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CPHI制藥在線 資訊 雙特異性抗體下游純化技術全解析

雙特異性抗體下游純化技術全解析

作者:Jeff Wu  來源:抗體圈
  2025-02-11
本文系統(tǒng)解析雙特異性抗體(bsAb)純化的核心策略,涵蓋捕獲層析、產(chǎn)物與工藝相關雜質(zhì)去除技術及未來發(fā)展方向,其復雜結構使其下游純化面臨挑戰(zhàn),目前已有多種技術應對。

引言:雙特異性抗體(bispecific antibodies, bsAbs)是一類能夠同時靶向兩個不同抗原表位的治療性抗體。相較于傳統(tǒng)單克隆抗體(mAb),bsAbs在腫瘤免疫治療、自身免疫性疾病和感染性疾病中展現(xiàn)出更高的特異性和更低的副作用風險。截至2025年,全球已有14款bsAb藥物獲批上市,另有數(shù)百種處于臨床前研究階段。然而,bsAb的復雜結構(圖1)使其下游純化面臨巨大挑戰(zhàn):

雙特異性抗體

  • 產(chǎn)物相關雜質(zhì)(如同源二聚體、片段污染物、聚集體)
  • 工藝相關雜質(zhì)(如宿主細胞蛋白、病毒、內(nèi)毒素)

本文將系統(tǒng)解析bsAb純化的核心策略,涵蓋捕獲層析、雜質(zhì)去除技術及未來發(fā)展方向,為生物制藥工藝開發(fā)提供全面指導。

雙特異性抗體的結構分類

圖1 | 雙特異性抗體的結構分類:對稱型與非對稱型、IgG樣與非IgG樣結構。

一、捕獲層析:從Protein A到新型技術

1.1 傳統(tǒng)親和層析:Protein A的黃金標準

Protein A親和層析是bsAb捕獲的核心技術,其通過結合抗體的Fc區(qū)域?qū)崿F(xiàn)高特異性捕獲。近年來,高載量樹脂(如MabSelect PrismA)的研發(fā)顯著提升了效率:

  • 動態(tài)結合容量:58–74 mg/mL(2–4分鐘停留時間)
  • 優(yōu)化案例:使用MabSelect SuRe LX捕獲非對稱IgG樣bsAb,載量30 g/L時回收率達94.2%

局限性:

  • 酸性洗脫條件(pH 3.6)可能導致抗體變性
  • 樹脂成本高昂,且對非IgG樣bsAb無效

1.2 非Fc依賴型捕獲技術

對于缺乏Fc區(qū)域的非IgG樣bsAb,需采用輕鏈(LC)靶向親和層析:

  • Protein L:結合κ輕鏈可變區(qū)(VL)
  • KappaSelect/LambdaFabSelect:特異性結合κ或λ輕鏈恒定區(qū)(CL)
    案例:吳曦生物開發(fā)的WuxiBody平臺中,KappaSelect層析通過pH梯度(3.0–3.5)有效分離同源二聚體。

1.3 混合模式層析:新一代捕獲方案

混合模式層析結合離子交換、疏水作用等多機制,展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢:

  • Capto MMC:陽離子交換+疏水作用,可同時去除宿主細胞蛋白(HCP)>60%
  • 仿生小肽配體:如Ac-PHQGQIHGVSK,純度98%且洗脫條件溫和(pH 5.0)

創(chuàng)新應用:

  • 膜層析技術(如Sartobind® Protein A)將工藝時間縮短70%
  • 連續(xù)流工藝結合數(shù)字化孿生技術,實現(xiàn)端到端連續(xù)生產(chǎn)

混合模式層析

圖2 | 典型下游純化流程:捕獲、低pH病毒滅活、精純、病毒過濾等步驟。

二、產(chǎn)物相關雜質(zhì)去除策略

2.1 同源二聚體:結構錯配的克星

2.1.1 親和層析差異化捕獲

  • Fc修飾策略:如DuetMab平臺中,通過Fc突變使同源二聚體(FcFc*)無法結合Protein A
  • VH3靶向樹脂:MabSelect VH3可區(qū)分VH2-VH3 bsAb與VH2-VH2同源二聚體(圖5B)

2.1.2 離子交換層析電荷調(diào)控

  • 弱分配模式:通過調(diào)節(jié)pH使bsAb(pI 8.94)與同源二聚體(pI 7.99)分離,去除率>99%
  • 案例:POROS 50HQ陰離子交換樹脂在pH 6.0–6.2條件下實現(xiàn)高效分

2.1.3 混合模式層析多維分離

  • Capto MMC ImpRes:通過線性pH梯度(5.5–10.0)洗脫孔-孔同源二聚體,殘留量<1%
  • Toyopearl MX-Trp 650M:利用鹽梯度特異性洗脫λ-λ和κ-κ同源二聚體

不同親和層析配體的結合位點

圖3 | 不同親和層析配體的結合位點:Protein A(Fc)、MabSelect PrismA(Fc+VH3)、KappaSelect(κ輕鏈)等。

2.2 片段雜質(zhì):從半抗體到單臂片段

2.2.1 親和層析精準去除

  • 半抗體:利用Protein A層析結合線性pH梯度(5.5–2.8),NaCl增強分辨率
  • 輕鏈缺失片段:Capto L層析通過pH梯度(5.0–3.2)去除82.5%雜質(zhì)

2.2.2 混合模式層析高效精純

  • Capto Adhere ImpRes:在高載量(60 mg/mL)下仍保持85.9%去除率
  • 雙梯度優(yōu)化:pH-鹽雙梯度(pH 6.0–8.5 + 0–250 mM NaCl)使單臂片段去除率提升至66%


2.3 聚集體:免疫原性的隱形殺手

2.3.1 親和層析洗脫優(yōu)化

  • 添加劑策略:5% PEG + 500 mM CaCl?洗脫液將聚集體含量從20%降至3–4%
  • Protein L層析:100 mM Arg-HCl洗脫液使聚集體減少59.4%

2.3.2 混合模式層析多維清除

  • Capto MMC:線性梯度洗脫后聚集體殘留僅0.7%
  • Diamond MMC Mustang:階梯鹽梯度洗脫純度提升至97.4%

產(chǎn)物相關雜質(zhì)類型

圖4 | 產(chǎn)物相關雜質(zhì)類型:同源二聚體、半抗體、聚集體等。

三、工藝相關雜質(zhì)清除技術

3.1 宿主細胞蛋白(HCP)

3.1.1 層析與深度過濾聯(lián)用

  • Protein A優(yōu)化:高pH洗脫液(pH >4.5)結合添加劑(如精氨酸)降低HCP共洗脫
  • 深度過濾:纖維素基材通過尺寸排阻和吸附去除沉淀HCP,LRV >2

3.1.2 上游工藝聯(lián)動

  • 辛酸預處理:Protein A前加入辛酸沉淀,HCP去除率提升2個對數(shù)級

3.2 病毒安全:從滅活到過濾

3.2.1 低pH滅活

  • 條件優(yōu)化:pH ≤3.8、30分鐘孵育,脂包膜病毒(如X-MuLV)滅活率≥4.6 LRV

3.2.2 層析與膜過濾

  • 陰離子交換層析:流穿模式下X-MuLV和MVM去除率分別達4.22和3.25 LRV
  • 病毒過濾器:Planova™ 20N(PES膜)對細小病毒(18–26 nm)截留率>4 LRV

3.3 內(nèi)毒素:電荷差異的利用

  • 陰離子交換層析:DEAE樹脂在低電導(<50 mM NaCl)下吸附內(nèi)毒素(pI≈2),去除率>5 LRV
  • 添加劑干預:烷烴二醇可破壞內(nèi)毒素-抗體復合物,提升陽離子交換效率

四、工藝整合與未來展望

4.1 經(jīng)典流程 vs 創(chuàng)新模式

  • 傳統(tǒng)流程(圖7A):Protein A捕獲 → 低pH滅活 → 離子交換精純 → 病毒過濾
  • 混合模式替代(圖7B/C):Capto MMC可替代多步層析,降低成本并提升效率

經(jīng)典流程

圖7 | (A)經(jīng)典流程;(B)混合模式替代離子交換;(C)混合模式替代Protein A。

4.2 技術前沿:數(shù)字化與連續(xù)生產(chǎn)

  • AI模擬層析機制:深度學習預測蛋白質(zhì)-樹脂相互作用,優(yōu)化洗脫條件
  • 連續(xù)流工藝:數(shù)字化孿生技術實現(xiàn)實時監(jiān)控,批次損失降低30%以上

五、結語

雙特異性抗體的下游純化是一場特異性與效率的博弈。從Protein A的黃金標準到混合模式層析的創(chuàng)新突破,從同源二聚體的精準分離到病毒安全的全面保障,每一步技術進步都在推動bsAb藥物的臨床轉(zhuǎn)化。未來,隨著AI與連續(xù)生產(chǎn)技術的深度融合,抗體純化將邁向更高純度、更低成本的智能化時代。

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