抗体医薬基礎知識・精製

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

Proglenth 編集部公開 2026-06-26約8分で読めます

Protein A の樹脂は高価です。だから、買った容量は使い切りたい。ところがバッチ運転では、それができません。カラムに載せられる量は結合容量の 7割前後で止めるのが通例で、残りは使わないまま溶出に移ります。理由は単純で、破過させてしまえば目的物が素通りして失われるからです。高い樹脂の3割を、使わないまま抱えている状態が続きます。

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核心は一点です。破過した分を受け止める先があれば、この制約は消えます。カラムを複数並べ、一本目から漏れた目的物を二本目が捕まえる構成にすれば、一本目は容量の限界まで載せられます。これが周期的向流と呼ばれる運転で、樹脂の利用率を 90% を超える水準まで引き上げられます。樹脂を賢く使う技術というより、破過を許せる構造を作る技術です。

この記事では、バッチ運転がなぜ樹脂を使い切れないのかを確かめてから、複数カラム運転の仕組み、そこで得られる数字、灌流培養との接続、そして運転上の代償の順に解説します。動的結合容量の測り方はProtein A の DBC 測定にまとめてあります。最後に、導入を決める順序を並べます。

この記事の要点

バッチでは破過を避けるため結合容量の 7割程度しか使えず、残りは投資したまま眠ります。
複数カラムで破過分を受け止めると利用率が 90% を超え、樹脂の必要量が大きく減ります。
ただし生産性と利用率は両立せず、どちらに寄せるかで運転条件が変わります。

バッチが樹脂を使い切れない理由 ― 破過という壁

制約は、破過という現象にあります。

カラムに培養液を流し続けると、上流から樹脂が埋まっていき、やがて目的物が出口から漏れ始めます。漏れた分は回収できません。だからバッチ運転では、漏れが 1〜10% に達する手前で載せるのをやめ、洗浄と溶出に移ります。

このとき、カラムの出口側の樹脂はまだ空いています。使われているのは全体の 7割前後で、残りは買ったまま使われない。Protein A の樹脂は 1 L あたりの単価が高いので、この 3割は無視できない金額です。

しかも、載せる速度を上げると利用率はさらに下がります。滞留時間が短いと結合が追いつかず、早く漏れ始めるからです。バッチでは 4〜6分の滞留時間を取るのが通例で、これが処理速度の上限を決めています。連続運転なら短いカラムを何度も回せるので、1〜2分の滞留時間でも成立します。⁠バッチ運転の制約は、樹脂の性能ではなく、破過を許せない構造から来ています。

複数カラムで受け止める ― 周期的向流の仕組み

仕組みそのものは単純です。

カラムを3本か4本並べ、直列と並列を組み替えながら運転します。一本目に載せて破過が始まったら、その出口を二本目につなぐ。一本目から漏れた目的物は二本目が捕まえるので、一本目は容量の限界まで載せられます。一本目が飽和したら載せるのをやめ、洗浄と溶出に回し、そのあいだに二本目が新しい液を受けます。

この切り替えを周期的に繰り返すので、周期的向流と呼ばれます。各カラムは、載せる、受け止める、洗う、溶出する、再生する、という段階を順に巡ります。装置としては Cytiva や Sartorius、Repligen が専用の系を出していて、破過を紫外吸収で監視しながら自動で切り替えます。

カラムが小さくできる点も効きます。バッチでは一回分の培養液を一本で処理するので大きな径が要りますが、連続運転では何度も回せるため、一桁から二桁小さいカラムで同じ量を処理できます。⁠同じ量を、大きなカラムで一度に処理するか、小さなカラムで何度も処理するか。連続捕捉は後者を選ぶ設計で、設備の設置面積も一緒に小さくなります。

数字で見る ― 何がどれだけ変わるか

報告されている改善幅は、条件によって幅があります。

樹脂の必要量については、最大で 92% の削減という報告があります。生産性、つまり樹脂 1 mL と単位時間あたりに処理できる量では、81% の向上が示された例があります。4本のカラムを使った構成で 49% の向上という報告もあり、系によってばらつきます。

重要なのは、生産性と利用率が両立しない点です。ある検討では、回収率を 99% に保った条件で、生産性を最大にすると樹脂の利用率は 60% に落ち、逆に利用率を 95% まで上げると生産性は 0.38 mg/mL/min から 0.10 mg/mL/min へ下がりました。同じ装置を使いながら、どちらを取るかを選ぶ話です。

この関係が生まれるのは、載せる速度を上げると破過が早まるからです。速く載せれば単位時間あたりの処理量は増えますが、二本目へ漏れる量も増え、切り替えの頻度が上がります。切り替えが増えれば洗浄と再生に使う時間と緩衝液も増え、どこかで割に合わなくなる。逆に、ゆっくり載せて容量を使い切る運転では、処理に時間がかかります。

どちらに寄せるかは、何が制約かで決まります。樹脂の購入費が重いなら利用率を上げ、設備の稼働時間が制約なら生産性を上げる。⁠連続捕捉の導入効果は一つの数字では表せません。自社の制約がどちらかを決めてから、その軸で比べる必要があります。

POINT

樹脂の寿命はサイクル数で決まります。連続捕捉では1日に何度も回すので、100〜200サイクルという寿命を暦の上では短期間で使い切ります。樹脂の総使用量は減っても、交換の頻度は上がる。購入量だけで費用を比較すると、この部分を見落とします。

灌流培養との接続

連続捕捉が最も効くのは、上流も連続のときです。

灌流培養では、培養液が毎日少しずつ出てきます。濃度は 0.5〜2 g/L と低めですが、日数をかけるので総量は大きい。この流れをバッチの精製で受けると、一度ためてから処理することになり、ためているあいだに分解や凝集が進みます。

連続捕捉なら、出てきた液をそのまま受けられます。培養槽から精製へ直結する構成が取れ、保持時間が短くなるぶん、目的物の品質も保たれやすい。培養が続くかぎり精製も回るので、工程全体としての設備は小さくなります。

ただし、つなぐということは、片方が止まればもう片方も止まるということです。培養でトラブルが起きれば精製の予定が崩れ、精製で詰まれば培養液の行き場が無くなります。⁠連続化は設備を小さくする代わりに、工程間の独立性を失わせます。

運転上の代償 ― 時間軸が変わる

導入を検討するとき、見落としやすい負担がいくつかあります。

一つが、無菌性と微生物の管理です。バッチなら数時間で終わる工程が、連続では 14日以上続くこともあります。そのあいだ系を閉じたまま保ち、微生物が増えないようにしなければなりません。緩衝液は途中で作り足すことになるので、調製した液の保持時間そのものが管理項目に加わります。0.2 µm のフィルターの位置、緩衝液の調製と保管、サンプリングの方法まで、時間軸を前提に設計し直します。

二つ目が、切り替えの制御です。破過を検出して切り替える論理が、想定と違う挙動を示すことがあります。培養液の濁りや泡で紫外吸収が乱れれば、切り替えの判断が狂う。制御の堅牢さが、そのまま運転の安定性を決めます。切り替えの閾値は、実際の培養液で破過曲線を取ってから置くことになり、清澄化した液と濁りの残る液では挙動が変わります。

三つ目が、ロットの定義です。連続運転では、どこからどこまでを一つのロットとするかを決めなければなりません。時間で区切るのか、量で区切るのか、あるいは一本のカラムが一巡する周期で区切るのか。⁠この定義が、試験の単位も、逸脱の影響範囲も決めます。技術より先に、この整理が要ります。