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Dokumentenidentifikation DE19810947A1 16.09.1999
Titel Beseitigung von Kontaminationen aus biologischen Produkten
Anmelder Merck Patent GmbH, 64293 Darmstadt, DE
Erfinder Müller, Egbert, Dr., 64291 Darmstadt, DE
DE-Anmeldedatum 13.03.1998
DE-Aktenzeichen 19810947
Offenlegungstag 16.09.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.09.1999
IPC-Hauptklasse B01D 61/00
IPC-Nebenklasse B01J 41/04   
IPC additional class // C12N 7/00,C07H 21/00,C07K 14/195  
Zusammenfassung Verfahren zur Abtrennung oder Abreicherung von biologischen Kontaminanten (Viren, Nukleinsäuren und/oder Endotoxine) aus biologischen Produkten werden offenbart, wobei die aufzureinigende Probe (biologisches Produkt) mit einer Anionenaustauscher-Membran behandelt wird, wobei besagte Anionenaustauscher-Membran durch Umsetzung eines Polyamides mit einer aminoreaktiven polymerisationsfähigen Verbindung und anschließender Polymerisation mit Monomeren, die kationische Gruppen enthalten, oder in die in polymeranaloger Reaktion kationische Gruppen eingeführt werden können, erhältlich ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Beseitigung von Kontaminationen aus biologischen Produkten mittels Trennung unter Verwendung von Anionenaustauscher-Membranen, sowie mittels dieser Verfahren gereinigte biologische Produkte.

Hohe Anforderungen werden an die Reinheit von biologischen Produkten gestellt, insbesondere wenn sie beispielsweise für pharmazeutische Zwecke verwendet werden sollen. Dies gilt insbesonders, wenn intraperitonale oder intra-venöse Anwendungen vorgesehen sind. In diesem Zusammenhang sind insbesondere Viren, Endotoxine und Nukleinsäuren, wie DNA, als mögliche Kontaminanten von Bedeutung. Diese Kontaminanten werden als biologische Kontaminanten zusammengefaßt.

Kontaminierende Viren können beispielsweise durch chemische Inaktivierung unschädlich gemacht werden; WO 95/16 030 beschreibt dazu übliche Verfahrensvarianten. Üblich ist weiterhin die Abtrennung durch Ultrafiltration, dazu ist beispielsweise in EP 0 302 949 eine Ultrafiltrationsmembran mit spezieller Porengeometrie offenbart. Eine Abtrennung speziell von humanem Immunschwäche-Virus (HIV) an nicht porösen Ionenaustauschmaterialien wird in EP 0 320 184 offenbart. Endotoxine können durch Behandlung mit einer salzhaltigen Detergenslösung entfernt werden, wie es beispielsweise in WO 95/21179 offenbart ist. Für die Abtrennung von Endotoxinen wurden außerdem in spezieller Weise derivatisierte Membranen vorgeschlagen (WO 97/33683). Nukleinsäuren können durch partikuläre Anionenaustauscher abgetrennt werden, wie es beispielsweise in J. Chromat. A, 658, Seite 459-463 (1994) beschrieben ist.

Aus WO 96/22 316 und WO 97/49 754 sind adsorptive Membranen auf Polyamidbasis mit verbesserten Eigenschaften bekannt. Diese verbesserten Trennmaterialien sind zugänglich durch Umsetzung der Aminogruppen eines Polyamids mit einer aminoreaktiven Verbindung oder durch Umsetzung der Carboxylgruppen eines Polyamides mit einer carboxylgruppenreaktiven Verbindung, wobei polymerisierbare Gruppen in das Basispolymer eingeführt werden. Zusätzliche Amino- beziehungsweise Carboxylgruppen können vor der Einführung der polymerisierbaren Gruppen durch Umsetzung mit Diaminen beziehungsweise Dicarbonsäuren oder Dicarbonsäurederivaten eingeführt werden. An die genannten polymerisierbaren Gruppen können anschließend Monomere anpolymerisiert werden. Diese Monomeren können Separationseffektoren enthalten; es ist ebenfalls möglich, in die Monomereinheiten mittels bekannter polymeranaloger Umsetzungen Separationseffektoren einzuführen. Bezüglich der möglichen Separationseffektoren und der Herstellung von adsorptiven Membranen, die diese Separationseffektoren enthalten, wird auf die genannten Druckschriften verwiesen. Zu den in diesen Druckschriften genannten Separationseffektoren gehören auch kationische Gruppen. Die Verwendung der Anionenaustauscher-Membranen, wie sie in WO 96/22 316 und WO 97/49 754 offenbart sind, für die Entfernung von biologischen Kontaminanten aus biologischen Produkten ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Für die erfindungsgemäße Verwendung sind insbesondere Anionenaustauscher-Membranen bevorzugt, die erhältlich sind durch Umsetzung eines Polyamides mit einer aminoreaktiven polymerisationsfähigen Verbindung und anschließender Polymerisation mit Monomeren, die kationische Gruppen enthalten, oder in die in polymeranaloger Reaktion kationische Gruppen eingeführt werden können.

Diese Anionenaustauscher-Membranen können beispielsweise als Flachmembranen oder als Hohlfasermembranen ausgebildet sein. Hohlfasermembranen sind in "dead end"-Konfiguration oder in "crossflow"-Konfiguration einsetzbar. Diese Ausführungsformen und deren Herstellung sind dem Fachmann bekannt.

Es wurde gefunden, daß in vorteilhafter Weise unter Verwendung der in WO 96/22 316 und WO 97/49754 offenbarten Anionenaustauscher-Membranen die genannten Kontaminationen aus Lösungen entfernt werden können. So wurde gefunden, daß Endotoxin sowohl aus einer Pufferlösung als auch aus einer Lösung von Proteinen entfernt werden kann. Weiter wurde gefunden, daß DNA (Hind III-Fragmente von DNA des Phagen λ) von Protein abgetrennt werden kann. Weiter wurde gefunden, daß Viren aus Lösungen abgetrennt werden können, darunter auch Viren, die nach bekannten Methoden, beispielsweise durch Nanofiltration, nur unzureichend abgetrennt werden können.

Gegenstand der Erfindung sind Verfahren zur Abtrennung oder Abreicherung von biologischen Kontaminanten, wobei die aufzureinigende Probe (biologisches Produkt) mit einer Anionenaustauscher-Membran behandelt wird, wobei besagte Anionenaustauscher-Membran durch Umsetzung eines Polyamides mit einer aminoreaktiven polymerisationsfähigen Verbindung und anschließender Polymerisation mit Monomeren, die kationische Gruppen enthalten, oder in die in polymeranaloger Reaktion kationische Gruppen eingeführt werden können, erhältlich sind.

Gegenstand der Erfindung sind ferner aufgereinigte biologische Produkte erhältlich durch das erfindungsgemäße Verfahren.

In Abb. 1 sind PCR-Untersuchungen an verschiedenen Eluaten, die bei der Abreicherung von DNA angefallen waren, dargestellt. Abb. 2 zeigt die Nachweisempfindlichkeit des verwendeten PCR-Protokolls auf; experimentelle Einzelheiten finden sich in Beispiel 5.

Die erfindungsgemäße Abtrennung der Kontaminanten erfolgt unter Verwendung von Puffersystemen, wie sie für die Anionenaustauschchromatographie gebräuchlich sind. Den Puffern können gegebenenfalls Neutralsalze, organische Lösungsmittel, Detergenzien und/oder chaotrope Agenzien zugesetzt werden. Derartige Zusätze sind dem Fachmann bekannt und in der Literatur beschrieben.

Beispiele Beispiele 1-3 Abreicherung verschiedener Viren

Die Abreicherung verschiedener Viren wurde von der Fa. Ana/lysis (Frankfurt (Main), DE) entsprechend gängiger Validierungsvorschriften ausgeführt ("Anforderungen an Validierungsstudien zum Nachweis der Virussicherheit von Arzneimitteln aus menschlichem Blut oder Plasma": Paul-Ehrlich-Institut und Bundesgesundheitsamt, Mai 1994; sowie "Note for Guidance on Virus Validation Studies": CPMP/BWP/268/95; 2. endgültige Fassung vom Februar 1996). Für die Untersuchung wurde 20 mM TRIS-Puffer (pH 7,0) mit 10 Vol.-% einer Virenstammlösung versetzt; verwendet wurden folgende Viren:

HIV-1: Humanes Immundefizienz Virus Typ 1

PPV: Porcine Parvovirus

BVDV: Bovine Viral Diarrhea Virus.

Weitere Angaben zu den verwandten Viren und betreffend die virussuszeptiblen Wirts- und Indikatorzellen sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengefaßt: Tabelle 1



Jeweils 10 ml dieser Lösung wurden mit einer Spritze auf ein Fractoflow® 80-6 mm dead end Hohlfasermodul (Basismaterial Polyamid 6; Fa. Merck KGaA, Darmstadt, DE) aufgetragen. Folgende Typen von Anionenaustauscher-Hohlfasermodulen wurden verwendet:

D schwacher Anionenaustauscher (DEA-Typ)

T starker Anionenaustauscher (TMA-Typ).

Zum Vergleich dienten Module mit unmodifizierten Membranen und mit Kationenaustauscher- Membranen:

U underivatisiertes Basismaterial Polyamid 6

S starker Kationenaustauscher (Sulfo-Typ).

Virustiter wurden vor und nach der Filtration durch Endpunkttitration bestimmt. Dazu wurden serielle Dreifachverdünnungen der Probe jeweils in Achtfachansätzen hergestellt. Die verdünnten Proben wurden zu virussuszeptiblen Indikatorzellen zugefügt und die inkubierten Indikatorzellen mikroskopisch auf cytopathische Effekte (CPE) untersucht. Die statistische Auswertung erfolgte nach Standardmethoden.

Beispiel 1 Abreicherung von HIV-1

Entsprechend der obigen allgemeinen Verfahrensbeschreibung wurde die Abreicherung von HIV-1 untersucht; die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefaßt: Tabelle 2



Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Anionenaustauscher-Membranen wird eine Abreicherung bis unter die Nachweisgrenze erreicht, während die Vergleichsversuche (U und S) eine um ein bis zwei Größenordnungen niedrigere Abreicherung beobachten liessen.

Beispiel 2 Abreicherung von Porcine-Parvovirus

Entsprechend der obigen allgemeinen Verfahrensbeschreibung wurde die Abreicherung von PPV untersucht; die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefaßt: Tabelle 3



Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Anionenaustauscher-Membranen wird eine Abreicherung bis unter die Nachweisgrenze erreicht, während die Vergleichsversuche (U und S) keine Abreicherung beobachten liessen. Der Porcine-Parvovirus ist sehr klein (ca. 20 nm) und sehr stabil. Dieser Virus konnte durch kein bisher bekanntes Verteilungsverfahren vollständig abgetrennt werden.

Die hier erhaltenen Ergebnisse zeigen, daß die Abtrennung der Viren sehr spezifisch nur mit den Anionenaustauschern erfolgt.

Beispiel 3 Abreicherung von Bovine Viral Diarrhea Virus

Entsprechend der obigen allgemeinen Verfahrensbeschreibung wurde die Abreicherung von BVDV untersucht; die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefaßt: Tabelle 4



Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Anionenaustauscher-Membranen wird eine Abreicherung bis unter die Nachweisgrenze erreicht, während die Vergleichsversuche (U und S) eine um mehrere Größenordnungen niedrigere Abreicherung beobachten liessen.

Die hier erhaltenen Ergebnisse zeigen, daß die Abtrennung der Viren sehr spezifisch nur mit den Anionenaustauschern erfolgt.

Beispiel 4 Entfernung von Endotoxinen Material und Methoden

Es wurde ein 80-6 mm Fractoflow® DEA-Hohlfasermodul (Fa. Merck KGaA; Darmstadt, DE) verwendet.

Die Probenaufgabe erfolgte mit einer Spritze.

Die Aktivität des Endotoxins wurde mittels des LAL-Tests bestimmt.

a) Abtrennung aus Pufferlösung Probe Endotoxin von E. coli (USP-Standard) in 20 mM Phosphatpuffer (pH7)

Die Ergebnisse der Abtrennung von Endotoxin aus Pufferlösung sind in Tabelle 5 zusammengefaßt: Tabelle 5



Die Abtrennung des Endotoxins aus einer Pufferlösung gelingt durch drei Zyklen bis unter die Nachweisgrenze des LAL-Tests.

b) Abtrennung aus proteinhaltiger Lösung Probe Endotoxin von E. coli (USP-Standard; 15 724 EU/ml) und Rinderserumalbumin (BSA; 1 mg/ml) in 20 mM Phosphatpuffer (pH7)

Elution des BSA mit 0,4 M NaCl in 20 mM Phosphatpuffer (pH 7).

Die Ergebnisse der Abtrennung von Endotoxin aus einer 1 mg/ml BSA Lösung durch selektive Desorption sind in Tabelle 6 zusammengefaßt. Tabelle 6



Beispiel 5 Entfernung von DNA

Es wurde ein 80-6 mm Fractoflow® DEA-Hohlfasermodul verwendet. Die Probenlösung wurde mit einer Spritze aufgegeben.

10 ml einer BSA-Lösung mit einer Konzentration von 1 mg/ml in 20 mM Tris pH 8,5 wurden mit 1 µg λ-DNA (geschnitten mit Hind III) versetzt.

Nach der Probenaufgabe wurde mit 10 ml Pufferlösung (20 mM Tris pH 8,5 nachgewaschen. Das Protein wurde mit 15 ml einer 20 mM Tris-Lösung + 1 M NaCl pH 8,5 eluiert. Anschließend wurde wieder mit 10 ml eines 20 mM Tris Puffers pH 8,5 nachgewaschen.

BSA wurde unter diesen Bedingungen gebunden und konnte durch 1 M Kochsalzzusatz mit einer Wiederfindung von 97% eluiert werden. Die DNA konnte mit 1 M Kochsalz nicht abgelöst werden und konnte erst mit 2×10 ml einer 1 M Natronlauge entfernt werden.

Bahn 1: λ-DNA

Bahn 2: Probenaufgabe

Bahn 3 : 20 mM Tris-Puffer (pH 8,5)

Bahn 4 : 1 M NaCl in 20 mM Tris-Puffer (pH 8,5)

Bahn 5 : 1 M NaOH

Bahn 6 : 1 M NaOH.

Für die Bahnen 7, 8, 9, 10 und 11 wurden weitere Eluate mit 6 M Harnstoff, 20 mM Tris, 6 M Guanidiniumchlorid, 20 mM Tris, Ethanol verwendet.

In den verschiedenen Eluaten wurde die DNA mittels PCR folgendermaßen nachgewiesen: Reagenzienmischung (Mix) 10 × Polymerase-Puffer 20 µl dNTPs (20 mM) 2 µl Primer λ1 (5 pmol/µl) 8 µl Primer λ2 (5 pmol/µl) 8 µl Taq-Polymerase (5U/µl) 2 µl Wasser 80 µl

Gemischt wurden 15 µl der obigen Reagenzienmischung und 10 µl Probe (jeweiliges Eluat; 1-11); anschließend wurde die Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR) ausgeführt und die Reaktionsprodukte nach Elektrophorese nachgewiesen: PCR Programm 3 min, 94°C

10 X

15 sec, 92°C

15 sec, 65°C(-1°C/Cyclus)

10 X

15 sec, 92°C

15 sec, 55°C

5 min, 72°C bis Ende

Nachweis nach Elektrophorese
  • - Zugabe von 5 µl Farbmarker
  • - je 10 µl auf 2% Hispan-Agarosegel
  • - Vergleich: 10 µl Marker (λ-DNA; geschnitten mit Hind III).

Die Ergebnisse sind in Abb. 1 dargestellt. Bei der Elution mit NaOH wurden 90% der DNA wiedergefunden.

In einem weiteren Experiment wurde gezeigt, daß die Abreicherung der DNA sogar in Gegenwart von 1 M Kochsalz in der Proteinlösung erfolgen kann.

Um die Nachweisempfindlichkeit des verwendeten PCR-Protokolls zu belegen, wurde eine Stammlösung -DNA (Hind III-Fragmente) in einer Serienverdünnung 1 : 10 demselben Protokoll unterworfen:





Die Ergebnisse sind in Abb. 2 dargestellt.

Auch ohne weitere Ausführungen wird davon ausgegangen, daß ein Fachmann die obige Beschreibung im weitesten Umfang nutzen kann. Die bevorzugten Ausführungsformen und Beispiele sind deswegen lediglich als beschreibende, keineswegs als in irgendeiner Weise limitierende Offenbarung aufzufassen.

Die vollständige Offenbarung aller vor- und nachstehend aufgeführten Anmeldungen, Patente und Veröffentlichungen sind durch Bezugnahme in diese Anmeldung eingeführt.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Abtrennung oder Abreicherung von biologischen Kontaminanten aus biologischen Produkten, wobei die aufzureinigende Probe (biologisches Produkt) mit einer Anionenaustauscher-Membran, die erhältlich ist durch Umsetzung eines Polyamides mit einer aminoreaktiven polymerisationsfähigen Verbindung und anschließender Polymerisation mit Monomeren, die kationische Gruppen enthalten, oder in die in polymeranaloger Reaktion kationische Gruppen eingeführt werden können, behandelt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Viren die abzutrennende biologische Kontaminante bilden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Nukleinsäuren die abzutrennende biologische Kontaminante bilden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Endotoxine die abzutrennende biologische Kontaminante bilden.
  5. 5. Aufgereinigtes biologisches Produkt erhältlich durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4.






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