Small Scale Monoclonal Antibody Purification Platform

Abstract

The aim of this project is to transfer and implement a monoclonal antibody purification process that is traditionally done on an ÄKTAxpress to another machine called the ÄKTA pure. This is due to the fact that the ÄKTAxpress is being discontinued by the manufacturer and a replace-ment machine is needed for the time being. The project will include developing some new meth-ods that might also highlight the industry’s need for more advanced methods when an eventual replacement machine will reach the market.
The purification process consists of firstly affinity chromatography followed by size exclusion chromatography. The implementation of this purification process was done with the help of ex-ternal Python-based control system Orbit.
The implementation went well and the chromatograms produced showed clearly the load, wash and elution stages of the respective columns. Three pumps were used to load and wash the seri-ally connected columns. Some new methods that were created using Orbit was concentration-based pooling and sample change depending on sample volume. While testing the system during longer runs, the process yields were constant and therefore the system was considered quite robust.
Another proof of concept implementation of the purification process was developed that used parallel flow paths with the aim to shorten overall process time. Instead of using three pumps to load and wash all columns, two pumps were connected to the affinity column and one to the size exclusion column. Using a special kind of valve, these two flow paths were connected to allow loading the size exclusion column from the eluate of the affinity column. This did indeed in-crease the process productivity by roughly 30%.
The ÄKTA pure has a larger sample loading capacity per machine than the ÄKTAxpress. In addition, it also has a larger fraction collector. With the possibility to run the process both serial-ly and in parallel, it is concluded that the ÄKTA pure is more than capable to replace the ÄKTAxpress.

Popular Abstract (Swedish)

Småskalig plattform för upprening av monoklonala antikroppar

Utvecklingen av en uppreningsplatform för antikroppar visar en 30% ökning i produk-tivitet med hjälp av parallella flödesbanor. Det är nu också möjligt att upprena ännu fler prov per körning än tidigare.

Utvecklingen av nya antikroppar blir allt mer viktigare i dagens samhälle för att kunna förbättra vår analytiska och diagnostiska förmåga. Innan dessa nya antikroppar kommer vidare till den kliniska fasen där de kan godkännas för marknaden, måste de utvärderas och bli testade. För att detta ska bli möjligt, måste man producera en liten mängd antikroppar. Detta görs med hjälp av en uppreningsprocess som ska helst vara snabb, billig och pålitlig eftersom risken finns att just en antikroppsvariant inte blir godkänd och då vill man inte slösa allt för mycket resurser.
Reningsprocessen här utgörs av två steg, först affinitetskromatografi följt av gelfiltrering. Affi-nitetskromatografsteget fångar upp antikropparna från en lösning och gelfiltreringen filtrerar de uppfångade antikropparna med avseende på storlek. Processen körs på särskilda kromatografi-system, och nästa år, 2023, utgår faktiskt ett av de vanligaste kromatografisystem som kallas ÄKTAXPRESS. Då behövs iallafall ett kortsiktigt ersättningssystem tills ett nytt system har utvecklats, och här finns det en unik chans i att belysa industrins framtida behov.

I detta examensarbete överfördes och implementerades denna uppreningsprocess på ett annat kromatografisystem, ÄKTA PURE, som är väldigt anpassningsbart och då kunde att nya meto-der utvecklas med hjälp av det Python-baserade styrsystemet Orbit. Resultatet var framgångsrikt och det visade sig att det nya systemet kunde köra samma uppreningsprocess som ÄKTAX-PRESS. Här utvecklades bland annat nya metoder för att kunna upprena betydligt fler prover per körning samt smartare interaktioner mellan de två processtegen.

Utöver detta, utvecklades ytterligare ett koncept på ÄKTA PURE som kunde köra vissa delar av processen i parallella flödesbanor så att man kunde minska körningstiden och på så sätt öka produktiviteten. Detta koncept belyste potentialen med att köra vissa steg parallellt då ett prak-tiskt exempel visade en 30% ökning av produktiviteten. En sådan ökning av produktivitet är förmånligt vid stora produktionsbehov av antikroppar.

• author: Nielsen, Eric
• supervisor: Niklas Andersson
• organization: Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
• course: KETM05 20212
• year: 2022
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Chemistry
• keywords: PURIFICATION, MONOCLONAL ANTIBODIES, ÄKTA PURE, ÄKTA XPRESS
• language: English
• id: 9075211
• date added to LUP: 2022-02-11 13:17:06
• date last changed: 2022-02-11 13:17:06