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顆粒球コロニー刺激因子のための統合的連続PEG化精製プロセスの開発
Development of an Integrated Continuous PEGylation and Purification Process for Granulocyte Colony Stimulating Factor.
PMID: 32687956 DOI: 10.1016/j.jbiotec.2020.07.008.
抄録
治療用タンパク質のPEG化は、インビボ半減期を増加させ、それによってバイオアベイラビリティを向上させることにより、タンパク質の薬物動態特性を向上させる安全かつ効果的なアプローチとして長い間認識されてきました。PEG化にリンクされたすべての利点にもかかわらず、PEG化製品の高いコストは、患者へのこれらの製品のアクセス性を妨げてきました。連続処理は、製品の品質を犠牲にすることなく経済性を向上させることができることが証明されており、この苦境を解決するソリューションを提供します。本研究では、治療用タンパク質であるPEG-GCSFのための統合的な連続PEG化精製プロセスの開発を報告する。これを達成するための方法論は、統合された連続プロセスへの変換に続いて、バッチPEG化と精製プロトコルを開発することで構成されていました。迅速かつ生産性の高いPEG化（反応時間1時間以内に反応が完了）と陽イオン交換クロマトグラフィーを含むバッチプロセスが開発されました。このバッチプロセスを連続プロセスに変換するために、コイル状流路反転反応器、インライン濃縮器、逆流クロマトグラフィーなどの技術を利用した。最終的な統合された連続プロセスは、コイル状流インバーター反応器での連続PEG化と4カラム連続逆流陽イオン交換クロマトグラフィーで構成されています。連続クロマトグラフィーは、新規な置換モードで実施され、ここでは、すべてのマルチPEG化不純物がローディングフロースルーで除去され、純粋なモノPEG化タンパク質が一段階の塩溶出で得られた。我々の以前に確立されたGCSF製造トレインと組み合わせて、包接体から未形成のPEG-GCSF原体までのエンドツーエンドの連続製造プロセスを12時間運転することに成功した。製品純度は99％以上、高分子量不純物は0.5％以下と、すべての属性が運転期間中一貫していることが判明した。今回の研究が、PEG化された治療用タンパク質の製造性を向上させる方法として、連続処理を実施するための基礎を築くことを期待しています。
PEGylation of therapeutic proteins has long been recognized as a safe and effective approach to enhance pharmacokinetic properties of proteins by increasing the in-vivo half-life and thereby the bioavailability. Despite all the benefits linked to PEGylation, high cost of PEGylated products has hindered accessibility of these products to patients. Continuous processing offers a solution to this predicament with its proven capability to improve economics without sacrificing product quality. In this study, we report the development of an integrated continuous PEGylation and purification process for a therapeutic protein, PEG-GCSF. The methodology to achieve this consisted of developing the batch PEGylation and purification protocols followed by their conversion into an integrated continuous process. A batch process involving rapid and highly productive PEGylation (reaction completion within one hour of reaction time) followed by cation exchange chromatography was developed. Enabling technologies like coiled flow inversion reactor, inline concentrator and counter-current chromatography, were utilized for the successful conversion of the batch process to continuous mode. The final integrated continuous process consisted of continuous PEGylation in a coiled flow inverter reactor followed by four column continuous counter-current cation exchange chromatography. Continuous chromatography was performed in a novel displacement mode, wherein all the multi-PEGylated impurities were removed in the loading flow-through and the pure mono-PEGylated protein was obtained in a single step salt elution. In combination with our previously established GCSF manufacturing train, the end-to-end continuous manufacturing process starting from inclusion bodies to unformulated PEG-GCSF drug substance was successfully run for 12 h. All attributes were found to be consistent over the period of operation with product purity > 99 % and high molecular weight impurities < 0.5 %. We hope that the current study will lay the foundation for implementation of continuous processing as a method to improve manufacturability of PEGylated therapeutic proteins.
Copyright © 2020. Published by Elsevier B.V.