如何提升双抗纯化效果？一文读懂pH梯度洗脱的优势与挑战

在生物制药行业抗体药生产中，纯化一直是至关重要的一环。传统的离子交换层析纯化方法主要依赖盐梯度洗脱，但近年来，高线性pH梯度法在复杂分子（如双特异性抗体BsAb）的纯化中展现出更高的选择性和更好的分离效果。

今天，我们将向大家介绍pH梯度法的应用，并探讨其优势与挑战，助力大家在工艺开发中做出更合适的选择。

什么是pH梯度法？

pH梯度法是一种基于调节缓冲液pH的层析分离条件。通过连续变化的pH梯度，调节蛋白质的带电荷状态，从而影响其与离子交换层析介质的相互作用，达到分离的目的。其核心原理是：

• 不同分子在不同pH条件下电荷状态不同

• 通过pH变化调整蛋白与填料的相互作用强度

• 可以在更精细的范围内进行洗脱，提高分离效果

双特异性抗体（BsAb）因其独特的结构和治疗潜力，近年在生物制药领域备受关注。然而，由于其复杂的分子结构，双抗的下游纯化面临更大挑战，其杂质包括聚集体、片段和错配分子。pH梯度法相比传统的盐梯度法，能够更好地分离不同构型的蛋白，如单体、二聚体、聚集体及错配体，特别适用于结构复杂的分子分离。

pH梯度法的主要优势

更高的选择性

• 相比盐梯度，pH梯度可以更精细地利用蛋白质的等电点（pI）差异，适用于复杂分子的精细分离。

• 可用于分离单体、二聚体、聚集体及错配体，提升最终产品纯度。

温和的洗脱条件

• 由于不依赖高盐浓度洗脱，对某些蛋白更友好，降低聚集体的形成风险。

• 适用于对高盐浓度敏感的分子。

可用于优化下游工艺

• 通过缓冲液混合形成线性pH梯度，可精确控制洗脱条件。

• 可结合离子交换填料（IEX），增强对杂质的去除效果。

pH梯度法的局限性

方法优化复杂

• pH梯度的建立需要选择合适的缓冲体系，且需要精细调整不同pH条件，以保证蛋白稳定性。

• 不同批次样品的pH梯度稳定性可能存在偏差，在工艺放大时需要进行额外的验证。

设备要求较高

• 需要高精度的梯度混合系统。

• 需要在线pH监测系统。

蛋白稳定性风险

• 过酸或过碱的条件可能会导致蛋白变性或聚集。

• 需要额外优化pH梯度范围，以降低蛋白损失和变性风险。

pH梯度实验思路

选择合适的pH范围

• 先尝试较宽的pH范围，寻找到同源二聚体、目标抗体、片段化抗体、聚体的出峰pH。

• 然后选择低于杂质出峰0.5个pH单位作为起始点，高于目标抗体完整出峰0.5个pH单位作为终点。

• 尽量控制pH梯度范围小于3个pH，且不跨越等电点pI，避免抗体沉淀。

pH梯度buffer

选择合适的缓冲体系：不同的梯度范围需要不同的缓冲体系。

• 如pH4~11：15.6mM CAPS, 9.4mM CHES, 4.6mM TAPS, 9.9mM HEPPSO, 8.7mM MOPSO, 11.0mM MES 13.0mM Acetate, 9.9mM formate, 10mM NaCl, 用NaOH调节pH。

• 如pH6~8.5：A: 20mM phosphate buffer, pH6.0; B: 20mM phosphate buffer, pH8.5。

• 如pH10.5~3.5：9.8mM Methylamine、9.1mM 1,2-Ethanediamine、6.4mM 1-Methylpiperazine、13.7mM 1,4-Dimethylpiperazine、5.8mM Bis–tris、7.7mM Hydroxylamine。

如何选择适合自己的方法？

在实际应用中，建议结合具体的工艺目标和蛋白分子特性选择合适的梯度方法：

总结

pH梯度法在去除聚集体、片段化抗体、聚体方面具有显著优势，适用于双抗等复杂分子纯化。但其在方法优化、设备需求和蛋白稳定性方面存在挑战，需要根据具体情况进行权衡。建议在实际工艺开发中，通过小试筛选pH梯度范围，结合在线监测手段，优化pH梯度条件，以获得最佳纯化效果。

你在抗体纯化过程中是否遇到类似挑战？欢迎留言交流你的经验和看法！

参考文献

[1] Lee J H ,Lee M C ,Kim K , et al.Purification of antibody fragments for the reduction of charge variants using cation exchange chromatography[J].Journal of Chromatography B,2018,108020-26.

[2] Beth S ,Sarat P ,Ian M W , et al.Purification of common light chain IgG-like bispecific antibodies using highly linear pH gradients.[J].mAbs,2017,9(2):257-268.

[3] Kröner F ,Hubbuch J .Systematic generation of buffer systems for pH gradient ion exchange chromatography and their application[J].Journal of Chromatography A,2013,128578-87.