病毒相对于宏观世界物质甚至与***相比都是极其微小的生物体,但与传统蛋白及核酸生物分子相比,其尺寸又大很多,结构也复杂得多。病毒结构通常由蛋白质组成外衣壳,由核酸组成内芯,因此比蛋白和核酸分子都要复杂很多。病毒尺寸一般在20-100纳米之间,而***尺寸一般在1000纳米以上,蛋白分子尺寸往往在10纳米以下。人们只能借助电子显微镜才能看到病毒的结构和形貌。虽然多肽,蛋白,核酸等生物大分子都有成熟的分离纯化方法,但病毒到目前也没有一个比较理想的分离方法。
以纯化溶瘤病毒为例,由于其在生产过程中存在宿主蛋白等杂质,纯化前 SEC测试纯度为6.5%。纯化采用两种基质相同的介质,其表面化学功能也很一致,主要区别是前者是无孔实心的层析介质,而后者是传统的多孔层析介质。层析纯化的方法是阴离子交换吸附然后梯度洗脱(Bind-elute)模式。从层析图谱可以看出,在洗脱及CIP过程中无孔介质洗脱杂质更小,峰值更低,意味着上样过程中结合的杂质会更少,有利于表面结合的病毒分子纯化。通过对层析洗脱液SEC纯度分析比较,发现用传统的多孔层析介质实验得到的病毒样品纯度为54%(图 ),而用无孔的同类型介质实验得到的病毒纯度达到接近90%(图 )。
整体柱制备方法是把单体和致孔剂混合液填充到柱子中,经过升温产生聚合反应,在反应过程利用相分离原理形成贯穿孔结构整体柱,由于整个柱子是一个整体,可以保持较高的孔隙率和较高的机械强度。由于整体柱的孔隙率大, 可以减小流动相阻力和路径扩散, 提高可及比表面积及病毒吸附载量,从而提高病毒的分离效率。整体柱层析已被证明是病毒及病毒类大分子比较理想的分离方法。但目前整体柱制备方法有很大的局限性,因为在整体柱合成过程中,其孔径大小是通过反应过程中相分离来决定的,而相分离容易受到温度,反应速度等影响,因此孔径大小不容易控制,导致柱间批次的稳定性和重复性差,而且不容易制备能满足生产需求的大尺寸整体柱。这些因素是整体柱不能广泛用于病毒的分离纯化的主要原因。
目前市场上主流Protein A产品是GE生产的以琼脂糖为基质的产品,也是早商业化的产品。琼脂糖为基质的Protein A 介质具有载量高,亲水性能好,非特异性吸附低等优点,但琼脂糖介质天然缺陷是机械强度差,因此也被称为软胶。由于该介质耐压性能差,生产中需要降低柱高、减小流速以防止压力过高造成柱床塌陷,限制了抗l体批处理量及抗l体生产效率。软胶Protein A 另外一个缺陷是传质速度慢,主要原因是软胶孔径较小,排阻大。因此软胶Protein A 都需要驻保留时间长,流速慢条件下,抗l体吸附载量才会比较高,但在高流速下动态载量下降的非常快。因此一个理想的抗l体纯化用Protein A 介质需要具有高流速,高载量,高机械强度,及更长的使用寿命等特点。Protein A 介质载量是由微球孔径,比表面积,配基密度来决定的;机械强度则是由Protein A基球材料化学组成,交联度及孔隙率来决定的;Protein A 配基脱落及使用寿命主要由配基,基球性能及偶联方式来决定。实现Protein A 亲和介质的国产化需要从底层创新开始。
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