Menschen besitzen Antikörper in ihrem Blut, die sie gegen Angreifer wie zum Beispiel Viren von Aussen schützen. Zusätzlich können Antikörper als Medikamente Leben retten. Sie werden gegen Krankheiten wie zum Beispiel Krebs eingesetzt oder zur Behandlung von Immungeschwächten Menschen verwendet.
Wenn Antikörper als Medikament eingesetzt werden, ist eine hohe Reinheit extrem wichtig, da jegliche Verunreinigungen aus der Herstellung zu unerwünschten Nebenwirkungen wie Immunreaktionen, Autoimmunerkrankungen bis hin zur Blutvergiftung (Sepsis) führen können.
Die wichtigste Methode zur Entfernung von Verunreinigungen ist hier die Chromatographie, die während des Herstellungsprozesses angewendet wird. Die grössten Verunreinigungen aus dem Herstellungsprozess der Antikörper sind Proteine der Zellen, in denen der Antikörper exprimiert wurde, sowie DNA und Endotoxine. Zusätzlich können Aggregate (Komplexe aus mehr als einem Antikörper) oder Fragmente (kleinere Teile eines Antikörpers) auftreten, welche ebenfalls während der Aufreinigung entfernt werden müssen.
Aus dem Stamm Staphylococcus aureus
Protein-A-Affinitätschromatographie wird meist als erster Chromatographieschritt des mehrstufigen Aufreinigungsverfahrens verwendet.
Ursprünglich kommt das 42 kDa grosse Protein A aus einem Bakterienstamm namens Staphylococcus aureus. Protein A interagiert mit der Fc-Region von Antikörpern (vor allem IgGs) verschiedener Spezies. So schützt sich das Bakterium vor der Markierung durch Antikörper oder/und des Komplementsystems und somit vor einer Lyse bzw. der Phagozytose durch Makrophagen.
Auf Grund dieser Eigenschaften von Protein A wird es heutzutage meist verwendet, um im Zuge des Antikörper-Aufreinigungsverfahrens Antikörper spezifisch von anderen Verunreinigungen zu trennen.
Inzwischen sind verschiedene Harze von verschiedenen Herstellern verfügbar, die als Protein-A-Harze bekannt sind. Dabei handelt es sich um verschiedene Varianten des ursprünglichen Proteins A, welches an ein Harz-Rückgrat wie zum Beispiel hydroxyliertes Methacrylpolymer oder Agarose gebunden wurde. Die Variationen des Proteins A sind vielfältig und können sich auf die Bindungseigenschaften des Proteins A an den Fc-Teil der Antikörper auswirken. Das bedeutet, dass verschiedene Varianten ein und denselben Antikörper unterschiedlich stark binden. Daher ist es ratsam, bei schlechter Aufreinigung wegen schlechter Bindung des gewünschten Antikörpers an das verwendete Protein-A-Harz ein anderes Protein-A-Harz eines anderen Herstellers zu testen, da die Bindung anderer Protein-A-Harze deutlich besser sein kann. Nicht jeder Antikörper ist automatisch mit jedem Protein-A-Harz kompatibel.
Weiterentwicklung in fünf Richtungen
Die Kosten für Protein A Harze sind relativ hoch, weshalb auch der Herstellprozess von Antikörpern für Pharmaunternehmen kostenintensiv ist. Harz-Hersteller arbeiten kontinuierlich an der Weiterentwicklung ihrer Harze, um die Eigenschaften zu verbessern. Zu diesen Eigenschaften zählen:
- Die Bindekapazität des Harzes: Je mehr Antikörper von einem bestimmten Volumen Harz gebunden werden kann, desto weniger Harz wird benötigt bzw. desto mehr Antikörper können aufgereinigt werden. Dies ist ein entscheidender Kostenfaktor für die Aufreinigung.
- Die Druckstabilität des Harzes: Wenn höhere Flussraten für die Aufreinigung eingesetzt werden, entstehen höhere Drücke, man spart aber Zeit bei der Aufreinigung.
- Die Alkali-Stabilität des Harzes: Zur Reinigung des Harzes zwischen den Antikörper-Aufreinigungen wird Natronlauge eingesetzt. Je stabiler das Harz, umso mehr Aufreinigungszyklen können an einem Harz durchgeführt werden.
- Der pH-Wert, der für die Elution des Antikörpers von dem Harz notwendig ist: Je höhere pH-Werte für die Elution verwendet werden können, umso weniger Schaden wird dem Antikörper potentiell zugefügt.
- Das Elutionsvolumen: Je niedriger das Elutionsvolumen, umso weniger Puffer und somit Wasser benötigt man für die Elution und alle folgenden Aufreinigungsschritte.
In modernen biopharmazeutischen Prozessen sind Nachhaltigkeit wie Ressourcenschonung, ein niedriger Wasserverbrauch und Ähnliches von grosser Bedeutung. Daher werden Harze mit optimierten Eigenschaften immer wichtiger.
Effizientes Harz – niedriger Preis
Erst kürzlich hat die japanische Firma Tosoh Bioscience einen neuen Superhelden für die Antikörper-Aufreinigung vorgestellt, das neue Protein-A-Harz «Toyopearl Super A». Hier ist es gelungen, eine hohe Bindekapazität, eine gute Druckstabilität und eine sehr gute Alkali-Stabilität mit einem milden Elutions-pH und einem geringeren Elutionsvolumen zu kombinieren. Dadurch ist ein deutlich effizienteres Harz entstanden, das gleichzeitig durch einen niedrigeren Preis auch die Herstellungskosten für Antikörper stark reduzieren kann und nachhaltigere Prozesse ermöglicht.
Die Entwicklung von Super A ist ein weiterer Schritt dorthin, dass in Zukunft mehr Patienten der Zugang zu überlebenswichtigen Medikamenten ermöglicht wird und gleichzeitig durch optimierte Herstellprozesse die Ressourcen geschont werden können.
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