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超遠心分離機(密度勾配)

密度勾配超遠心は、塩化セシウムやイオジキサノールで形成した密度勾配中に試料を沈降させ、粒子をその浮遊密度ごとに分離する分取用装置です。AAVベクターの空カプシド・実カプシド分離や各種ウイルス精製に使われ、サイズが近くても密度差があれば分けられるのが特長です。スイングバケット・固定角・連続フロー型があり、回転数・処理容量・GMP対応が主な選定軸になります。

密度勾配AAV空殻実殻CsCl/イオジキサノール分取超遠心ウイルス精製

用途・特徴

密度勾配超遠心は、塩化セシウム(CsCl)やイオジキサノール(OptiPrep等)で形成した密度勾配の中に試料をかけ、各粒子を自身の浮遊密度に等しい位置(等密度点)まで沈降させて分離する装置です。AAVベクターでは、ゲノムを内包する実カプシド(フル)と内包しない空カプシド(エンプティ)で粒子密度が異なるため、勾配中で帯状に分かれます。サイズではなく密度で分けるため、サイズが近い空殻・実殻の分取に向き、分取(preparative)スケールで純度の高い実カプシド画分を回収できます。

選定軸は、最高回転数(および対応する相対遠心力RCF/k-factor)、ローター方式、処理容量、そしてGMP対応です。ローターはスイングバケット(界面が水平になり等密度バンドのフラクション回収が容易)、固定角(沈降は速いが壁効果が出る)、そして大容量を連続供給で処理する連続フロー型に大別されます。AAVの分取では分解能と回収性からスイングローター+ステップ/連続勾配が定番で、大量処理やワクチン精製では連続フロー型が用いられます。

工程設計では、勾配媒体の選択(CsClは高分解能だが浸透圧・除去工程が必要、イオジキサノールは等浸透圧で粒子に穏やかだが分解能・分取性で運用差)、勾配の作り方(ステップ/連続)、ラン時間・温度、バンドの可視化と分画回収、回収後の脱塩・バッファー交換(透析/限外ろ過)までを一連で考えます。スループットや無菌性が要る本生産では連続クロマト等への置き換え・併用も検討されますが、空・実分離の分解能では密度勾配超遠心が基準法として残っています。

Point
  • 密度勾配(CsCl/イオジキサノール)でAAVの空殻・実殻を密度差で分離・分取する
  • 等密度点まで沈降させる平衡法で、サイズが近い粒子も密度差で分けられる
  • スイングバケットは水平バンドで分画回収しやすく、分取AAVの定番
  • 固定角ローターは沈降が速いが壁効果があり、用途で使い分ける
  • 連続フロー型は大容量・連続供給でワクチンや大規模ウイルス精製に対応
  • 回転数・RCF(k-factor)・処理容量・温度制御が分解能とラン時間を左右する
  • CsClは高分解能だが浸透圧負荷と除去工程、イオジキサノールは等浸透圧で穏やか
  • 回収後は透析・限外ろ過(TFF)で勾配媒体除去とバッファー交換が必要

使用方法

ここではAAVベクターの空殻/実殻分離を想定したイオジキサノール(またはCsCl)密度勾配超遠心の基本的な流れを示します。実際の勾配組成・回転数・時間は装置・ローター・試料により異なります。

1目的(空実分離/ウイルス精製)と勾配媒体・ローター方式を選定する
2密度の異なる勾配液(ステップ/連続)を遠心管に重層調製する
3清澄化・濃縮済みの試料を勾配上に重層しチューブを封入する
4ローターへ装填し、規定回転数で平衡(等密度)まで超遠心する
5形成された実殻バンドを確認し、分画回収する
6回収画分を透析・限外ろ過(TFF)で脱塩・バッファー交換する
勾配媒体(CsClかイオジキサノール)、勾配の形(ステップ/連続)、回転数・RCF、温度、ラン時間、ローター容量、回収後の媒体除去工程によって分解能・回収率・処理量は変わります。GMP生産では密閉性・洗浄滅菌・記録の要件も加わります。

使用される工程

密度勾配超遠心が実務で使われる代表的な場面を、目的別に整理します。

AAVの空殻/実殻分離

ゲノム封入有無による密度差を利用し、実カプシド(フル)を高純度に分取します。

主な用途
  • 空・実カプシド分離
  • 実殻画分の回収
  • 満殻比の向上

ウイルスベクター精製

レンチ・アデノなどのウイルス粒子を密度勾配で精製し、不純物や欠陥粒子を除きます。

主な用途
  • 欠陥粒子の除去
  • 宿主由来不純物の低減
  • 研究・治験用精製

ワクチン・大量ウイルス精製

連続フロー型で大容量培養由来のウイルス粒子を連続供給で帯状分離し精製します。

主な用途
  • 大容量の連続処理
  • インフルエンザ等の精製
  • スケールアップ対応

粒子・小器官の調製分離

等密度遠心でエクソソーム・細胞小器官・核酸など密度の異なる成分を分取します。

主な用途
  • エクソソーム分離
  • プラスミド・核酸調製
  • 小器官の分画

特性解析・比較検討

工程開発で空実比やバンドプロファイルを比較し、勾配条件や精製法を最適化します。

主な用途
  • 勾配条件の最適化
  • ロット間の比較
  • 精製法の評価

使用されるモダリティー

密度勾配超遠心は粒子を密度で分ける必要があるモダリティで効きます。関連度の目安です。

AAV(遺伝子治療)
関連度
空殻/実殻分離実カプシド分取満殻比向上
空・実カプシドの密度差を利用した分取が代表用途で、CsCl/イオジキサノール勾配が基準法として使われます。
ウイルスベクター(レンチ・アデノ)
関連度
ウイルス精製欠陥粒子除去研究・治験用精製
ウイルス粒子を密度勾配で精製し、欠陥粒子や不純物を除く工程で広く使われます。
ワクチン(ウイルス粒子)
関連度中〜高
大容量精製連続フロー分離抗原粒子の濃縮
インフルエンザ等のウイルス粒子精製で、連続フロー型超遠心が大量処理に用いられます。
エクソソーム・細胞外小胞
関連度
密度分離夾雑物除去研究用調製
密度の近い夾雑物から小胞を分けるのに等密度勾配遠心が使われることがあります。
核酸(プラスミド等)
関連度低〜中
プラスミド調製密度分画研究スケール
CsCl-EtBr勾配によるプラスミド精製など、古典的な研究用途で用いられます。

メーカー製品

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