CHO（中国仓鼠卵巢细胞）是目前治疗性蛋白药物生产的首选细胞株。然而，在表达目的蛋白时，CHO细胞会产生大量杂质，其中宿主细胞蛋白（HCP）是一类主要的相关杂质。即使含量很低，HCP也会对药物的安全性和有效性产生影响。
HCP是由多种蛋白质组成的混合物，等电点在4.5-7之间，不同蛋白对药品的影响各不相同。
有一些蛋白水解酶类的HCP会引起重组蛋白的降解和聚集，从而影响产品质量[1]。
另有一些HCP，如溶酶体磷脂酶A和磷脂酶B，会促进聚山梨酯20（PS20）和聚山梨酯80（PS80）的降解[2]。
此外，在亲和层析中，HCP会导致淋洗过程中产生不同程度的浑浊，可能影响层析填料的清洗和寿命[3]。
因此，降低HCP是生物药品质量控制的重要环节，通常CHO表达生物制品的最终HCP含量需要控制在1-100 ppm。
在HCP控制中，常见的方法包括：控制上游培养细胞活率以降低HCP水平，优化层析工艺去除HCP，调节低pH及回调参数去除HCP，以及通过添加深层过滤参数去除HCP。本文将重点探讨深层过滤在HCP去除中的原理和应用。
深层过滤的组成及去除原理
深层过滤通常由纤维素、助滤剂和合成树脂组成。
纤维素为滤膜提供了良好的多孔和渗水性基架结构；
助滤剂与纤维基架结合，主要通过吸附特性辅助机械拦截机制对污染物起到拦截作用；
合成树脂可以有效提高深层膜层的湿强度，且常含有季胺伯胺官能团，电位表现为正电性，可以通过静电吸附去除异种电荷的相关杂质。
深层膜较厚，通常为1.3-5 mm，内部流道迂回曲折，其截留作用可通过直接拦截和惯性撞击的机理高效去除颗粒物，达到澄清效果。
在HCP去除中，深层过滤也展现出良好的效果。去除原理通常被认为是通过静电吸附（阴阳离子交换）、疏水作用、氢键和分子间相互作用力吸附料液中的HCP分子。
影响HCP去除效率的因素
滤器材质
不同滤器内部配比及合成树脂修饰不同，滤器的表面电位会有差别，因此所依赖的HCP去除原理也会有差别。
料液特性及缓冲液
深层滤器去除可溶性杂质HCP的主要吸附作用机理，如静电吸附和疏水作用吸附，都会受到料液中pH、离子类型和浓度的影响。例如，Negin等[4]研究发现，在30 mM和150 mM PBS两种buffer体系中，深层滤器对模型蛋白的吸附在更低的PBS浓度下更高。
此外，不同pH值下，深层滤器、目的蛋白、HCP所带电荷也会不同，从而影响深层过滤的蛋白回收率和HCP去除效果。
对于不同的料液及HCP去除要求，除了测试不同材质的深层滤器，还可以通过调整待过滤料液的pH和离子强度，以达到更好的回收率和HCP去除能力。
过滤参数
载量、滤速及连接方式都会对深层工艺中HCP的去除效率产生影响。随着载量的升高，深层滤器对HCP的吸附会逐渐趋于饱和，因此在工艺开发过程中，应注意不同载量下HCP的去除趋势，根据需求选择合适的载量。
此外，深层滤器串联后去除HCP的效果大于并联的去除效果，这可能是由于料液在滤器中间和边缘滤速不同，串联使得更多料液有效接触过滤介质，从而产生了1+1>2的去除效果[3]。
深层过滤实验设计及操作
根据浊度选择合适滤器，调节pH（pH 5-5.5）和电导（电导控制在5 mS/cm以内），进行深层滤器水冲洗去除TOC和颗粒物（100 L/m2），buffer平衡（20-30 L/m2），上样（滤速120 LMH）并收集滤后料液（分段收集，每45 ml收集一次），顶洗，绘制载量和HCP去除效率关系，确定最终载量。
下图是的PDE2深层滤器在HCP去除中的相关数据：
Fig 1：抗体低pH后HCP去除效果
Fig 2：重组疫苗（CHO细胞表达）亲和层析后HCP去除效果
总的来说，在下游工艺中，随着监管对HCP含量的控制要求越来越高，对于一些特殊料液，单纯依赖层析技术很难达到最终质量要求，而在中间品中适当添加深层工艺，反而会达到较好效果。
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