Protein A樹脂の寿命を延ばすCIP：薄いNaOHが逆効果になる理由

Proglenth 編集部公開 2026-07-22更新 2026-10-18約5分で読めます

Protein A樹脂の寿命は毎回の洗浄（CIP、cleaning in place）の条件で大きく変わり、洗浄に使う水酸化ナトリウム（NaOH）を推奨より薄くすると、かえって寿命を縮めることがあります。樹脂の容量は、リガンド（抗体をつかまえるタンパク質）が壊れることだけでなく、洗い残しの汚れがたまること（ファウリング）でも落ちるためです。

ただし、推奨の洗浄条件は樹脂ごとに違い、何回まで使えるかも抗体や培養液によって変わるため、寿命は自分の工程で確かめて決めます。

この記事では、寿命が原価に響く理由、容量が落ちる2つの原因、NaOHを薄めると逆効果になる理由、小さなカラムで寿命を確かめる試験を順に説明します。

1. 寿命が原価に響く理由 ― 高価な樹脂の使用回数

Protein Aクロマトグラフィーは、培養液から抗体だけをつかまえる最初の精製の工程です。Protein A樹脂は抗体の精製でも特に高価な資材で、何回使えるかがそのまま原価に響きます。

1ロットあたりの樹脂代を下げる現実的な手段は、同じ樹脂を何ロットも繰り返し使うことです。1本のカラムを100回使えるか200回使えるかで、1ロットあたりの樹脂代はおよそ2倍違います。

商業生産の規模になると金額も大きく、Danaher は2026年7月の決算説明会で、大口の顧客向けのクロマトグラフィー樹脂の出荷が1件1,000万〜3,000万ドルの規模だと説明しています。洗浄の条件は樹脂の寿命と次の発注の時期を決めるため、精製の担当者だけでなく、樹脂を発注する購買の担当者にも関わります。

寿命は、樹脂が壊れて使えなくなる日ではなく、あらかじめ決めた容量や品質の基準を割り込む手前に、検証で引く線です。その線を早めに引かせる最大の要因が、使うたびに動的結合容量（DBC）が落ちていくことです。

容量が落ちれば、1回に載せられる抗体の量を減らすか、早めに樹脂を替えるしかなく、どちらにしても費用がかさみます。交換の判断の軸はProtein Aレジンの寿命とコストで、何回で替えるかの考え方はProtein Aレジンは何サイクルで交換すればいい？で解説しています。

樹脂の寿命を延ばすことは、DBCをどれだけ長く落とさずに保てるかとほぼ同じ意味です。

2. 容量が落ちる2つの原因 ― リガンドの劣化と汚れのたまり

DBCが落ちる原因は、大きく次の2つに分けられます。

リガンドの劣化⁠：リガンドはタンパク質なので、強いアルカリに長くさらされると少しずつ壊れ、一部は溶出液に漏れ出します（リガンド漏出）。
ファウリング⁠：培養液には抗体のほかに、宿主細胞由来のタンパク質（HCP）、DNA、脂質、培地の成分が含まれます。その一部が溶出のあとも樹脂の粒の表面や細い孔に残り、回を重ねるごとに積もって、リガンドに抗体が届きにくくなります。

リガンドの劣化ではリガンドそのものが減り、ファウリングではリガンドが残っていても抗体が届かなくなる点が異なります。

NaOHは、この汚れを落とすのに向いています。強いアルカリはタンパク質を壊し、脂質とDNAも分解するうえ、微生物やエンドトキシンを抑える働きもあるため、Protein AのCIPではNaOHが標準的に使われます。詳しい条件の組み立てはProtein Aレジンの再生・CIPで解説しています。

ただし、NaOHはリガンドも傷めます。洗浄の強さとリガンドの保護は両立しにくく、以前はリガンドを守るためにアルカリを控えめにする考え方がありました。

この問題に樹脂の側で対応したのが、アルカリに強くなるよう改変したリガンドを使う樹脂です。Cytiva の MabSelect PrismA は0.5〜1.0 MのNaOHでの洗浄に耐えるとされ、東ソーも耐アルカリ性を高めたTOYOPEARL Super Aを展開しています。

アルカリに強い樹脂は、弱く洗ってリガンドを守るためではなく、十分な濃度のNaOHで洗ってもリガンドが壊れにくいように作られています。

3. 薄めると逆効果になる理由 ― 毎回たまる洗い残し

Cytiva は、MabSelect PrismA を使うたびに、0.5 MのNaOHで洗うことを勧めています。推奨より低い濃度のNaOHで洗うと、リガンドが失われるのではなく、汚れによって結合容量が下がりうるとも説明しています。

NaOHを「樹脂に優しくするため」と薄めると、リガンドへの負担は確かに減りますが、汚れを落とす力も足りなくなり、落としきれなかった分が次の回に持ち越されます。それが毎回積み重なると、リガンドが傷んでいないのに、汚れでDBCが下がっていきます。

汚れをわざと付けた樹脂で洗浄の効率を比べた検討でも、NaOHの濃度を上げるほど汚れはよく落ちていました。洗浄を毎回ではなく数回おきに間引く運用も、同じ理由で汚れを持ち越しやすくなります。

DBCが落ちてきたときは、次の手がかりで原因を見分けます。

強めの洗浄で容量が戻る⁠：汚れがたまっていた可能性が高いと考えられます。
容量が戻らず、溶出液に漏れ出すリガンドの量も増えている⁠：リガンドの劣化を疑います。
カラムの圧力が上がる、樹脂の色が変わる⁠：こうした変化も、汚れのたまりを示すことがあります。

POINT

推奨の洗浄条件は樹脂ごとに違います。アルカリに強い樹脂で妥当な0.5 MのNaOHを、古い世代の樹脂にそのまま当てはめると、リガンドを早く傷めることがあります。条件は必ず、使う樹脂のメーカーの資料で確かめます。

DBCが落ちたときは、リガンドの劣化を疑う前に、洗浄の濃度と頻度が推奨どおりかを先に確かめます。

4. 寿命を確かめる試験 ― 小さなカラムで追う項目

推奨の洗浄条件で何回まで使えるかは、抗体の性質や培養液の汚れ方で変わるため、寿命は自分の工程で確かめて決めます。

商業生産のカラムを何百回も回して確かめるのは現実的ではないため、実際の培養液を使い、小さなカラムで運転と洗浄を繰り返す寿命試験（reuse study）を行います。

追うのは、DBCや回収率の推移、溶出液に持ち越されるHCPと凝集体の量、漏れ出すリガンドの量、カラムの圧力です。これらが許容の範囲に収まる回数を確かめ、そこから余裕を見て交換の回数を決めます。

小さなカラムでは詰め方のむらが結果を左右するため、カラム充填とHETPの評価で詰め方を確かめてから始めます。1回に載せる量の見当は、滞留時間・線速度・負荷量の計算ツールで付けられます。

洗浄の条件は、後ろの工程にも影響します。洗浄が足りずにHCPや凝集体を持ち越せば、低pHウイルス不活化や後段のクロマトグラフィーの負担が増え、逆に強く洗いすぎればリガンドの漏出が増えて、後ろで取り除く量が増えます。

樹脂を選ぶ段階で、想定する寿命と洗浄への強さを精製レジンの選び方の比較の軸に入れておくと、後から条件を探し直す手間が減ります。リガンドの耐アルカリ性をさらに伸ばす研究も進んでいて、Protein Aの耐アルカリ性はどこまで伸びたかで論文を紹介しています。

寿命は樹脂のカタログではなく、自分の培養液と自分の洗浄条件で確かめた回数で決まります。

5. 明日から確かめられること

自分の工程や、検討中の樹脂について、次の点を確かめます。

洗浄の条件⁠：使っている洗浄のNaOHの濃度と接触時間が、その樹脂のメーカーの推奨どおりかを確かめます。
洗浄の頻度⁠：洗浄を毎回行っているかを見ます。間引いているなら、その根拠となるデータがあるかを確かめます。
回数ごとの記録⁠：DBCや回収率、カラムの圧力、溶出液に漏れ出すリガンドの量を、回数ごとに記録して傾向を見ているかを確かめます。
寿命試験の条件⁠：寿命試験を、実際の培養液と、充填を確かめた小さなカラムで行ったかを確かめます。
交換の回数の余裕⁠：樹脂を替える回数に、余裕をどれだけ見込んでいるかを確かめます。

製品はProtein Aレジン、漏れ出したリガンドの測定は残存Protein A ELISA、小さなカラムでの検討にはプレパックカラムで比べられます。新しい高容量の樹脂としては、Cytiva のMabSelect PrismA Xの発表もあります。

参考文献

Cytiva, Influence of NaOH concentration on protein A resin cleaning（MabSelect PrismA に毎回0.5 M NaOH を推奨、低い濃度ではファウリングで結合容量が下がりうる）
Cytiva, Cytiva advances resins portfolio
Grönberg A, et al. A tool for increasing the lifetime of chromatography resins. mAbs. 2011;3(2):192-202.（PMC3092620）（汚れを付けた MabSelect SuRe で、NaOHの濃度が高いほど洗浄の効率が上がる）
The Motley Fool, Danaher (DHR) Q2 2026 Earnings Call Transcript（2026年7月21日）（大口の樹脂の出荷1件あたりの規模）