天地人和----大孔聚合物微球在大分子純化中的應(yīng)用

隨著生物醫(yī)藥的發(fā)展，近年來各種大分子藥物不斷涌現(xiàn)，如蛋白三聚體、IgM分子、病毒及病毒樣顆粒、質(zhì)粒、外泌體等，因此此類生物大分子的分離純化的需求也日益增加。

傳統(tǒng)的層析填料如多糖基質(zhì)，雖具有生物相容性好、比表面積高、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點，但其質(zhì)地軟、孔徑小（一般在100 nm以下）的性質(zhì)，容易造成樣品傳質(zhì)速率慢、分離時間長，樣品活性降低等問題。因此，發(fā)展快速、高效的分離技術(shù)至關(guān)重要。大孔聚合物微球因其高比表面積、高機械強度和多樣表面特征，常被用作層析分離純化的填料。目前，已發(fā)展出多種表面基團及不同孔徑的聚合物層析填料，成功應(yīng)用于疫苗、病毒、抗體、酶、細(xì)胞因子等的分離純化，能有效的解決大分子蛋白純化中遇到的問題。

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大孔聚合物微球的優(yōu)勢

填料孔徑的大小會限制大分子物質(zhì)的吸附?：生物大分子如乙肝抗原、類病毒在層析純化時，受孔徑限制，大分子難以進入填料內(nèi)部，影響吸附載量，而?增大孔徑則可以提高載量。大孔聚合物填料孔徑（有100/500/1000 nm），允許大分子進入內(nèi)部孔道，從而顯著提高吸附載量。例如，定制化大孔DEAE填料對HBsAg（乙型肝炎病毒表面抗原）的吸附載量幾乎是瓊脂糖DEAE填料的20倍，有助于提高純化效率。?傳統(tǒng)填料內(nèi)部孔道狹窄，導(dǎo)致傳質(zhì)阻力大，層析柱壓力高，這對于生物大分子的傳質(zhì)速率、分離效率和結(jié)構(gòu)保持都產(chǎn)生了不利影響。大孔填料中存在對流孔，這有效克服了傳統(tǒng)填料的缺點。對流孔的存在使得孔內(nèi)傳質(zhì)方式主要為對流，在提高流速和傳質(zhì)效率方面具有顯著優(yōu)勢，有效解決了樣品因暴露在不穩(wěn)定環(huán)境中的時間過長而活性降低的問題，從而提高樣品的活性回收率和產(chǎn)率。 大孔聚合物填料的優(yōu)點總結(jié)如下圖所示。

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大孔聚合物微球在生物大分子純化中的應(yīng)用

因其孔徑大、有利于保持生物大分子的結(jié)構(gòu)、?機械強度高、?處理量大等顯著的純化優(yōu)勢，大孔聚合物微球在生物制藥領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用于各種生物大分子的純化和分離。例如Q 70M/L Phamc Beads超大孔陰離子交換層析介質(zhì)，粒徑70μm，具有超大孔（500/1000nm）結(jié)構(gòu)，在質(zhì)粒三步法純化工藝中可有效去除痕量雜質(zhì)及內(nèi)毒素，其工藝路線見下圖。

質(zhì)粒三步層析法能夠?qū)崿F(xiàn)scDNA和ocDNA的全部分離，該方法穩(wěn)健高效、高收率（樣品收率＞90%），高純度（純度＞95%），滿足了生物制藥和基因治療等領(lǐng)域?qū)Ω呒兌荣|(zhì)粒DNA的需求。又如在AAV工藝開發(fā)中超大孔陰離子交換層析介質(zhì)能夠讓病毒進入微球內(nèi)部被吸附，并且更大的保持病毒外殼的完整性，同時提高收率，達(dá)到收獲高純度病毒的目的。?AAV純化是基因治療中獲取高純度腺相關(guān)病毒（AAV）的關(guān)鍵步驟?。AAV純化策略的主線：澄清、捕獲、純化和精純。在收獲和細(xì)胞裂解后，通過離心、過濾等方法去除細(xì)胞碎片和雜質(zhì)。AAV的純化方案主要有以下三種（見下圖），可以獲得完整和更純凈的AAV。

這三種方案中，方案一、二是對AAV病毒更經(jīng)濟、更便捷的純化方案，方案三為常用方法，AAV病毒親和純化填料，效果很好但是價格高。此外大孔聚合物微球還應(yīng)用在疫苗（滅活病毒、病毒樣顆粒）、抗體、血液制品（細(xì)胞因子、丙球蛋白）等，應(yīng)用的程度也是越來越高，其具體應(yīng)用如下圖所示。

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應(yīng)用案例

① 大孔聚合物層析介質(zhì)用于人抗的分離純化

填料的孔徑越大，蛋白分子能夠進入并接觸到的內(nèi)部表面積就越大，從而提供了更多的吸附位點，增加了蛋白的載量。孔徑過小可能會限制蛋白分子的擴散，導(dǎo)致部分蛋白分子無法接觸到吸附位點，還會增加傳質(zhì)阻力，使得蛋白分子在填料中的傳遞變得困難，從而降低蛋白載量。而孔徑適中或稍大則有利于蛋白分子的擴散，提高吸附效率，從而增加蛋白載量。蛋白分子的大小與填料孔徑的匹配性也是影響蛋白載量的重要因素。如果蛋白分子過大而孔徑過小，那么蛋白分子可能無法進入孔徑內(nèi)部，導(dǎo)致吸附效率降低。因此，在選擇填料時，需要考慮蛋白分子的大小與孔徑的匹配性，以確保獲得較高的蛋白載量。

V1:SP 70S Phmac Beads人IgG樣品10%流穿時的體積;

V2: SP 70M Phmac Beads人IgG樣晶10%流穿時的體積;

V3: SP 70L Phmac Beads人IgG樣品10%流穿時的體積;

② 大孔聚合物層析介質(zhì)用于病毒的分離純化

大孔聚合物層析介質(zhì)孔徑通透性更好，分子傳質(zhì)速度快，可大幅度減少蛋白質(zhì)的失活，有效提高生物大分子的活性回收率和產(chǎn)率。以下為大孔徑Q 70L Phmac Beads層析介質(zhì)在豬偽狂病毒純化中的數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示大孔介質(zhì)對豬偽狂病毒的分離純化比傳統(tǒng)層析介質(zhì)具有明顯的優(yōu)勢。

超大孔 Q 70L Phmac Beads介質(zhì)對豬偽狂病毒純化色譜圖

Q 70L Phmac Beads和Smac Q 40對豬偽狂病毒純化回收率的比較
（Q 70L Phmac Beads超大孔徑（1000 nm）

層析介質(zhì)；Smac Q 40：瓊脂糖層析介質(zhì)）

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其他應(yīng)用方向趨勢

1.該微球具有孔徑大、比表面積高的特點，適合生物大分子的傳質(zhì)和活性保持，基于本微球材料已經(jīng)開發(fā)了各種表面化學(xué)衍生及固定蛋白分子的技術(shù)，期望在固定化酶方面進一步推廣應(yīng)用。2.基于該微球的優(yōu)良傳質(zhì)性能和高負(fù)載量的特點，可作為催化劑載體，應(yīng)用于高通量水處理。

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