Artikel: Vergleich von stöchiometrischen und kolloidalen Adsorptionsmodellen für die mechanistische Modellierung der Parvovirus-Clearance durch Anionen-Austausch-Chromatographie

In diesem Artikel, veröffentlicht im Journal of Chromatography A, diskutieren  Lukas Döring, Doktorand im Bereich Prozesswissenschaft – in Zusammenarbeit mit Johannes Winderl, Prozessmanager Prozesswissenschaft, Matthias Kron, Senior Director Prozesswissenschaft Downstream bei Rentschler Biopharma, Professor Jürgen Hubbuch vom Karlsruher Institut für Technologie und Marc Müller – wie mechanistische Chromatographie-Modelle physikalische und chemische Prinzipien nutzen, um eine Vielzahl von Versuchsbedingungen auf der Grundlage einer begrenzten Anzahl von Kalibrierungsexperimenten im Nasslabor zu simulieren.

Die Anionenaustauschchromatographie (AEX) ist eine der Downstream-Einheitsoperationen, die am häufigsten für ihre Fähigkeit zur Entfernung von Viren geclaimt wird. Die Auswirkungen verschiedener Prozessparameter auf die Virusentfernung durch AEX sind jedoch noch nicht vollständig geklärt. Mechanistische Modellierung könnte ein vielversprechender Ansatz sein, um diese Wissenslücke zu schließen. Diese Modelle nutzen physikalische und chemische Prinzipien, um eine Vielzahl von Versuchsbedingungen auf der Grundlage einer begrenzten Anzahl von Kalibrierungsexperimenten im Nasslabor zu simulieren. Insbesondere der geringere Bedarf an ressourcenintensiven Virus-Spiking-Studien macht sie zu einem wertvollen Werkzeug, um das mechanistische Verständnis der Virusclearance in silico zu verbessern.

Wir verglichen dabei ein stöchiometrisches und ein kolloidales Adsorptionsmodell von Parvovirus-Mock-Viruspartikeln (MVP) auf Q Sepharose FF, um deren Fähigkeit zur Vorhersage der LRVs von MVP über einen pH-Bereich von 6,1 bis 7,7 und Natriumchloridkonzentrationen von 0 bis 400 mM zu bewerten. Basierend auf der Erkenntnis, dass MVP auf etwa 3 % des Porenvolumens zugreifen kann, wurde ein General rate Säulenmodell einschließlich Porendiffusion angewendet. Während das stöchiometrische Modell drei pH-abhängige Parameter benötigte, um den pH-Bereich zu beschreiben, konnten wir ein kolloidales Modell kalibrieren, bei dem nur die Ladung pH-abhängig war. Die Validierung am Rand des Versagens zeigte eine gute und vergleichbare Vorhersagekraft für beide Modelle. Das Modell der kolloidalen Partikeladsorption (CPA) zeigte eine bessere Übereinstimmung mit einem Validierungsdatensatz, der mit Prozesszwischenprodukten mit höheren Volumenkonzentrationen an mAbs erstellt wurde. Da bei niedriger Ionenstärke (z. B. < 140 mM NaCl bei pH 6,1 oder < 220 mM NaCl bei pH 7,7) keine restlichen MVPs nachgewiesen wurden, konnte das Verhalten der Adsorptionsmodelle unter diesen Bedingungen nicht überprüft werden.

Diese Studie trägt zur Anwendbarkeit von In-silico-Methoden zur Virusentfernung durch AEX bei und könnte die wissensbasierte Plattformvalidierung der Virusclearance durch chromatographische Methoden unterstützen.

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