Separaciones de gran volumen que preservan biomoléculas sensibles

Las separaciones de gran volumen son esenciales para la producción de vacunas, terapias génicas y proteínas recombinantes. Sin embargo, las condiciones que permiten la escala —altos caudales, fuerzas de corte y presión— a menudo degradan biomoléculas sensibles. Las proteínas se desnaturalizan. Fragmentos de ADN. Los vectores virales pierden potencia.

Intensificación del procesamiento aguas abajo con separación magnética

Se crearon técnicas tradicionales de separación para moléculas pequeñas. Los biológicos son más grandes y mucho más sensibles que las moléculas pequeñas. Los biológicos requieren técnicas de separación para preservar la integridad y la sensibilidad de la biomolécula y así que el producto sea útil. Este artículo muestra una de las muchas ventajas de utilizar un proceso de separación magnética, para la biomolécula, al mostrar la sensibilidad de la separación magnética durante la separación de gran volumen.

Métodos tradicionales de separación

Cuando la mayoría de los ingenieros consideran el valor de las biomoléculas perdidas tras el proceso de separación, hablan de la eficiencia del factor de unión a la biomolécula y de la recuperación por elución. Sin embargo, la mayor parte de la degradación del producto ocurre antes de calcular los rendimientos y durante la fase de separación.

Los métodos tradicionales de separación exponen las moléculas a numerosas formas físicas y químicas dañinas durante la fase de separación.

• Separación de membranas y columnas: Los flujos que separan las biomoléculas provocan plegamiento, rotación y reorganización de las moléculas estructurales y poliméricas flexibles, causando una degradación sustancial y a veces irreversible.

• Separación mediante calentamiento o refrigeración: La mayoría de los métodos tradicionales de separación requieren ciclos de calentamiento y enfriamiento de biomoléculas. Esto conduce a la destrucción de las biomoléculas y a la formación de áridos.

• Separación, es decir, impulsada por presión: El flujo mecánico y tangencial de biomoléculas unidas a la superficie del filtro puede causar una fractura que es cortante o irreversible una vez que se pierde la biomolécula.

• Separación mediante el uso de amortiguadores de elución: El cambio en el entorno químico y los tampones de elución de pH más bajo (o a veces más alto) pueden alterar la conformación de la biomolécula.

La Dra. Lydia Kisley y su equipo de la Universidad Case Western Reserve demostraron que algunos materiales comerciales de separación etiquetados como "totalmente porosos" tienen secciones centrales que están mayormente inactivas. Esto significa que los fabricantes pagan por toda la capacidad, pero solo reciben una pequeña parte del rendimiento potencial. Esto, combinado con tiempos de procesamiento prolongados, puede provocar la degradación de las biomoléculas.

Intensificación del procesamiento aguas abajo con separación magnética

Cuando se toman de forma acumulada, la disminución de la actividad específica, el aumento de la agregación de biomoléculas y la reducción de los rendimientos finales resultan en costosos reprocesamientos.

Por qué los métodos de procesamiento convencionales Cun't Desarrollo adicional

Los métodos de laboratorio tienen muchos métodos de separación que pueden utilizarse, muchos de los cuales pueden volverse poco prácticos a escala industrial.

Un ejemplo de método con problemas de escalado es el uso de columnas de cromatografía.

• Transporte reducido del objetivo: En cromatografía de cama empaquetada, la unión ocurre mediante la difusión de un analito. Para biomoléculas de tamaños superiores a 100 Da, el tiempo de difusión es cerca de la superficie de unión y se excluye un área sustancial.

• Obstrucción: Para evitar obstrucciones en columnas a escala industrial, se preaclara la corriente de alimentación.

• Mayor consumo de buffers: Las columnas a escala industrial generan una gran cantidad de buffer usado, lo que incrementa el coste de la operación.

• Sensibilidad al corte durante el empaquetado y la operación: Las fuerzas mecánicas necesarias para mantener un relleno uniforme a escala pueden dañar las propias biomoléculas que la columna está diseñada para purificar.

Los investigadores Julián Galbusera, Inés Zimmermann y Paula Fraga-García de la Universidad Técnica de Múnich han documentado cómo la tecnología de separación magnética aborda estos cuellos de botella. A diferencia de la cromatografía estándar, en la que la fase estacionaria es una matriz de perlas empaquetadas permeadas por un fluido móvil, la separación magnética procesa directamente el flujo de alimentación suspendiendo las partículas magnéticas funcionalizadas. Esto permite que las barreras de difusión que generalmente afectan a la cromatografía se evaden por completo, todo ello mientras se opera a gran escala y se procesan lisados sin aclarar.

La alternativa magnética: suave, rápida y escalable

Los principios de la separación magnética son fundamentalmente diferentes. Las partículas magnéticas funcionalizadas se dirigen a especies moleculares específicas en suspensión. La aplicación de un campo magnético externo captura los complejos partícula-objetivo y permite la eliminación rutinaria de especies no deseadas. El complejo de especies partícula-objetivo está protegido contra cizalladuras y tensiones térmicas durante el procesamiento.

Para procesos de separación de gran volumen, las ventajas de esta técnica desde la perspectiva de la separación de biomoléculas sensibles son varias:

• No es necesaria difusión a través de poros: Las partículas magnéticas suelen ser no porosas. Así, se evita el paso de difusión lenta, que es un paso que limita la cinética de unión de todos los métodos cromatográficos. Cabe mencionar que las biomoléculas grandes se unen directamente a las superficies de las partículas.

• Captura y liberación suaves: El campo magnético aplica una fuerza volumétrica suave en contraste con la muy alta presión y la densidad de empaquetamiento muy altas que caracterizan las columnas de lechos compactados. Las células permanecen intactas. Los vectores virales mantienen la infectividad. Las estructuras proteicas permanecen plegadas.

• Procesamiento directo de cargas de crudo: La separación magnética puede manejar corrientes de alimentación turbias y cargadas de partículas sin prefiltración. Esto elimina una o más unidades de operación del tren aguas abajo.

• Consumo mínimo de búfer: Dado que las partículas magnéticas se suspenden y recuperan en lugar de fijarse en una columna, los volúmenes de tampón pueden reducirse drásticamente, disminuyendo tanto el coste como el impacto ambiental.

Un estudio de 2023 publicado en Molecular Therapy—Methods & Clinical Development demostró la aplicación práctica de este principio. Los investigadores desarrollaron un método de captura magnética sin filtro para purificar el virus adenoasociado recombinante (rAAV5) directamente del lisado celular. En menos de dos horas, lograron un rendimiento de recuperación del 63% de aproximadamente 5 litros de lisato, con una reducción de tres logarítmicas en el ADN y las proteínas de la célula hospedadora, eliminando por completo los pasos de filtración en profundidad y cromatografía en columna.

Actuación en el mundo real unEscala de producción t

La cuestión para los fabricantes industriales no es si la separación magnética funciona en laboratorio, sino si funciona de forma fiable a los volúmenes de producción. La evidencia sigue acumulándose a favor de la afirmación.

• Purificación de proteínas a escala de litro: Investigaciones publicadas en ACS Omega demostraron que un proceso de pesca magnética en un solo paso podía alcanzar una pureza del 91% de proteína fluorescente verde (GFP) directamente a partir del lisado celular crudo de Escherichia coli a volúmenes a escala de litro, utilizando nanopartículas de óxido de hierro desnudo producidas mediante síntesis simple por coprecipitación.

• Separación magnética de alto gradiente a mayor escala: Muchos de los mismos principios de separación magnética de alto gradiente (SGGG) que permiten la purificación en laboratorio se utilizan en la producción de vacunas industriales de ARNm. Un grupo creó una cámara de separación desechable de HGMS impresa en 3D a partir de un material conforme a la USP Clase VI. En este caso, la cámara funcionaba a caudales de 150 mL por minuto, con una retención superior al 99,39%. Esto significa que los métodos de separación magnética mantienen la eficiencia de captura a caudales utilizados en separaciones de gran volumen.

•Aplicaciones en terapia celular: Los sistemas de separación magnética usados para automatizar el aislamiento de células T alcanzan una eficiencia superior al 85% y una pureza superior al 96%, a escala lista para cGMP para investigación y fabricación, en 70 a 100 minutos.

Tecnología de Luz: Ingeniería fo tHe Long Run

Tecnología de separación que ofrece un servicio continuo de alto volumen es el enfoque de ingeniería de Longlight Technology.

En el ámbito de la separación magnética, los sistemas de Longlight están diseñados para mantener consistentemente una intensidad uniforme del campo magnético a lo largo de grandes volúmenes de captura, uno de los requisitos más críticos para proporcionar resultados reproducibles lote tras lote. La reproducibilidad de lote a lote en separaciones de gran volumen es lo que los entornos regulados de fabricación simplemente no pueden tolerar.

El conjunto de sistemas ofrece respuestas a los desafíos específicos que conlleva el procesamiento de grandes volúmenes:

• Captura de fuerzas magnéticas altamente concentradas en toda la zona de captura: Esto se refiere al problema de la distribución desigual de un gradiente de campo magnético decreciente, por el cual algunas partículas se capturan con alta eficiencia y otras permanecen. Son capturados y luego escapan, disminuyendo el rendimiento y proporcionando variabilidad.

• Cámaras de separación (recipientes) capaces de captura eficiente a medida que el volumen de la cámara aumenta de un poco por encima de la escala de banco a la de producción en lotes.

• Flexibilidad del proceso: El sistema no necesita realizar modificaciones significativas para acomodar diferentes tipos de partículas magnéticas, aglutinantes y procedimientos operativos.

Más allá del compromiso

El acto de equilibrio entre los biocreadores a la hora de elegir entre eficiencia en la separación o la preservación de la biomolécula está llegando a su fin. La tecnología que utiliza imanes en las operaciones no es algo que la industria esté probando. Es una práctica industrial consolidada y está respaldada en varios artículos revisados por pares. Estos productos se encuentran en los inventarios de numerosos fabricantes y proveedores indiscutibles del sector.

En aplicaciones donde el valor de la partícula terminal (cierre de genes, cierre de ARN m, cierre de anticuerpos monoclonales, células y productos celulares, etc.) es la característica distintiva, la separación magnética:

1. Mantiene la actividad biológica que se pierde en la separación convencional;

2. Elimina varias operaciones de separación aclarando la alimentación inicial.

3. Requiere menos amortiguador y menos contacto con los productos químicos.

4.I se modifica fácilmente desde la I&D hasta la línea de producción completa.

La base científica está bien establecida. La ingeniería es madura. La cuestión ahora no es si la separación magnética pertenece al bioprocesamiento de gran volumen, sino qué tan rápido los fabricantes la adoptarán para proteger lo que más importa: las moléculas que aportan valor terapéutico.

Para explorar cómo los sistemas de separación magnética pueden abordar las separaciones de gran volumen en tu proceso específico, visita www.longlight.com para especificaciones técnicas y soporte de aplicaciones.

Preguntas más frecuentes

P: ¿Se puede procesar un gran volumen de lisados celulares sin clarificar mediante separación magnética?

R: Sí. La separación magnética puede realizarse en corrientes de alimentación con alta turbidez y no requiere prefiltración de la corriente de alimentación, por lo que reduce el número de operaciones unitarias.

P: ¿Es cierto que la actividad proteica sufre menos degradación en la separación biomagnética?

R: Sí. Los métodos de separación biomagnética no están sujetos a alta presión/velocidad ni al uso de sistemas tampón severos para separar y recuperar biomoléculas.

P: ¿Se puede escalar la separación magnética desde el laboratorio hasta el uso comercial/industrial?

R: Sí. La física de la captura magnética funciona de la misma manera en sistemas de mililitros y cien litros de cualquier volumen.

P: ¿Qué biomoléculas se pueden procesar fácilmente mediante separación magnética en grandes volúmenes?

R: Vectores virales, ARNm, proteínas r, exosomas y células, etc. Estos materiales son susceptibles a tensiones mecánicas o térmicas.