在2020年版《中華人民共和國藥典》中,血液制品(Blood Products)被定義為源自人類血液或血漿的治療產(chǎn)品,例如人血白蛋白、人免疫球蛋白、人凝血因子等。
就我國血制品當(dāng)下的狀況而言,通常所說的血制品主要是指血漿蛋白制品。人血漿里,血漿蛋白質(zhì)占比達7~8%,其含量處于60~80g/L 之間。如今,人們已經(jīng)知曉,人血漿中包含大約200多種各具獨特生物功能的血漿蛋白質(zhì)成分。
為了高效利用珍貴的血漿資源,現(xiàn)代工業(yè)已具備對20多種血漿蛋白成分進行分離純化的能力。在經(jīng)過嚴格的病毒滅活處理之后,能夠制造出各類血液制品。這些制品在臨床預(yù)防和治療各種疾病方面安全性出色、有效性高、療效確切,是其他藥物所無法替代的。
血液制品市場需求十分旺盛,迫切需要加大純化生產(chǎn)的力度。當(dāng)前已有多種純化技術(shù)被應(yīng)用于血液制品的分離純化流程之中。其中,低溫乙醇法仍是血漿蛋白分離規(guī);a(chǎn)的根基。不過隨著分離工藝的持續(xù)演進,層析技術(shù)的重要性愈發(fā)凸顯,在層析技術(shù)里應(yīng)用最為廣泛的當(dāng)屬離子交換層析介質(zhì)和親和層析介質(zhì)。
低溫條件下,不同蛋白在不同濃度乙醇中溶解度不同,通過改變乙醇濃度、溫度、pH值可得不同組分,沉淀后離心,所得的上清與沉淀可再重復(fù)以上操作。
離子交換層析根據(jù)不同蛋白帶電性的差異進行純化。在血漿經(jīng)除鹽處理或乙醇冷沉后的組分,以適宜的pH值、離子強度流經(jīng)離子交換填料,通過改變?nèi)芤簵l件(pH、鹽濃度)吸附與洗脫蛋白,從而達到分離的目的。大多數(shù)血液制品均可試用離子交換層析。離子交換層析在去除內(nèi)毒素方面具有優(yōu)勢。
親和層析根據(jù)生物分子間特異性吸附原理分離蛋白。目的蛋白可經(jīng)偶聯(lián)特異性配基(例如肝素、賴氨酸、明膠等)的填料純化,帶有Fc-tag或含抗體成分的血漿蛋白可使用Protein A親和填料,高純度與高收率二者兼得。
凝膠過濾層析根據(jù)蛋白分子量的差異純化蛋白,常用于血漿蛋白分離第一步脫鹽,以及最后一步精純的過程中,可顯著去除HAV病毒(Hepatitis A virus, HAV )。
擴張床層析
擴張床層析兼具流化床與固定床的特點。根據(jù)待分離組分,按特定流速自下而上流經(jīng)層析柱,小分子流穿,隨后通過調(diào)節(jié)溶液流速、pH、鹽濃度等條件,依次洗脫相對分子質(zhì)量及電荷不同的各組分,達到先分層后分離的效果。
層析技術(shù)的應(yīng)用,從根本上改善了血液制品步驟繁瑣、分離時間長、分離效果差、自動化程度低等缺點,有效地提高了原料血漿的利用率及產(chǎn)品質(zhì)量,豐富了產(chǎn)品的種類。
以下是低溫乙醇法結(jié)合層析工藝制備各類血漿蛋白的工藝總覽圖:
Fig.1 低溫乙醇法結(jié)合層析工藝制備各類血漿蛋白工藝總覽圖
免疫球蛋白(IgG)是血液中除白蛋白外最豐富的蛋白,占血液總免疫球蛋白的75%,是與體液免疫應(yīng)答相關(guān)的主要免疫球蛋白。其作為參與機體對抗感染的主要分子,具有與病原體或毒素結(jié)合、激活補體、加強吞噬作用的殺傷作用,并具有啟動過敏反應(yīng)和減輕移植器官排斥的能力,是臨床應(yīng)用中使用最廣泛的免疫球蛋白。
人IgG分子量150kD,等電點5.8~7.3。靜脈注射人免疫球蛋白(靜丙)產(chǎn)品經(jīng)過多代發(fā)展,制備工藝不斷改進,以往第三代靜丙工藝采用低溫乙醇法結(jié)合陰離子層析進行,IgA、凝集素等雜質(zhì)含量高,容易引起臨床不良反應(yīng)。
目前國內(nèi)企業(yè)自主研發(fā)的第四代靜丙產(chǎn)品,純化工藝采用低溫乙醇法結(jié)合2步陰離子+抗A、抗B血凝素親和層析進行。多步層析有效提高產(chǎn)品純度,吸附去除AIbumin(白蛋白)、IgA、IgM和抗A、抗B血凝素,降低過敏反應(yīng)和溶血風(fēng)險;制備過程病毒去除/滅活采用辛酸沉淀+低pH孵育+20nm納濾,充分保證病毒安全性。
第四代靜丙純化第一步層析推薦采用博格隆Diamond Q強陰離子交換層析填料。面對血漿這類粘稠料液,該填料壓力流速表現(xiàn)依然優(yōu)秀,可放大性高,載量接近200mg/mL左右,收率>95%。
Fig.2 四代靜丙層析工藝流程
人凝血酶原復(fù)合物(Prothrombin Complex Concentrate,PCC)是幾種凝血因子的復(fù)合物。PCC主要含有4種維生素K依賴的凝血因子,即凝血酶原(FⅡ)、抗乙型血友病因子(FⅨ)、凝血酶原(FⅩ)和凝血酶原轉(zhuǎn)化因子(FⅦ)。因此PCC被廣泛用于治療凝血因子(FⅡ、FⅦ、FⅨ和FⅩ)獲得性缺乏相關(guān)疾病。目前PCC的工業(yè)純化方式主要為從去冷沉淀血漿中采用低溫乙醇法結(jié)合陰離子層析進行純化。
人凝血因子Ⅸ為參與人體內(nèi)源性凝血過程非常重要的一種蛋白。當(dāng)血漿中人凝血因子Ⅸ含量或活性大幅下降時,將導(dǎo)致人體無法進行正常的凝血,從而引發(fā)B型血友病。
人血Ⅸ因子分子量56kD,等電點>5。一般從去冷沉淀血漿中采用層析工藝進行制備,先經(jīng)過DEAE A50凝膠吸附Ⅱ、Ⅶ、Ⅸ、Ⅹ凝血因子,換液后推薦使用博格隆Diamond DEAE弱陰離子交換層析填料,采用結(jié)合洗脫模式,低鹽洗雜除去結(jié)合力弱的部分雜質(zhì)凝血因子,隨后提高鹽濃度洗脫得到Ⅸ因子粗品。粗純液中經(jīng)過超濾或者透析換液后進行S/D處理,滅活病毒。之后利用博格隆Heparin Bestarose FF肝素親和填料進行純化,洗脫產(chǎn)品比活力>110IU/mg。
Fig.3 (PCC)和人凝血因子Ⅸ層析工藝流程
抗凝血酶ATⅢ是人體內(nèi)最重要的生理性抗凝蛋白,約占抗凝系統(tǒng)總活性的70%,參與維持體內(nèi)凝血與抗凝系統(tǒng)的動態(tài)平衡。
肝素鈉可以與ATⅢ結(jié)合,從而增強后者對活化的Ⅱ、Ⅸ、X、Ⅺ和Ⅻ凝血因子的抑制作用。因此,目前ATⅢ普遍利用肝素親和填料從采用低溫乙醇法制備的Ⅰ上清或者Ⅳ沉淀進行純化,一步層析既可得到較高純度的ATⅢ產(chǎn)品。
Fig.4 (ATⅢ)層析工藝流程
C1酯酶抑制劑對補體、纖溶、凝血、激肽四大系統(tǒng)都有抑制作用,承擔(dān)了體內(nèi)90%的FVIIa滅活作用。目前工業(yè)化的制備方案可以從去冷沉淀血漿中采用離子+疏水填料進行純化。
具體制備方案為以去冷沉淀血漿為原料,首先可采用博格隆 CM Bestarose FF弱陽離子交換層析填料進行初步純化,隨后使用Phenyl Bestarose FF(HS)疏水層析填料進行進一步純化,純化樣品經(jīng)過脫鹽后采用巴氏消毒和納米膜過濾去除病毒,經(jīng)過配制、除菌過濾和凍干后得到成品。
Fig.5 C1酯酶抑制劑層析流程
人血清白蛋白層析工藝
人血清白蛋白是人血漿中最豐富的蛋白質(zhì),占血漿總蛋白的50~60%,濃度達38~48g/L,是人體血漿中最主要的蛋白質(zhì),維持機體營養(yǎng)與滲透壓,在機體中具有重要的生理功能。
HSA(Human Serum Albumin, HSA)屬于一種單鏈無糖基化蛋白質(zhì),組成為585個氨基酸,分子量是66.5kD,等電點介于4.7~4.9。1946年,Cohn等公開發(fā)表了低溫乙醇分離白蛋白工藝,被稱為Cohn 6法。1962年,瑞士紅十字會的Kistler和Nitschmann對低溫乙醇法進行改進,建立了Kistler-Nitschmann法。此后,人血白蛋白的制備工藝不斷發(fā)展,層析技術(shù)和壓濾技術(shù)使白蛋白的純度和收率得到提高,病毒滅活工藝的加入確保了人血白蛋白的病毒安全性。
Blue Bestarose FF是博格隆推出的白蛋白親和層析填料,是一種以瓊脂糖為基架,Cibacron Blue 3GA為配基的親和介質(zhì),具有物理及化學(xué)性能穩(wěn)定、配基不易脫落、使用壽命長、應(yīng)用范圍廣等特點。這種介質(zhì)不僅能通過特異的相互作用與蛋白質(zhì)結(jié)合,也可以通過電荷以及疏水等作用與蛋白質(zhì)進行非特異性結(jié)合。
Blue Bestarose FF已被廣泛應(yīng)用于各種蛋白質(zhì)的分離純化領(lǐng)域,如脫氫酶、激酶、轉(zhuǎn)移酶、血清白蛋白、干擾素及血漿蛋白等,可以特異性結(jié)合白蛋白,用于血漿來源的白蛋白或重組白蛋白的捕獲。
人凝血Ⅷ因子的制備:采用冷沉淀為原料,經(jīng)過Tris緩沖液抽提后,利用氫氧化鋁凝膠或者粉末進行吸附,經(jīng)過S/D處理后采用合適的陰離子填料進行純化,洗脫液經(jīng)過處理后得到終產(chǎn)品。
人纖維蛋白原的制備:可以利用Ⅷ因子制備過程中陰離子步驟洗出組分為原料,采用Lys親和填料純化纖維蛋白原。
重組血漿蛋白產(chǎn)品目前發(fā)展迅速,臨床上重要的凝血因子如Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ等,其重組產(chǎn)品產(chǎn)量已經(jīng)超過血源產(chǎn)品。對于重組類血漿蛋白的純化,例如Fc融合Ⅷ因子,其層析工藝可以參考抗體純化,可采用Protien A親和+陰離子+陽離子/疏水層析。
博格隆的填料在Fc融合Ⅷ因子項目上有豐富的臨床放大案例。如果構(gòu)建有His標簽可采用Ni親和填料進行純化。對于不含標簽的重組類產(chǎn)品,可以采用離子+疏水+復(fù)合層析的策略進行。
血液制品的市場需求極為強勁,當(dāng)下迫切需要大力提升其純化生產(chǎn)的強度與效率。目前,已有眾多純化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于血液制品的分離純化工作流程之中。在這些技術(shù)里,低溫乙醇法仍是血漿蛋白分離實現(xiàn)規(guī);a(chǎn)的重要基石。然而,隨著分離工藝的不斷發(fā)展與進步,層析技術(shù)的關(guān)鍵地位日益突顯。
在層析技術(shù)的各類應(yīng)用當(dāng)中,離子交換介質(zhì)和親和層析介質(zhì)的應(yīng)用范圍最為廣泛。博格隆精心研發(fā)并推出了一系列高效能的層析產(chǎn)品,致力于為血液制品行業(yè)打造堅實可靠的解決方案,全力協(xié)助相關(guān)企業(yè)在產(chǎn)品質(zhì)量提升與生產(chǎn)效率提高等方面取得更大突破與進展。