クロマトカラムの自家充填とプレパックをどう選ぶか

しかし実際に工程の運用を左右するのは、この内径レンジではありません。効いてくるのは2つです。樹脂を都度充填処方済みの溶液をバイアルやシリンジなどの容器へ無菌的に充填し、封止する製造工程。詳しく →する自家充填のハードウェアを使うか、樹脂込みで届くプレパックのカラムを使うかという選択と、自家充填を選んだ場合に軸圧縮をどこまで自動化するかという度合いです。前者は次のキャンペーンへ切り替える時間と、交差汚染のリスクを決めます。後者は充填の再現性が、装置に依存するか、オペレーターの技量に依存するかを決めます。⁠内径のレンジは、この2つが決まったあとに読む数字にすぎません。

本稿では、自家充填とプレパックがそれぞれ何を運用に持ち込むかから、軸圧縮の自動化の違い、プレパックの中にある樹脂再利用という選択肢、そしてスクリーニング用の小型カラムからのスケール展開まで、順に整理します。最後に、選ぶ順番を並べます。

自家充填とプレパック ― 何が運用に持ち込まれるか

自家充填は、空のカラムハードウェア精製用の担体を自分で詰めて使う、中身が空のカラム容器です。製造規模に合わせた精製工程の器そのものにあたります。詳しく →を購入し、樹脂を自社で都度詰める方式です。装置は資産として残ります。

CytivaのBPGは、内径100 mmから450 mmまでのガラス製カラムです。標準では、70 µmから150 µm程度の粒子径に合わせた23 µmのネットが付属します。より細かい樹脂には10 µmや12 µmのネットに替えます。粗い樹脂には54 µmのネットを使います。樹脂だけを購入すれば、繰り返し使えます。

プレパックは逆です。樹脂を充填した状態のカラムが届きます。充填やアンパックの作業そのものが要りません。CytivaのReadyToProcessカラムは1 L以上の単回使用カラムです。MabSelectのような樹脂があらかじめ充填された状態で、ÄKTA readyと組んで臨床製造に使われます。⁠充填という作業をまるごと外部化できるので、切り替えにかかる時間が大きく変わります。

軸圧縮の自動化 ― 手動と全自動のあいだ

自家充填を選んだ場合、次に効いてくるのが軸圧縮の自動化度です。

SartoriusのResolute ManuPakは、内径300 mmから2000 mmまでの手動充填カラムです。クローズドシステム細胞や培地の流路を外気に開放せず、無菌接続で工程を進める閉鎖系の構成。汚染機会を物理的に減らす。詳しく →でのパックインプレースに対応します。耐圧はステンレス管で5 barg、アクリル管で4 bargです。手動である以上、充填の再現性はオペレーターの手順に左右されます。同社のResolute AutoPakは、内径400 mmから2000 mmで全自動です。ワンボタンの操作で、充填・アンパック・CIPタンクや配管を分解せず設置したまま洗浄(CIP)し、蒸気などで滅菌(SIP)する仕組みです。詳しく →・リパックインプレースまでを実行します。エア補助のアンパックにより、バッファーの消費量も抑えられます。

CytivaのAxiChromも軸圧縮の系列です。設計圧力は4 bargです。450/300という型番の機種では、質量710 kg、対応温度2℃から30℃、最大容量48 Lという仕様が公表されています。⁠同じ軸圧縮でも、手動か全自動かで、充填のたびに人手が介在する範囲が変わります。

プレパックの中にある、再利用という選択肢

プレパックは単回使用だと思われがちですが、そこにも幅があります。

RepligenのOPUS 2.5-80Rは、2.5から80Rまでを線形にスケールアップ小型培養で確立した条件を、より大きなバイオリアクターへ拡大する取り組みです。酸素供給の指標kLaなどを揃え、性能を再現します。詳しく →できるプレパックの系列です。45R・60R・80Rの機種には側面にポートがあり、充填した樹脂を回収できます。回収した樹脂は、同じOPUSカラムでも、従来の自家充填カラムでも再利用できます。性能評価では、実質的な工程サイクルにして100サイクルを超えても、充填の品質と分離の再現性が保たれたと報告されています。「プレパック=使い捨て使い捨ての樹脂製バッグや容器を用いる製造方式です。洗浄・滅菌の手間を減らせる一方、ステンレス設備と比べて特徴が異なり、目的に応じて選び分けます。詳しく →」という理解は、この側面ポートを見落としています。

TosohのSkillPak / ToyoScreenは、TOYOPEARLを充填した方法開発用からGMP医薬品を一定の品質で安全に造るために守るべき製造・品質管理の基準（適正製造規範）です。詳しく →製造用までの系列で、同じ樹脂骨格でスケール間の選択性目的物と不純物を、溶出位置をどれだけ離して分けられるかの度合い。分離の分解能を左右する。詳しく →を維持します。MerckのChromaboltは、FractogelやEshmunoを充填した事前検証済みのプレパックで、10 cmや20 cm、32 cmの内径がそろい、初期の臨床製造で充填と洗浄の工程を丸ごと省けます。単回使用として割り切るか、樹脂だけ回収して使うかは、コストの前提を左右する選択です。

スクリーニング用の小型カラムからのスケール展開

樹脂やグレードを絞り込む段階では、さらに小さいカラムが使われます。

RepligenのOPUS RoboColumn微量の担体を詰めた超小型カラムで、自動分注ロボットに載せて多数の精製条件を並行で試すハイスループットスクリーニングに使います。詳しく → / MediaScoutは、200 µLと600 µLのプレフィル小型カラムで、液体ハンドラーに載せて並列にスクリーニングできます。CytivaのPreDictor RoboColumnも同じ200 µLと600 µLのサイズで、96ウェルプレート形式のPreDictor plateとあわせて、イオン交換やアフィニティ特定の相互作用を使って目的物を選択的に捕まえる精製法。ヘパリンやタグへの親和性などを利用する。詳しく →、HIC分子表面の疎水性の違いを利用して分けるクロマト担体で、高い塩濃度で吸着させ塩を下げて溶出させます。抗体の凝集体除去などに使われます。詳しく →、マルチモード樹脂のスクリーニングに使われます。

これらの小型カラムで見つけた条件は、同じメーカーの中で大型のプレパックや自家充填カラムへそのまま持ち上げられます。ToyoScreenのRoboColumnからSkillPakへ、あるいはOPUS RoboColumnからOPUS 2.5-80Rへという系列です。⁠樹脂の骨格を揃えたまま径だけを変えられる系列かどうかが、開発の日数に直接効いてきます。

メーカーに聞くべきこと

装置選びで聞くべきは、内径のレンジではありません。

メーカーに聞くべきは「内径は何mmまで対応するか」ではなく、「充填が終わってから次のキャンペーンへ切り替えるまで、何時間かかるか」です。自家充填では、CIPと再充填にかかる時間が切り替えの律速です。プレパックでは、新しいカラムの受け入れ検査と接続の時間が律速です。どちらが自社のスケジュールで重いかを、事前に見積もっておく必要があります。

自家充填とプレパックのどちらが優れているという話ではありません。同じ樹脂を長期間使い倒す単一製品の商用生産では、自家充填のコスト優位が効きます。複数の製品を切り替えるマルチプロダクト施設や、交差汚染を厳しく管理したい施設では、プレパックの切り替えの速さが効きます。⁠どちらの失敗が自社の生産計画で重いかで、選ぶべき方式が変わります。

選ぶ順番

最後に、決める順序を整理します。

まず、自社の生産方式を確認します。単一製品を長期間作り続けるのか、複数製品を切り替えるマルチプロダクト施設なのかで、自家充填とプレパックのどちらに分があるかが変わります。次に、交差汚染のリスクをどこまで厳しく管理したいかを評価します。

そのうえで、自家充填を選ぶなら、軸圧縮を手動にするか全自動にするかを、扱う人員の技量と充填の頻度から決めます。プレパックを選ぶなら、側面ポートで樹脂を回収できる機種にするか、単回使用として割り切るかを決めます。最後に、スクリーニング用の小型カラムから商用スケールまで、同じ樹脂骨格で系列がそろうメーカーを優先します。⁠内径のレンジ表を最初に見ないことが、この順番のいちばんの要点です。

参考文献

• Cytiva, AxiChrom Chromatography Columns データファイル（内径レンジと軸圧縮の設計圧力）
• Cytiva, ReadyToProcess Columns 製品情報（単回使用プレパックとÄKTA readyの組み合わせ）
• Cytiva, BPG Columns Operating Instructions（ネットの目合いと対応粒子径）
• Sartorius, Resolute ManuPak / AutoPak 製品情報（手動充填と全自動充填の耐圧・機能差）
• Repligen, OPUS 2.5-80R Pre-packed Chromatography Columns 製品情報（側面ポートによる樹脂回収とサイクル性能）
• Tosoh Bioscience, SkillPak / ToyoScreen 製品情報（方法開発用からGMP製造用までの系列展開）