Funktionalisierung makroporöser Membranadsorber für die Anwendung in der Affinitätschromatographie
Funktionalisierung makroporöser Membranadsorber für die Anwendung in der Affinitätschromatographie
Die effiziente, skalierbare und nachhaltige Aufreinigung monoklonaler Antikörper ist ein zentrales Anliegen der biopharmazeutischen Industrie. Während makroporöse Membranadsorber durch konvektiven Massentransport höhere Durchflussraten als konventionelle Chromatographiegele ermöglichen, stellt die Entwicklung effizienter und nachhaltiger Funktionalisierungsstrategien für diese Membranen weiterhin eine wesentliche Herausforderung dar. Ziel dieser Arbeit war daher die Entwicklung einer schnellen, selektiven und skalierbaren Synthesestrategie zur Funktionalisierung polymerbasierter Hydroxyl-Membranen für die kovalente Immobilisierung von Affinitätsliganden wie Protein A. Im Fokus stand die TEMPO-vermittelte Oxidation mit Natriumhypochlorit in organischem Lösungsmittel, durch die Hydroxylgruppen gezielt zu Aldehydgruppen umgesetzt werden können.
Durch systematische Untersuchungen verschiedener, auch umweltfreundlicher Lösungsmittel wie γ-Valerolacton sowie Optimierung der Reaktionsbedingungen konnte eine effiziente und nachhaltige Funktionalisierung bei Raumtemperatur erreicht werden. Die neue Synthesestrategie ermöglichte eine signifikante Reduktion der Reaktionsschritte und Synthesedauer gegenüber etablierten Methoden und erwies sich als erfolgreich skalierbar.
Die resultierenden Protein A-Membranen erreichten eine dynamische Bindekapazität von bis zu 42 mg/mL, was mit Werten von kommerziellen Membranadsorbern wie beispielsweise der Sartobind® Rapid A vergleichbar ist. In Applikationsversuchen bestätigten die Membranen zudem ihre Leistungsfähigkeit hinsichtlich Bindekapazität, Produktreinheit und Wiederverwendbarkeit. Darüber hinaus wurde das Potenzial der Strategie für die Immobilisierung alternativer Affinitätsliganden, wie Nanofitin®-Liganden zur AAV-Aufreinigung, demonstriert.
Die entwickelte Methode eröffnet neue Perspektiven für die nachhaltige Herstellung leistungsfähiger Affinitätsmembranen und bietet eine attraktive Alternative zu etablierten Verfahren.
The efficient, scalable, and sustainable purification of monoclonal antibodies is a key concern in the biopharmaceutical industry. While macroporous membrane adsorbers enable higher flow rates than conventional chromatography resins due to convective mass transport, the development of efficient and sustainable functionalization strategies for these membranes remains a major challenge. The aim of this work was therefore to develop a rapid, selective, and scalable synthesis strategy for the functionalization of polymer-based hydroxyl membranes for the covalent immobilization of affinity ligands such as Protein A. The focus was on TEMPO-mediated oxidation with sodium hypochlorite in organic solvent, enabling the targeted conversion of hydroxyl groups into aldehyde groups.
Through systematic investigation of various, including environmentally friendly, solvents such as γ-valerolactone and optimization of reaction conditions, an efficient and sustainable functionalization at room temperature was achieved. The new synthesis strategy enabled a significant reduction in the number of reaction steps and synthesis time compared to established methods and proved to be successfully scalable.
The resulting Protein A membranes achieved a dynamic binding capacity of up to 42 mg/mL, which is comparable to the values of commercial membrane adsorbers such as Sartobind® Rapid A. In application trials, the membranes also demonstrated their performance in terms of binding capacity, product purity, and reusability. In addition, the potential of the strategy for the immobilization of alternative affinity ligands, such as Nanofitin® ligands for AAV purification, was demonstrated.
The developed method opens new perspectives for the sustainable production of high-performance affinity membranes and offers an attractive alternative to established procedures.
