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羟基磷灰石柱用于蛋白质层析实验(四)

2020.8.17
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

五、生产规模层析柱的填装

对于填充良好的大规模层析柱, 从其顶端到底端,其中的填料是连续均匀分布的,并表现为最佳的层析效能。CHT 的填装方法有数种,如何选择取决于所用的层析柱类型及设备。在填装层析柱前, 应参阅层析柱、介质转移设备和介质填装设备的相关指导手册。

开放性层析柱的最大填充床高度不能高于介质固位板 (釉料或网状物) 表面间距离的 50%,如 EasyPack(BiCrRadLaboratories)、BPG(GEHealthcare) 和 Moduline2(Millipore)。例如,若该距离为 54 cm, 那么最大的填充高度则为 27 cm。同时计算填充柱的体积。每升填充床体积,使用 630 g 干粉及 1.79L 填充缓冲液,以制备成 50%(V/V) 的浆液。关闭层析柱的排出口,导入填充缓冲液,随后加入干粉。用塑料搅拌器搅动 CHT-缓冲液的混合物使干粉水化, 将两者混合形成均质的浆液。再逆向搅拌以尽量减少浆液的移动。根据生产商的说明书安装顶端的适配器,并将其插入至层析柱管体中。5 min 后形成无树脂区, 降低适配器使内部空气可以通过顶端的入口排出,并用填充缓冲液清洗适配器上的流动收集器和入口的线路。填充流速为 200~300 cm/h,并运行 2 个柱体积的填充缓冲液。一旦固定填充床,即可调低适配器,使介质固位板和填充柱顶端留有 1~5 mm 的空间。切记不要将适配器降至填充床中,避免造成 CHT 颗粒的不可逆损伤。

对于封闭型的层析柱,如 InPlace(Bio-RadLaboratories) 和 Bio-ProcessLPLC(GEHealthcare) 层析柱, 应在外部准备浆液, 再进行填装。同开放型层析柱一样,其最大的填充床高度不能髙于介质固位板 (釉料) 表面间距离的 50%。并计算填充柱的体积。

每升填充床体积, 采用 630 g 干粉及 1.79L 填充缓冲液,制备成 50%(V/V) 浆液。将填充缓冲液倒入介质浆液罐中,随后加入干粉。通过剪切力较小的水翼叶轮 (A3 型) 搅动 CHT-缓冲液的混合物, 使干粉水化,并将两者混合形成均质的浆液。再用介质转移装置将全部浆液转移至层析柱中。以 50 cm/h 的流速排除浆液中的气泡。停止运行,静置 5 min 形成无树脂区后,降低适配器使内部空气可以通过顶端的人口排出,并用填充缓冲液清洗适配器上的流动收集器和入口的线路。填充时轴向流速为 200~300 cm/h, 以压缩填充床。继续调低适配器的位置, 直至介质固位板和填充柱顶端间相距 1~5 mm。当填装不锈钢的 InPlace 或 LPLC 层析柱时, 保持轴向流直至适配器达到距目标高度之上的 2 cm 后,降低流速到 10 cm/h,直至适配器的信号传感器与填充床顶端接触。

目前还并没有采用微晶型 HA 填充生产规模层析柱。HAUltrogel 用于大直径的浅层析柱。填装这类层析柱及介质需要得到相应供应商的帮助。

关于填装的生产用层析柱的评价,可根据管理机构的建议进行,这也是终端用户通常需要的。美国食品与药物管理局及欧洲、加拿大、日本和亚洲的相应机构已经发布了评价填装层析柱的指导意见。一些层析介质的供应商也提出了对于实验室规模和生产规模层析柱评价的简单方法, 但是并没有必要将两者的结果相关联。一些生物医药公司的创新者 (TeetersandQuiftones-Garda,2005) 是非常睿智的,他们提出采用停留时间分布 (residencetimedistribution,RTD) 来追踪层析柱使用期限内填装层析柱的状态。

六、应用

在重组蛋白的纯化方案中,采用线性或分步的磷酸盐洗脱仍是占据主导地位的解吸附策略。对于在毕赤酵母中表达的人过氧化氢酶,采用 3 步工艺-硫酸铵沉淀、阴离子交换层析和 HA 层析,可使其纯度达到 95%。以 0.05~0.3mol/L、PH6.8 的磷酸盐线性梯度,可以将重组的过氧化氢酶从 HA 层析柱上洗脱。Shi 等 (2007) 从培养基中获得分泌的过氧化氢酶,最终得率为 60%。如 Hsieh 等(2003)、St 垃 nsk^等 (2007)、Luellau 等 (1 卯 8) 和 Nuss 等 (2008) 所述, 用 HA 层析柱,并以线性或分步梯度的磷酸盐可以纯化多种蛋白质。

diSalvo 等 (2004) 在大肠杆菌中表达了人源及两种大肠杆菌来源的卩比咳醛激酶 D 先用硫酸铵沉淀含有该酶的细胞裂解物颗粒,再采用磷酸盐缓冲液将其溶解,之后以 3 种类型的层析介质-疏水作用凝胶、阴离子交换树脂和陶瓷化 HA 进行纯化。对于人吡哆醛激酶的 HA 纯化, 采用 20 mmol/LN,iV-2-(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸钠(BES)、pH7.3 作为吸附缓冲液, 以线性梯度到 100 mmd/L、pH7.3 的磷酸氢二钾进行洗脱。Stuhlfelder 等 (2002) 用阴离子交换层析、凝胶过滤和陶瓷化 HA 层析进行了番茄 (1^吵^-sz’conescwZe 尬 mot) 细胞培养物的茉莉酸甲基水解酯酶(methyljasmonatehydrolyzingesterase) 的纯化。在 HA 的纯化步骤中,采用 20 mmol/L 的磷酸氢二钾、20 mmol/L 的 p-巯基乙醇和 0.3 mmol/L 的氯化钙,pH6.8 作为吸附缓冲液; 以线性梯度到 500 mmol/L 的磷酸氢二钾、20_0l/L 的卩-巯基乙醇,pH6.8 的缓冲液进行洗脱。在最近的一个实用型ZL中,发明者采用多级的层析工艺 (亲和层析、疏水作用层析、HA 层析和阴离子交换层析) 纯化重组红细胞生成素 (recombinanterythropoietin,rEPO)(Schumannetal.,2007): 在采用陶瓷化 HA 纯化步骤中,以 20 mmol/LTris、5 minol/LCaCl2、250 mmol/LNaCl、9% 异丙醇、pH6.9, 作为吸附缓冲液。用 10 mmol/LTris、0.5 mmol/LCaCl2、10 mmol/LK2 HPO4,pH6.8, 作为 rEPO 的洗脱缓冲液。在关于 rEPO 的另一个纯化工艺中, 发明者用 HAUltrogel 吸附剂,以含有 Imol/LNaCl 和 2 mmol/LCaCl2 的 0.05mol/LTris 缓冲液 (pH7.5) 平衡吸附蛋白质。用含 0.005%(OT/V) 聚山梨醇 80 的 20_ol/L 磷酸盐缓冲液 (pH7.5) 洗脱 rEPO。

免疫球蛋白的纯化也可以采用多步骤的层析工艺进行。例如,Leibl 等 (1996) 先后用肝素-亲和层析和陶瓷化 HA 层析, 从人血清的 CohnFrGI 中进一步纯化人免疫球蛋白 A(IgA)。其中陶瓷化 HA 层析步骤,以 10 mmol/L 的磷酸盐、137 mmd/L 的 NaCl,pH7.4 缓冲液平衡, 同时辅以 IgA 肝素组分。再以 15.3 mmol/L 的磷酸盐、287_ol/L 的 NaCUpH6.8 的缓冲液洗脱吸附的 IgA 单体,之后采用阴离子交换、分子筛、亲和层析进一步纯化 IgA, 去除其中的 IgG。在另外一个例子中,采用疏水性电荷诱导层析 (hydrophobicchargeinductionchromatography) 从鼠的腹水中分离单克隆 IgG(Mab)。Guerrier 等 (2001) 用 HAgel 分离 Mab 组分,先以 10 mmol/L、pH8 的磷酸钠平衡,再以 0~5mol/L 的 KCUOmmol/L(pH6.8) 的磷酸钠洗脱。Sinacola 和 Robinson(2002) 将 HA 作为精制步骤,可以从有活性的 scFv 中去除单链抗体 (scFv) 聚集物和无活性的单体 scFv。用 200 mmol/LNaCUmmol/L 乙二胺四乙酸缓冲液和 100 mmol/LTris-HCl,pH8.3 平衡时,有活性的 scFv 不能吸附于 HA。

临床上, 高滴度表达的 Mab 通常含有大量的免疫球蛋白聚集物。在磷酸盐洗脱体系中,HA 表面对单体和多聚体的选择性一般是相同的。可以用 NaCl 从 HA 上面的多聚体中纯化单体(Sun,2003)。详细描述可见美国ZL 200501o7594。用 0.5mol/L、pH6.8 的磷酸钠可以去除多聚物、内毒素和 DNA。采用磷酸盐进行洗脱时,Gagnon(2008) 通过向缓冲液中加入 PEG 可使多聚体的去除效果显著地提高。若洗脱液中加入高浓度的 PEG,单体将不会吸附于层析柱, 而多聚体、内毒素和 DNA 仍处于吸附状态。


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