切向流过滤方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了用于将目标分子从包含它们的混合物中分离出来的工艺过程和设备，包含用改进的切向流过滤（ＴＦＦ）方法对混合物进行处理。使用该改进的ＴＦＦ可澄清、处理多种料液，以取出目标分子。根据一项优选的实施方案，使转基因乳液流稳定并且除去颗粒状物理例如脂肪和酪蛋白微球以及细菌。在本发明专利技术中使用的ＴＦＦ方法利用了优化的工艺参数，包括温度、跨膜压力、交叉流速度和乳汁的浓度。还开发出了清洁和储存操作流程，以保证膜具有长的使用寿命。还开发出了无菌过滤步骤，以从澄清过的转基因乳汁料液中除去残留的任何细菌。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供了改善的方法和系统，用于从污染物中分离特异的目标分子。更特别地，本专利技术涉及通过改进的切向流过滤(tangentialflow filtration)方法处理样品溶液，该改进的切向流过滤方法提高了从给定的料液中对所需分子的澄清、浓缩和分级分离。
技术介绍
本专利技术涉及的是从给定的料液(feedstream)中过滤目标分子的改进方法。应当注意的是，生产大量较纯的、具有生物活性的分子对于节约有效地生产人和动物的药用配方、蛋白质、酶、抗体和其他特殊化学物质是非常重要的。重组DNA技术已经成为可选择的方法用于生产多种多肽、抗体和蛋白质，因为大量的外源蛋白质或者抗体可以在细菌、酵母、昆虫或者哺乳动物细胞培养物中表达。最近以来，已经通过工程操作或者其他方式的改变使转基因动物(主要是哺乳动物，但是也包括禽类)或者甚至是转基因植物大量产生外源的蛋白质、抗体或者它们的片段或融合物。通过重组DNA技术表达蛋白质用于生产作为生物催化剂起作用的细胞或者细胞部分，也是一项重要的应用。重组蛋白的生产包括用编码该蛋白质的DNA转染宿主细胞以及在有利于重组蛋白质或者其他目标分子表达的条件下培养宿主细胞、转基因动物或者植物。原核生物大肠杆菌已经成为一个受偏爱的宿主系统，因为可以将其改造，从而生产大量重组蛋白。但是，已经开发出从大肠杆菌到牛的多种不同的表达平台，因此有众多的关于一般表达蛋白编码DNA的美国专利。随着从生物体系中生产外源蛋白质或者其他目标分子的工作的改善，工业上面临着更大的压力，要求开发出新的技术，以提高用于这样生产出的生物制品和药物的纯化和回收工艺，并使其更为有效。那就是，随着新产品的供应增加，随之出现了对于设计出使这些治疗药剂(以商业量)迅速上市的方法的巨大兴趣。同时工业上还面临着新的挑战，即开发从各种机体流体(包括乳汁和尿)中回收转基因蛋白质和抗体的新型工艺。生产的规模越大，这些问题经常变得更为复杂。此外，工业上还面临着其他的挑战，涉及产品的纯度和安全性达标方面，主要涉及的方面是病毒安全性和残留污染物例如DNA和宿主细胞蛋白质，标准，这样的标准是许多监管生物用途药物生产的政府机构都可能要求达到的。目前有多种可用于从混合物中分离生物学目标分子例如蛋白质的方法。这些技术中重要的一项是亲和层析，它对分子的分离是基于所需的分子与亲和介质或者凝胶的特异性、选择性结合，而不需要的分子不能结合因此可以从体系中去掉。亲和凝胶通常由固定在凝胶支持物上的配基结合部分组成。例如GB2,178,742使用了亲和层析方法将血红蛋白及其化学修饰衍生物纯化出来，其依据的原理是天然血红蛋白可与一个特殊的多聚阴离子部分家族特异结合。将这些部分固定在凝胶上，以捕获目标分子。在这一过程中，未修饰的血红蛋白被亲和凝胶保留，而被修饰的血红蛋白由于其多聚阴离子结合位点被修饰剂所共价占据而不能与凝胶结合，所以从体系中被除去。亲和层析柱是高度特异的，所以会产生非常纯的产物，但是亲和层析是一个相对较昂贵的工艺，因此很难在商用操作中运用。通常情况下，经遗传工程操作的生物药物是从含有多种不同的宿主细胞污染物的上清中纯化出来的。可以使用反相高效液相层析(RP-HPLC)纯化蛋白质，因为它可以有效地将结构或者重量都极其相似的分子分开。使用RP-HPLC分离多种分子的技术操作已经发表。McDonald and Bidlingmeyer，″Strategies for SuccessfulPreparative Liquid Chromatograplay″，PREPARATIVE LIQUIDCHROMATOGRAPHY，Brian A.Bidlingmeyer(New YorkElsevierScience Publishing，1987)，vol.38，pp.1-104；Lee et al.，Preparative HPLC.8th Biotechnology Symposium，Pt.1，593-610(1988).膜类在产业规模的分子产物回收工艺中的使用以及多种类型的膜和膜技术的相关使用也是为人所知的。这些方法中的基本特点是悬浮于液体料液中的颗粒根据其大小进行分离。在这一工艺的最简单形式中，用压力迫使溶液通过具有固定大小孔的过滤膜。大于过滤膜孔径大小的颗粒被截留，而较小的溶质与溶剂被一同带到膜的另一侧。根据膜的孔径大小，这种膜过滤工艺一般属于反渗透、超滤和微过滤类型。重要的还应该提及作为分离技术的膜过滤在生物
内被广泛应用。根据膜的类型，膜过滤可以分为微滤或者超滤。微滤膜的孔径大小在0.1到10微米之间，通常用于澄清、除菌和微小颗粒物的去除，或者用于细胞收获。超滤膜的孔径大小要小得多，在0.001到0.1微米之间，用于将溶解的分子(蛋白质、多肽、核酸、糖和其他生物分子)分开和浓缩，或者交换缓冲液，以及粗分级。目前有两种主要的膜过滤方法单向通过或者直接流过滤(DirectFlow Filtration，DFF)以及交叉流或者切向流过滤(TangentialFlow Filtration，TFF)。TFF是一种超滤系统，其被设计成控制料液的流体流动型式，以提高被截留的溶质从膜表面向料液中的回输。在这个过程中，料液高速地重复循环，方向与膜的平面相切。这样进行的效果是可以提高传质系数(mass-transfer coefficient)，允许反向扩散。流体流动的方向与滤膜的方向平行，这也使滤膜表面不断被清洁，从而防止了堵塞。但是对于超滤中可以达到的蛋白质纯化程度存在限制。这些限制主要是由于浓度极化、淤积以及大多数膜的孔径大小分布过宽造成的。因此溶质分开的情况经常很差。参见例如Porter，ed.，HANDBOOK OFINDUSTRIAL MEMBRANE TECHNOLOGY(Noyes Publications，Park Ridge，N.J.，1990)，pp.164-173.溶质的极化层成为额外的一层滤膜，基本上与原来的超滤膜串联作用。这一作用在过滤给定溶剂时导致了明显的阻力。随着料液中被截留溶质浓度的提高，极化程度将提高，并且在真实系统中会导致许多看起来反常的或者不可预知的情况的发生。例如，在高度极化的条件下，过滤速率随着压力的增加而只有小幅增加，这与未极化条件下的过滤速度通常与压力呈线性的关系相反。使用更加开放、更高通量的膜可能不会提高过滤速度，因为极化层仍然对过滤提供着限制性的阻力。由于截留的和洗脱的溶质之间的相互作用，这一情形将更为恶化。浓度极化和污染过程的一个结果是不能有效利用超滤膜对大分子分级的能力用于大分子混合物例如血浆蛋白的大规模拆分中。参见Michaels，″Fifteen Years of UltrafiltrationProblems andFuture Promises of an Adolescent Technology″，inULTRAFILTRATION MEMBRANES AND APPLICATIONS，POLYMER SCIENCEAND TECHNOLOGY，13(Plenum Press，N.Y.，1979，Anthony R.Cooper，ed.，)，pp.1-19.因此，用其他和额外的技术分离本文档来自技高网...

【技术保护点】
从料液中分离目标分子物质的方法，该方法包含：（ａ）用切向流过滤工艺通过滤膜将所述的料液过滤，所述滤膜具有的孔径大小可以将所述的目标分子物质从所述的料液中分开，同时保持通量水平在“通量－ＴＭＰ曲线”的压力依赖性区域内临界点通量的大约５－１００％，其中所述跨膜压力沿着膜大体保持恒定，其水平不高于过滤临界点处的跨膜压力，从而将所述的目标分子物质从所述的料液中选择性地分离出来，并使所述的目标分子物质保持其生物活性；（ｂ）通过微滤工艺过滤所述的料液；其中所述的目标分子物质是蛋白质。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DE克托，A拉沃蒂尔，
申请(专利权)人：GTC生物治疗学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]