抗体の連続捕捉（PCC/MCC）とは？ Protein A レジンを使い切る仕組みと導入の判断

Protein A抗体に特異的に結合するProtein Aを担体に固定し、抗体だけを選択的に捕まえて精製する手法です。抗体医薬の最初の精製工程として定番になっています。詳しく → のレジンは高価なのに、バッチ運転では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。詳しく →の5〜7割ほどしか使えません。カラムにロードしすぎると抗体が出口から素通りして失われる（破過破過とは、フィルターやクロマトグラフィー担体が保持・吸着できる限界を超え、捕らえるはずの物質や微生物が出口側へ漏れ出す現象です。詳しく →、breakthrough）。そのため、飽和する手前でロードを止めるのが通例です。

この制約は、破過した分を受け止める2本目のカラムがあれば消えます。複数のカラムを順につなぎ替えて、1本目を限界まで使い切る運転が周期向流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。詳しく →（PCC、複数カラム運転の総称はMCC）です。レジンクロマトグラフィーで目的物や不純物を結合させる粒子状の充填材。精製モードごとに使い分ける。詳しく →代が重い工程ほど効きますが、変わるのはレジン代だけではありません。

運転の組み方、ロットの区切り方、レジンの交換頻度まで一緒に動くので、導入は購買、製造、品質保証の三者で決める話です。

バッチの Protein A 捕捉は、なぜ破過の手前でレジンを使い切れないのか？

破過した抗体を受け止める先が無いからです。レジンの性能が足りないからではありません。

培養液を流し続けると、入口側のレジンから順に抗体で飽和し、やがて出口から破過が始まります。破過した抗体は戻せません。そのためバッチ運転では、破過が数%から10%に達する手前でロードを止め、洗浄と溶出に移ります。

このとき、出口側のレジンはまだ空いています。つまり使えているのは全体の5〜7割ほどで、残りは買ったまま使われないままです。

ロードの流速も利用率に響きます。速く流すと結合が追いつかず、早く破過が始まるからです。バッチでは、液がカラムの中にいる時間（滞留時間）を4〜6分ほど取るのが通例で、これが処理速度の上限を決めています。

では、破過した分を受け止める2本目のカラムがあればどうなるか。1本目を結合容量の限界近くまでロードできる、というのが周期向流の発想です。

周期向流クロマトグラフィー（PCC）は、破過した分を2本目でどう受けるのか？

破過が始まった1本目の出口を2本目の入口につなぎ、1本目から破過した抗体を2本目で捕捉します。 そのため、1本目は結合容量の限界までロードできます。

カラムを3本か4本並べて、直列と並列を繰り返し組み替えます。1本目が飽和したら切り離して洗浄と溶出に回し、そのあいだは2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、周期向流と呼ばれます。各カラムは、次の役割を順に巡ります。

破過は出口の UV 吸光度でモニタリングし、切り替えは装置が自動で行います。装置には、Cytivaの ÄKTA pcc（3〜4カラムの周期向流）、Sartoriusの Resolute BioSC、Pallの Cadence BioSMB（シングルユース流路チューブやフィルター、バッグをつないだ使い捨ての液体の通り道です。使用後に廃棄するため洗浄・滅菌が不要で、交差汚染を避けやすくなります。詳しく →）などがあります。2本のカラムで組む方式もあります。

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もう一つの利点が、カラムの小ささです。バッチでは1回分の培養液を1本で処理するので大きなカラムが要ります。連続運転では、小さなカラムを何度も回して同じ量を処理する。レジンの購入量が減るうえに、設備の設置面積も小さくなります。

生産性とレジン利用率は、なぜ同時に最大にできないのか？

処理の速さ（生産性）とレジンの利用率が引っ張り合うからです。 連続捕捉の効果を一つの数値で言えないのは、このためです。

• 速くロードする（生産性を優先）：単位時間に処理できる量は増える。その代わり、早く破過が始まって2本目へ流れる量が増え、切り替えの回数も増える。切り替えが増えれば、洗浄と再生に使う時間とバッファも増えて、どこかで割に合わなくなる。
• ゆっくりロードする（利用率を優先）：結合容量を使い切ってレジンは節約できるが、処理に時間がかかる。

同じ装置でも、どちらを優先するかで最適な運転条件が変わり、比べる相手も変わります。

計算で条件を先に決められるのか？

この関係を、実験を重ねずに計算で先回りして設計する試みも出てきました。2025年の研究（Silva ら）の要点は次のとおりです。

• モデル化⁠：3本のカラムで構成する周期向流クロマトグラフィーをモデル化し、予測と実験の差を最悪でも7%未満に収めた。
• 工程の提案⁠：3本1組を2段つないだ工程を提案し、レジン1mLあたり毎時およそ100mgという生産性を見込んだ。

カラムの本数も選択肢です。増やすほど生産性を伸ばす余地は広がりますが、そのぶん装置も制御も複雑になります。

フィードをどう清澄化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 →したかで、周期向流の最適な設計と性能が変わるという検討もあります。本数や切り替えの条件は、装置の仕様ではなく、自社の培養液で決めるものです。

どちらに寄せるかは、何が制約かで決まります。レジンの購入費が重いなら利用率を、設備の稼働時間が足りないなら生産性を優先する。両方を同時に最大にする設定はありません。

灌流培養とつなぐと、運転の代償として何が増えるのか？

増えるのは、無菌性と微生物の管理、切り替えの制御、ロットの定義です。 その代わりに、ハーベストを溜めずにそのまま受けられます。

連続捕捉がいちばん効くのは、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て、濃度は0.5〜2 g/L程度と低めでも、日数をかけるので総量は大きくなります。

この流れをバッチの精製で受けると、いったん溜めてから処理するため、溜めているあいだに分解や凝集が進むおそれがあります。連続捕捉なら出てきた液をそのまま受けられるので、保持時間が短くなります。

ただし、つなげば片方が止まったときにもう片方も止まります。培養で不調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なくなります。

運転そのものに加わる管理は、次のとおりです。

連続生産を扱うICH Q13原薬・製剤の連続生産に関する品質・規制の考え方を整理した国際調和ガイドライン。詳しく →（2022年11月にStep 4）は、治療用タンパク質も対象とし、連続生産でバッチをどう定義するかにも触れています。この定義が、試験の単位と、逸脱承認された手順や規格から外れた事象。GMPでは発見したら記録し、製品品質への影響を評価してロットの可否を判断します。詳しく →が起きたときの影響範囲を決めます。

導入を判断するとき、どの順で確かめるのか？

最初に確かめるのは、自社の制約がレジン代か稼働時間かです。 そのあと、次の順で確かめます。

• 自社の制約⁠：レジン代か、設備の稼働時間か。レジン代なら利用率、稼働時間なら生産性に寄せます。
• 上流の方式⁠：灌流か、流加か。灌流なら接続の効果が大きく、流加は一度ためた液を処理するので効果は限られます。
• 運転の日数⁠：何日続けるか。その期間の微生物管理とバッファの供給が成立するか。
• ロットの区切り⁠：どう区切るか。区切りが決まらないと、規格も試験も書けません。
• レジンの交換⁠：年間（暦日）で見て、交換が何回増えるか。

交換の判断はProtein Aレジンの寿命とコストに、何サイクルで替えるかの短い答えはProtein Aレジンは何サイクルで交換すればいい？にあります。装置は連続クロマトグラフィー装置、レジンはProtein Aレジンのページで比べられます。上流の連続化との組み合わせは連続生産とプロセス強化で読めます。

参考文献

• Silva TC, Isaksson M, Nilsson B, Eppink M, Ottens M. Optimization of multi-column chromatography for capture and polishing at high protein load. Biotechnol Prog. 2025;41(5):e70047.（3本のカラムの周期向流クロマトグラフィーのモデル化、予測との差が最悪でも7%未満、3本1組を2段つないだ工程の提案）
• The effect of feed quality due to clarification strategy on the design and performance of protein A periodic counter-current chromatography. Biotechnol Prog. 2018;34(6):1380-1392. doi:10.1002/btpr.2709（供給液の清澄化の方法で、周期向流の設計と性能が変わるという検討）
• ICH医薬品規制の国際調和を目的として、日米欧の規制当局と製薬業界が参加する国際的なガイドライン策定機関。詳しく → Q13, Continuous Manufacturing of Drug Substances and Drug Products（2022年11月16日にStep 4。治療用タンパク質を含む連続生産が対象で、連続生産でのバッチの考え方にも触れる）