包含聚合物纳米纤维的官能化色谱介质及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种通过以下方法制备的官能化聚合物色谱介质，所述方法包括：(i)提供由一个或多个聚合物纳米纤维形成的基材，(ii)从基材接枝一个或多个中性聚合物链，和(iii)使接枝产物与试剂接触，所述试剂将步骤(ii)的产物官能化为色谱介质，其中步骤(ii)包括使多个式的化合物和/或其对映体和/或其式(I)的衍生物和/或其对映体和/或非对映体：与所述纳米纤维基材上存在的一个或多个官能团反应，其中R1、R2、R3、R4和R5可相同或不同，并选自H、卤素、C1‑

【技术实现步骤摘要】
包含聚合物纳米纤维的官能化色谱介质及其制备方法
专利

[0001]本专利技术涉及适于从流动相分离生物分子的官能化色谱介质。
[0002]专利技术背景生物技术市场是世界医药市场中增长最快的部分，占2012年所有市场销售额的20%(1530亿美元)。市场份额从2002年的10%增长41%，在2012至2018年间，从1530亿美元增至2150亿美元。目前市场上有约200种单克隆抗体(MAb)产品，有超过1000种在临床试验中，该领域对技术进步的需求是显而易见的。在过去的几十年里，工业配置中生物分子的典型发酵滴度已从0.5g/L增至~3g/L，基于分子生物学的活化进展，据信在不久的将来可实现高达10g/L的水平。然而，虽然下游纯化工艺也已得到一定的研究和发展，但该领域的改进与上游的改进并不匹配。
[0003]治疗性蛋白的制造需要在加工过程中实现高纯度，以使待给药的蛋白基本上不含有害污染物。目前，在工业规模上，色谱法是用来获得高纯度蛋白的主要方法。从经济角度来说，被严重依赖的色谱单元操作是生物分子如MAb下游加工进展的关键。色谱法占生物治疗药物加工的高达60%(Re
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useofProteinAResin:FoulingandEconomics,2015年3月1日,BioPharmInternational,第28卷,第3期,AnuragS.Rathore,MiliPathak,GuijunMa,DanielG.Bracewell)。
[0004]当含有目标分子和杂质的液相与固相接触时，这种色谱分离涉及i)目标分子和/或ii)一种或多种杂质与固相的结合。目标分子/杂质与固相之间的相互作用可基于电荷、疏水性、亲和力或其组合。
[0005]历史上，使用多孔珠粒的常规填充床色谱法已经是一种非常强大的分离工具。这些珠粒的多孔性产生高表面积以结合目标物或杂质。这导致高容量的材料，意味着可使用较少量的吸附材料。高容量还会增加分离过程中取得的浓度效应，因为与负载悬浮液的相对浓度相比，每单位体积的吸附剂可结合更多的目标物。这些方面对于工业规模处理至关重要，其中每批可能需要从可达20,000L的液体体积纯化几千克材料。多孔珠粒的典型结合容量在35
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120mg/mL的范围内，取决于固相的官能性和结合的物质。
[0006]在基于多孔珠粒的系统中，目标分子/杂质与固相之间的结合事件取决于向多孔珠粒中的扩散。因此，在基于多孔珠粒的系统中的停留时间与流速之间存在强相关性。因此，结合容量随停留时间的减少而降低。这又伴随着容量的快速降低，其中在基于多孔珠粒的系统中使用少于2分钟的时间。短停留时间所需的高流速也可能与多孔珠粒不相容，特别是在其中许多升珠粒悬浮液被填充到柱中的生产规模下。这里，多孔珠粒的机械不稳定性可能导致压缩或坍塌事件，这又导致不均匀的柱床。
[0007]由于流速影响停留时间，故最大化每单位时间可与固相结合的目标物的量是至关重要的。这允许使用较少的吸附剂量和/或在较短的时间内进行分离。该度量可定义为每单位体积每单位时间结合的克数(mg/mL/min)。上面讨论的多孔珠粒的典型结合容量和停留时间导致单柱多孔珠粒系统的总生产率为约10
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120mg/mL/min。
[0008]作为基于多孔珠粒的系统的替代物，可使用整料或膜。通过此类材料的流动是对
流的而不是扩散的，因此它们的结合容量对流动的敏感性远小于基于多孔珠粒的系统。这些材料可以比基于多孔珠粒的材料高得多的流速运行，其中典型的停留时间大约为0.2
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0.5分钟。
[0009]然而，在动态流动下，在目标物10%穿透时整料(10
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20mg/mL)和膜(7.5
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29mg/mL)的典型结合容量低于多孔珠粒(Gottschalk, U. (2008). Biotechnol Prog, 24(3), 496
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503. doi: 10.1021/bp070452g)。整料和膜材料的较差结合容量(与基于多孔珠粒的材料相比)可通过采用较高的流速在一定程度上补偿。
[0010]上面讨论的整料和膜的典型结合容量和停留时间导致整料和膜系统的结合事件的总生产率为约10
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145mg/mL/min。
[0011]存在对这样的色谱材料的需要，其兼有与基于多孔珠粒的材料相关的高结合容量和可用整料/膜材料实现的较高流速。这样的材料将在高流速下提供高容量以实现最大生产率(mg/mL/min)。
[0012]本专利技术人已惊奇地发现，通过两步法产生的纳米纤维材料呈现出这样的有利性质，在两步法中官能化步骤独立于接枝步骤进行。通过该方法产生的材料与非接枝材料相比具有显著增加的结合容量。本专利技术的产品所显示的容量与通常只能用多孔珠粒实现的容量相当或超过通常只能用多孔珠粒实现的容量，并且比目前商业化的膜和整料技术可实现的容量高数倍。此外，这些容量可在亚秒级停留时间下实现，导致生产率值比常规市售材料高10
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100倍或甚至高数千倍。
[0013]根据本专利技术产生的材料依赖于若干令人惊奇的创新。首先，本专利技术人已发现，对于设定密度的配体基团，即与目标生物分子选择性结合的色谱介质结合的基团，增加接枝的量可增加色谱材料的结合容量。先前已在用带电基团官能化色谱介质的情形中了解到，增加那些带电基团的量会增加材料的电荷密度和材料的结合容量。因此，先前的使材料的结合容量最大化的方法集中于最大化电荷密度。然而，本专利技术人已首次证实，通过增加接枝，可独立于材料的电荷密度增加结合容量。
[0014]在其他情况下，已发现改变官能化步骤对电荷密度几乎没有影响，但在与接枝步骤组合时，对于相同程度的官能化，可实现结合容量的显著增加。
[0015]因此已发现色谱材料的电荷密度和结合容量可通过改变官能化程度和接枝程度来控制，以提供高度优化的材料。本专利技术人已研究和利用了接枝步骤和随后的官能化步骤之间的这种关系来产生在高流速下具有非常高的结合容量的材料。发现电荷密度与动态结合容量之间的关系远比先前认识的更微妙。因此，对于具有相同电荷密度的材料，已发现可通过控制接枝程度来改变动态结合容量。这是一个出乎意料并高度有利的结果。
[0016]这是非常重要的，因为增加色谱材料的容量的先前尝试仅仅集中在增加材料上配体基团的密度上。因此，它们未能解决如何通过独立地改变作为孤立步骤的接枝和官能化的条件来控制和增加材料的容量。在许多已知的改性方法中，这种控制程度根本不可能，因为色谱材料用荷电聚合物改性，即接枝和官能化步骤同时进行。
[0017]重要的是，除了增加材料的结合容量外，接枝和官能化还具有调节材料流动阻力的作用，这对色谱材料的生产率具有不利影响。这在Menkhaus等人(Menkhaus, T. J., Varadaraju, H., Zhang, L., Schneiderman, S., Bjustrom, S., Liu, L., &a本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种官能化色谱介质，包含(i)包含一个或多个聚合物纳米纤维的至少一个非织造片材，所述纳米纤维具有10
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1000 nm的平均直径，(ii)接枝到所述一个或多个聚合物纳米纤维上的一个或多个中性聚合物链，和(iii)引入到所述一个或多个聚合物链上的至少一个配体基团，其中所述聚合物链是聚甘油链，其包含缩水甘油单体残基。2.根据权利要求1所述的官能化色谱介质，其中所述至少一个配体基团是带电的，例如一个或多个包含一个或多个季氨基或二乙胺部分的带电基团。3.根据权利要求1或2所述的官能化色谱介质，其中所述至少一个配体基团是带电的，例如一个或多个包含一个或多个羧酸根、磺酸根或膦酸根部分的带电基团。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的官能化色谱介质，其中所述色谱介质用于亲和捕获色谱，并且所述至少一个配体基团包含一个或多个选自一种或多种蛋白、肽、抗体或其片段、染料、组氨酸基团或含有金属阳离子的基团的部分。5.一种官能化色谱介质，包含(i)包含一个或多个聚合物纳米纤维的至少一个非织造片材，所述纳米纤维具有10
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1000 nm的平均直径，(ii)接枝到所述一个或多个聚合物纳米纤维上的一个或多个中性聚合物链，和(iii)引入到所述一个或多个聚合物链上的至少一个配体基团，其中所述聚合物链是聚甘油链，其包含缩水甘油单体残基，其中所述至少一个配体基团包含一个或多个丙基、丁基、苯基或辛基。6.一种官能化色谱介质，包含(i)包含一个或多个聚合物纳米纤维的至少一个非织造片材，所述纳米纤维具有10
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1000 nm的平均直径，(ii)接枝到所述一个或多个聚合物纳米纤维上的一个或多个中性聚合物链，和(iii)引入到所述一个或多个聚合物链上的至少一个配体基团，其中所述聚合物链是聚甘油链，其包含缩水甘油单体残基，其中所述至少一个配体基团是带电的，例如一个或多个包含一个或多个季氨基或二乙胺部分的带电基团。7.一种官能化色谱介质，包含(i)包含一个或多个聚合物纳米纤维的至少一个非织造片材，所述纳米纤维具有10
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1000 nm的平均直径，(ii)接枝到所述一个或多个聚合物纳米纤维上的一个或多个中性聚合物链，和(iii)引入到所述一个或多个聚合物链上的至少一个配体基团，其中所述聚合物链是聚甘油链，其包含缩水甘油单体残基，其中所述至少一个配体基团是带电的，例如一个或多个包含一个或多个羧酸根、磺酸根或膦酸根部分的带电基团。8.一种官能化色谱介质，包含(i)包含一个或多个聚合物纳米纤维的至少一个非织造片材，所述纳米纤维具有10
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1000 nm的平均直径，
(ii)接枝到所述一个或多个聚合物纳米纤维上的一个或多个中性聚合物链，和(iii)引入到所述一个或多个聚合物链上的至少一个配体基团，其中所述聚合物链是聚甘油链，其包含缩水甘油单体残基，其中所述介质包含至少一个疏水基团并包含至少一个带正电荷或至少一个带负电荷的部分，其选自4
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巯基
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乙基
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吡啶、辛胺、N
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【专利技术属性】
技术研发人员：M汉默索，B沃利斯，F勒鲁，W洛，
申请(专利权)人：纯化迪发有限公司，
类型：发明
国别省市：