抗体の連続精製（PCC/MCC）とは？樹脂を使い切るメリットと運転課題

連続キャプチャ（PCC：Periodic Counter-Current chromatography固定相と移動相の間での物質の相互作用（分配・吸着・イオン交換など）の差を利用して、混合物中の成分を分離・精製する操作の総称。／MCC複数のカラムを切り替えながら精製を止めずに続ける方式の装置です。担体を無駄なく使い連続処理につなげます。詳しく →：Multi-Column Chromatography）は、この余裕を使い切るための手法です。複数の小型カラムを時間差で並行運転し、負荷・洗浄・溶出・再生を周期的に切り替えながら回す。先行カラムが破過フィルターの保持能力の限界を超え、除去対象の微生物や粒子がろ液側に通り抜けてしまう現象。して漏れ出した抗体を、直列につないだ後続カラムで受け止めるため、先行カラムは破過点を越えて負荷を続けられます。単カラムのバッチ捕捉では使い切れなかった動的結合容量（DBC実際に液を流しながら測る、担体が破過するまでに結合できるタンパク質量。樹脂の使い切りの指標。）を破過まで使い込めるので、同じ処理量を少ない樹脂量と小さな設備で達成できます。

樹脂を使い切れる理由は、この「破過を後続カラムで受ける」という一点に集約されます。ただし複数カラムを周期的に切り替える運転は、灌流培養培養液を連続的に入れ替えながら細胞を高密度に保ち、長期間生産を続ける培養方式です。細胞を装置で保持し、老廃物を除きつつ栄養を補給します。詳しく →との接続や切替制御、長時間運転特有の課題という別の難しさも伴います。

バッチ捕捉が樹脂を使い切れない理由

クロマトグラフィー固定相と移動相の間での物質の相互作用（分配・吸着・イオン交換など）の差を利用して、混合物中の成分を分離・精製する操作の総称。樹脂が単位体積あたりに結合できる抗体量は、平衡時の最大容量（静的結合容量）と、実際の流速下で破過に至るまでに結合できる量（動的結合容量実際に液を流しながら測る、担体が破過するまでに結合できるタンパク質量。樹脂の使い切りの指標。、DBC）で表されます。バッチ運転では、カラム出口に抗体が漏れ始める破過点の手前で負荷を止めるため、通常DBCの何割かを安全余裕として残す。この残した分が、そのまま使われない樹脂容量になります。

破過は急に起きるのではなく、出口濃度が徐々に立ち上がる「破過曲線」を描きます。バッチではこの立ち上がりの初期で運転を止めるため、破過曲線の後半に相当する結合容量担体が結合できる目的物の量。大きな粒子は樹脂ビーズの細孔に入りにくく、結合容量を稼ぎにくい。は活用できません。 先行カラムの破過流出を後続カラムで回収できれば、破過点を越えて負荷を続けられ、DBCを破過近くまで使い込める ことが、連続キャプチャ培養液から目的の抗体だけを大きく濃縮・精製する工程。抗体医薬ではプロテインAが担う。で樹脂量を削減できる根本の理由です。

同じ量の抗体を処理するのに必要な樹脂体積が減れば、高価なプロテインA樹脂のコストを直接削れます。カラム・緩衝液溶液のpHを一定範囲に保つために使用される弱酸と共役塩基の混合溶液。まわりの設備規模を抑えられる効果も加わります。

周期的向流（PCC）と多カラム運転の仕組み

PCC/MCCの基本は、複数のカラムを「負荷を受けている相」と「洗浄・溶出・再生をしている相」に役割分担し、時間差でローテーションさせることです。負荷フェーズでは2本以上のカラムを直列につなぎ、上流（先行）カラムが破過した抗体を下流（後続）カラムが受け取ります。先行カラムが規定の負荷量に達したら、その列から外して洗浄・溶出・再生に回し、再生済みのカラムを後続側の末尾に組み込む。これを順送りで繰り返すため、各カラムは同じ周期を位相をずらしながらたどります。

「向流（counter-current）」とは、試料の流れに対して新しい（再生済みの）樹脂が下流側に配置され、最も負荷の進んだ樹脂から先に溶出に回る配置を指します。これにより、出口側には常に結合余力のあるカラムが置かれ、抗体のすり抜け損失を抑えながら入口側のカラムを破過まで使い込めます。 直列に並んだカラム間で破過流出を受け渡す向流配置が、高い樹脂利用率とロス抑制を両立させる 点が、この方式の核心です。

カラム本数は2本構成から複数本構成まで設計次第で、本数を増やすほど各カラムを破過近くまで攻めやすくなります。その分、配管・バルブ系と制御の複雑さも増す。設計上のトレードオフです。

灌流ハーベストとの接続

連続キャプチャは、上流の灌流培養（パーフュージョン）と組み合わせると特に整合します。灌流培養では培養槽から低濃度の抗体を含むハーベストが連続的に流出し続けるため、これをバッチ捕捉で受けると一旦タンクに溜める保持工程が必要になります。一方、連続キャプチャなら流出してくるハーベストをそのまま各カラムへ振り分けて処理でき、上流から下流まで止めずにつなぐ連続生産（コンティニュアス・マニュファクチャリング培養から精製までを区切らず流れとしてつなぐ生産方式。ICH Q13が承認の道筋を示す。）の捕捉段として働きます。

灌流ハーベスト培養液から細胞や破片を取り除いて目的物質を含む上清を回収し、後工程に渡せる清澄な液にする工程です。詳しく →は抗体濃度が比較的低く、流量が長時間一定で続くという特徴があります。これは、小容量カラムを長時間回し続けるPCC/MCCの運転様式と相性が良い条件です。 連続的に低濃度で供給され続ける灌流ハーベストを、保持タンクを介さずに捕捉できる ことが、灌流と連続キャプチャを組み合わせる実務上の利点です。

ただし、上流の灌流供給流量と下流の捕捉サイクルを同期させる設計が前提になります。供給流量が変動すると各カラムの負荷量や破過タイミングがずれる。培養側の流量・力価の安定が、捕捉側の運転安定に直結します。

切替制御・樹脂寿命・無菌保持という運転課題

連続キャプチャの安定運転で最も重要なのが、いつ先行カラムを外すかという切替タイミングの制御です。負荷量を時間（タイマー）だけで決めると、培養の力価変動でDBCに対する負荷率がずれます。出口側のUV吸光で破過を検知し、規定のすり抜けレベルに達した時点で切り替える方式と組み合わせるなど、破過挙動に基づく制御が運転の鍵になります。破過曲線樹脂が飽和し目的物が素通りし始める様子を記録した曲線。DBCはこの曲線から読み取ります。は流速・濃度・樹脂の状態で変わるため、これらの変動を見込んだ制御設計が求められます。

長時間運転では、樹脂の繰り返し使用に伴う劣化と無菌保持が課題になります。各カラムは一周ごとに負荷・洗浄・溶出・再生（CIP）を繰り返すため、サイクルを重ねるうちに結合容量の低下やキャリーオーバー前のサイクルの成分が次に持ち越されてしまうこと。樹脂の繰り返し使用で進みうる。が進む可能性があり、樹脂寿命の範囲内で運転計画を組む必要があります。数日規模の連続運転では、バイオバーデンやエンドトキシングラム陰性菌の外膜由来の発熱性物質（LPS）で、注射剤では厳しく管理し、LAL試験などで測定します。詳しく →の管理、微生物増殖の抑制といった無菌・衛生面の保持が、バッチ運転より長い時間軸で求められます。 切替タイミングの制御、灌流供給との同期、そして樹脂寿命・無菌保持の管理が、連続キャプチャを安定運転させるための実務上の三本柱 です。

これらは品質面でも評価対象になります。ウイルスクリアランス製造工程がウイルスをどれだけ除去・不活化できるかを評価し、製品の安全性を確保する取り組みです。各工程の低減能力を対数の値で示します。詳しく →や工程の頑健性培養時間や試薬ロットなど条件を少し振っても、アッセイの値が耐えて安定する性質。は、連続運転を前提とした考え方で検証する必要があります。

まとめ

連続キャプチャ（PCC/MCC）は、複数の小型カラムを時間差で並行運転し、先行カラムの破過流出を後続カラムで回収する向流クロマトグラフィーです。単カラムのバッチ捕捉では使い切れなかった動的結合容量を破過近くまで使い込めるため、同じ処理量を少ない樹脂量と小型設備で達成できます。連続プロテインAとして運転されることが多く、低濃度のハーベストが連続的に流出する灌流培養との接続に適し、連続生産培養から精製までを区切らず流れとしてつなぐ生産方式。ICH Q13が承認の道筋を示す。の捕捉段を担います。実装にあたっては、破過挙動に基づく切替制御、灌流供給との同期、そして長時間運転での樹脂寿命と無菌保持の管理が運転安定の前提となります。

参考文献

• ICH Q5A(R2) ウイルス安全性評価に関するガイドライン
• ICH Q6B 生物薬品の規格及び試験方法の設定
• ICH Q5C 生物薬品の安定性試験
• 日本薬局方 一般試験法（液体クロマトグラフィー、エンドトキシン試験法 等）