產(chǎn)工藝的逐漸普及,基于膜分離技術(shù)的分離純化單元起著越來越重要的作用.然而,膜分離技術(shù)在不同操作單元仍然面臨各種問題亟需解決,如微濾澄清、病毒去除和蛋白濃縮過程中膜污染嚴重、層析膜結(jié)合容量低、緩沖液置換過程中pH和輔料濃度偏移等.新膜材料如兼具有機和無機材料性能的雜化膜、生物相容性好的生物基膜材料的開發(fā),孔徑分布及梯度孔結(jié)構(gòu)可控調(diào)控,長久穩(wěn)定的膜改性涂層研制,膜組件流體分布及傳質(zhì)優(yōu)化,以及利用機器學習精準預測分離膜性能有望解決上述問題,進一步促進生物藥下游純化效率,增強工藝的穩(wěn)定性和可控性,提高生物產(chǎn)品純度和質(zhì)量,同時降低純化成本.另外,大多數(shù)用于抗體純化工藝中的商品化分離膜及膜組件仍被國外壟斷,“卡脖子”形勢嚴峻,國產(chǎn)替代刻不容緩.