Intensification of cell clarification in monoclonal antibody manufacturing

Abstract

Monoklonale Antikörper (mAb) ermöglichen die Behandlung einer Vielzahl schwerer, chronischer Erkrankungen, wie bestimmte Formen von Krebs und Rheuma, weshalb stetig neuartige Therapieansätze entwickelt werden und der weltweite Bedarf rasant ansteigt. Um die Produktivität bei der mAb-Herstellung zu steigern, werden vermehrt Hochzelldichte (HCD) Kultivierungen von Säugetier Suspensionszelllinien verwendet, die das Produkt in das Umgebungsmedium segregieren. Jedoch stellt am Ende dieser ohnehin kostenintensiven Herstellungsprozesse die Abtrennung des mAb´s von den partikulären Verunreinigungen, primär von den Wirtszellen sowie Zellbruchstücken, eine Herausforderung dar. Herkömmliche Klärungsverfahren auf Basis von Edelstahl Teller-Separatoren und Einweg Tiefenfiltern haben die Nachteile geringer Partikelbeladungskapazitäten und hoher Produktverluste, wodurch sie ungeeignet für die Klärung von HCD-Prozessen sind. Im ersten Teil der Arbeit wurde daher ein alternativer Klärungsansatz mittels einer neuartigen Gegenstromzentrifuge gefolgt von einem Filtrationsschritt entwickelt und für die HCD-Klärung optimiert. Im zweiten Teil wurde die Eignung dieses Ansatzes für verschiedene Zellsuspensionen untersucht sowie der Klärungsprozess in Abhängigkeit der Zellkonzentration modelliert. Es konnte gezeigt werden, dass der komplett auf Einwegmaterialen basierende Ansatz eine robuste Klärung sowohl von moderaten Zellkonzentrationen als auch von HCD-Kultivierungen mit mehr als 100 Millionen Zellen/mL ermöglicht. Dabei konnte der entsprechende Prozessdurchsatz vorher bestimmt und zuverlässig hohe Produktausbeuten von etwa 95 % erreicht werden. Im dritten Teil dieser Arbeit lag der Fokus auf der Intensivierung der Klärung mittels verschiedener Vorbehandlungsmethoden der Zellsuspension. Es wurden dabei zwei Methoden mit unterschiedlicher Wirkungsweise, Flockung und Präzipitation, identifiziert, die einen geringen Einfluss auf die Gegenstrom-Zentrifugation haben, jedoch den nachfolgenden Filtrationsschritt durch eine bis zu vierfach höhere Filterkapazität verbesserten. Zusätzlich konnten mit beiden Ansätzen mehr als 90 % der gelösten DNA-Verunreinigungen bei gleichbleibender mAb-Qualität entfernt werden. Im vierten Teil dieser Arbeit wurde der entwickelte Ansatz zur Zellklärung rationalisiert, indem die Filtration in den Zentrifugationsschritt integriert wurde. Durch eine direkte, sterile Verbindung beider Prozessschritte konnte der gesamte Prozess verschlankt sowie die Prozesszeit verkürzt werden. Der neuartige Aufbau sowie die entwickelte Methode diesen zu betreiben, wurden als Patent angemeldet und in einer Konzeptstudie untersucht. Dabei konnte erfolgreich die Intensivierung der Klärung von HCD-Prozessen demonstriert werden.