抗体医薬基礎知識・精製

陽イオン交換のバインドエリュートとフロースルー：使い分けと選択基準

Proglenth 編集部2026-07-02約9分で読めます

陽イオン交換(CEX＝Cation Exchange)は、負に帯電した担体に正電荷のタンパク質を静電的に吸着させて分離する手法です。抗体精製ではプロテインAの後ろに置くポリッシング（仕上げの純度上げ）工程として広く使われ、凝集体や宿主細胞タンパク質(HCP)、漏出プロテインAといった不純物を削る役割を担います。

pH / DOセンサー#抗体医薬#精製#陽イオン交換#クロマトグラフィー

このCEXには、大きく二つの運転様式があります。一つは目的物をいったん担体に結合させ、条件を変えて溶出させる バインドエリュート(B/E) 。もう一つは目的物を素通り（フロースルー）させ、不純物だけを吸着させる フロースルー(FT) です。同じ担体でも、どちらの様式で流すかによって、除去できる不純物・収率・バッファの使い方・運用の手間がまるで変わってきます。

抗体の多くは等電点(pI＝正味電荷がゼロになるpH)が中性から塩基性側にあり、精製で使う弱酸性のpHでは正に帯電します。このためCEXは伝統的にB/Eで組むのが定番でした。ただ近年は、凝集体除去に強いFT運転や、その中間にあたる弱分配（後述）の使い分けも整理されてきています。本稿では、両様式のトレードオフと、どんなときにどちらを選ぶかの判断基準を早見表で整理します。

二つの様式は「何を吸着させるか」が逆

まず動作原理を押さえます。両者の違いは、担体に「目的物を吸わせるか、不純物を吸わせるか」という一点に集約されます。

バインドエリュート(B/E)：目的物を吸着させてから、塩濃度やpHを段階的・連続的に変える（グラジエント）ことで溶出させます。結合と溶出のタイミング差で不純物と分けます。凝集体はモノマー（単量体）より担体に強く吸着し、遅れて溶出する傾向があるため、溶出の切り出し（分画）で凝集体を落とせます。
フロースルー(FT)：目的物が担体に吸着しない条件を選び、素通りさせて回収します。より強く帯電した不純物だけが担体に留まります。凝集体はモノマーより強く吸着するため、FTでも凝集体側が担体に捕まり、モノマーが抜けてくるという分離が成り立ちます。

どちらの様式が効くかは、負荷濃度における目的物と不純物の吸着の強さ（吸着等温線の傾き）の大小で決まる、という整理が報告されています。目的物の吸着が不純物より十分に弱ければFTが働き、逆なら B/E が向く、という考え方です。

POINT

CEXのB/Eは目的物を、FTは不純物を担体に吸わせます。凝集体はモノマーより強く吸着するため、どちらの様式でも「凝集体が担体側に残る」方向で分離が成り立ちます。

両様式の分離軸は同じ静電吸着の強弱ですが、目的物を吸わせるか素通りさせるかで運用の性格が正反対になります 。

除去性能：凝集体とHCPの落ち方

ポリッシングでCEXに期待される主な仕事は、凝集体（高分子量種）とHCPの低減です。

B/Eは、溶出プロファイルのどこで切るか（分画）を調整できるため、凝集体除去の分解能を作り込みやすい様式です。凝集体はモノマーより遅れて溶出するので、後半を切り捨てれば凝集体を下げられます。ただし切り捨てる分だけ収率とのせめぎ合いになります。

FTは、高い負荷量でもモノマー回収率を高く保ちながら凝集体を除去できることが報告されています。ある検討では、負荷量を上げても概ね95%程度の回収率が得られ、HCPやDNAの除去への影響も小さかったとされます。HCPやDNAといった不純物の除去は、抗体の種類（pI）や負荷pH・電気伝導度に依存し、最適pHは概ねpH5.5〜7.0の範囲で抗体ごとに異なるという報告があります。

観点	バインドエリュート(B/E)	フロースルー(FT)
凝集体除去	分画で作り込める・分解能が高い	高負荷でも良好・回収率を保ちやすい
HCP/DNA除去	溶出条件で調整	負荷pH・伝導度に敏感（窓が狭め）
収率	分画で犠牲が出やすい	高い（概ね95%程度の報告あり）
負荷量	担体の結合容量に律速	高負荷にしやすい

バッファ消費と運用性のトレードオフ

除去性能だけでなく、バッファの使い方や運用の手間も様式選択に効きます。

B/Eは、平衡化・洗浄・溶出・再生と工程が多く、溶出にグラジエントを使う場合はバッファの種類も量も増えがちです。目的物を一度濃縮できる利点はありますが、溶出条件の作り込みと分画の管理に手間がかかります。

FTは、目的物を素通りさせるため溶出ステップが要らず、工程がシンプルになります。連続生産やフロースルー同士の連結にもなじみやすい様式です。一方で、目的物を吸着させない条件を狙って運転するため、負荷pHと電気伝導度の窓が狭いという難しさがあります。ある報告では、モノマー純度を保つには電気伝導度を概ね4mS/cm以下に抑える必要があったとされ、負荷液の脱塩・希釈が前提になる場合があります。

観点	バインドエリュート(B/E)	フロースルー(FT)
工程数	多い（溶出・分画あり）	少ない（素通り回収）
バッファ消費	多くなりやすい	抑えやすい
濃縮効果	あり（溶出で濃縮）	なし
運転窓	比較的広い	狭い（pH・伝導度に敏感）
連続生産適性	連結に工夫が要る	なじみやすい

POINT

FTは工程が短くバッファを抑えやすい一方、運転窓が狭く負荷条件の調整（脱塩・pH合わせ）が前提になりがちです。B/Eは窓が広い代わりに、溶出・分画の作り込みとバッファ消費が増えます。

性能・収率・バッファ消費は独立には決まらず、目的物のpIと負荷条件を軸に釣り合いを取る設計になります 。

目的物のpIと負荷条件で決まる選択

様式選択の出発点は、目的物のpIと、それに対して負荷pHをどこに置くかです。

負荷pHが目的物のpIから十分に低ければ、目的物は強く正に帯電して担体によく吸着します。この条件はB/Eに向きます。逆に、負荷pHをpIに近づけるほど目的物の正電荷は弱まり、担体に吸着しにくくなります。この「弱く吸う」条件はFTの前提づくりに使えます。

両者の中間にあたるのが 弱分配クロマトグラフィー(WPC＝Weak Partitioning Chromatography) です。目的物をわずかに吸着させながら流すことで、素通りに近い収率を保ちつつ、不純物との分配差を稼ぐ狙いです。B/Eほど吸着させず、FTほど素通りさせない中間帯として、pHと電気伝導度の最適化と組み合わせて使われます。

pIが低め（酸性側）の抗体では、CEXで十分な正電荷を得るのが難しく、そもそもCEXが向かない場合もあります。この場合は担体選び自体を見直すことになります。担体の官能基・リガンド選択の考え方は精製レジンの選び方で整理しています。

ポリッシング全体での位置づけ

CEXの様式は、単独ではなくポリッシング全体の設計の中で決まります。

抗体の定番プラットフォームは、プロテインAで捕捉したあと、二段のポリッシングで純度を仕上げる形です。その典型が フロースルー陰イオン交換(FT-AEX) と バインドエリュート陽イオン交換(B/E-CEX) の組み合わせで、AEXでDNAやウイルス、CEXで凝集体やHCPを分担して落とします。近年は、二段ともフロースルーで連結する全フロースルー型の検討も進み、高負荷で不純物を落としつつ全体収率が80%超という報告もあります。

どの不純物を、どの工程で、どこまで落とすかという全体の分担が決まって初めて、CEXにB/EとFTのどちらを割り当てるかが決まります。工程間の役割分担とプラットフォーム設計の考え方はポリッシングクロマトグラフィーで扱っています。CEX単体の性能比較にとどまらず、前後の工程と一体で最適化する視点が欠かせません。

様式選択はCEX単体の最適化ではなく、プラットフォーム全体でどの不純物をどこで落とすかという分担設計の一部として決まります 。

まとめ

CEXのB/EとFTは、目的物を吸着させるか素通りさせるかという逆向きの運転様式です。凝集体はモノマーより強く吸着するため、どちらでも凝集体を担体側に残す分離が成り立ちますが、収率・バッファ消費・運転窓の性格は正反対です。B/Eは窓が広く分画で作り込める代わりにバッファ消費と手間が増え、FTは工程が短く収率を保ちやすい代わりに負荷pH・電気伝導度の窓が狭くなります。選択は目的物のpIと負荷条件を軸に、必要なら弱分配という中間帯も含めて、ポリッシング全体の分担設計の中で決めるのが実務的です。

参考文献

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二つの様式は「何を吸着させるか」が逆

除去性能：凝集体とHCPの落ち方

バッファ消費と運用性のトレードオフ

目的物のpIと負荷条件で決まる選択

ポリッシング全体での位置づけ

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