工业纯化工艺的放大方案

生物制药工艺的规模扩大往往复杂、昂贵且耗时。在层析工艺的放大过程中需要考虑多种层析和非层析的因素以保证规模生产中使用的层析工艺稳定性及可重复性。

一个可行性的层析工艺放大操作方案可包含三个步骤：

•   层析工艺参数的放大

•   其他考虑因素的确认

• 层析工艺放大的确认

层析工艺参数的放大

现阶段，常用的层析工艺放大原则包括线性放大原则和固定保留时间原则。

线性放大原则

线性放大原则是工艺放大过程中最常用的原则，其核心思路是保持层析柱柱高和线性流速不变，只放大层析柱直径和体积流速。固定的柱高和线性流速理论上可以保证相同的保留时间、层析中溶液用到的CV数和洗脱样品CV数，最大程度保证相同的纯化效果。

线性放大原则的具体操作方法可参见下表：

在实际的应用过程中，线性放大可能会遇到几个问题，一是层析设备供应商提供的层析柱都是几个固定规格，可能无法适配具体某项的工艺需求；二是当层析柱直径超过30cm时，由于柱壁支撑效应的降低，通常会造成层析填料的过度压缩，从而导致反压增大，小试规模优化设计的线性流速则有可能无法实现。此时，可以考虑固定保留时间原则。

固定保留时间原则

固定保留时间原则只要求保持层析工艺的保留时间不变，层析柱柱高和线性流速则可以同时改变。这样层析柱的选择就会更加灵活。一般的蛋白纯化，如亲和层析、疏水层析和离子交换层析的结合/洗脱模式，都有成功应用固定保留时间原则进行放大工艺的开发的案例，这样可以避免珍贵样品、层析填料的浪费，有效降低生产成本。

当然，固定保留时间原则也具有一定的局限性，对于一些对流扩散主导的层析，也就是层析纯化依赖于理论塔板数的层析方法，如凝胶过滤层析，层析线性流速对于分离效果具有显著影响，则不适用于固定保留时间原则。多模式的层析通常也不适用固定保留时间原则。

  其他考虑因素的确认

层析系统

与小试所用的层析系统相比，商业化生产用层析系统需要考虑：

1.系统管路的死体积。大规模生产用层析系统往往具有较大的死体积，层析过程会造成样品的扩散，从而影响洗脱收集体积和分离分辨率。

2.紫外流通池长度。紫外流通池的长度变化会造成蛋白吸收峰高的变化，从而影响洗脱峰的起收点和停收点。

3.泵的设计。泵的设计会带来不同的剪切力，对产品的稳定性带来影响。同时，泵的精度还会影响缓冲液及样品体积的控制。

4.混合效果。如果使用双泵进行线性洗脱，双泵缓冲液的混合则会影响最终的洗脱效果。

层析柱

层析柱的选择需要考虑的因素有：

1.层析柱的尺寸和材质。层析柱的尺寸可以根据上文规模放大的几项原则来确定。层析柱常用的材质有玻璃、丙烯酸和不锈钢，使用不同材质的层析柱需要考虑其溶出物/浸出物，以及对层析填料清洁试剂的耐受性。

2.层析柱与层析系统和层析填料的匹配性

3.层析柱操作的难易程度。 随着层析柱直径的增加，层析柱的装填也变困难。通常的解释是随着柱直径的增加，填料的柱壁支撑效应减少，造成反压升高，柱床不稳定性增加，从而影响分离效果。此外，采用可自动化装柱的层析柱，可有效增加层析柱放大的成功率。

层析填料

在小试规模的工艺开发阶段，通常会对层析填料的结合载量、配基脱落量等基础性能进行严格筛选，但是中试及生产规模的工艺往往会暴露层析填料一些容易被忽视的问题。例如上文提及的柱壁支撑效应减少，造成反压升高的问题，在小试阶段就极难被发现。

非层析因素

在层析工艺的放大过程中，还需要考虑和确认一些非层析因素：

上游培养来料

缓冲液的配制方法及储存

中间品的处理及保存时间

操作温度

层析工艺放大的确认

确认层析工艺放大是否成功可以从以下几个方面进行判断：

1.产品的各项检测指标 。以单抗为例：浓度、纯度、酸碱异构体、HCP残留、宿主DNA残留、Protein A残留等；

2.层析图谱的一致性 。例如：收集起始峰、收集截止峰、峰分离度；

3.层析工艺的回收率。 如果层析放大判断指标出现不一致，则需要对放大后的层析工艺参数进行微调，以确定最终的放大后层析工艺条件。

案例