Development and Comparison of Alternative Methods for the Purification of Adalimumab Directly from Harvested Cell Culture Fluid

Research background. Protein A affinity chromatography is a well-established method currently used in the pharmaceutical industry. However, the high costs usually associated with chromatographic separation of protein A and the difficulties in continuous operation make the investigation of alternative purification methods very important. Experimental approach. In this study, extraction/back-extraction and precipitation/dissolution methods were developed and optimised. They were compared with protein A and cation exchange chromatography separations in terms of yield of monoclonal antibody (mAb) and amount of residual impurities, such as DNA and host cell proteins, and amount of mAb aggregates. For a comprehensive comparison of the different methods, experiments were carried out with the same cell-free fermentation broth containing adalimumab. Results and conclusions. Protein A and cation exchange chromatographic separations resulted in high yield and purity of adalimumab. The precipitation-based process resulted in high yield but with lower purity. The extraction-based purification resulted in low yield and purity. Thus, the precipitation-based method proved to be more promising than the extraction-based method for direct purification of adalimumab from harvested cell culture fluid. Novelty and scientific contribution. Although alternative purification methods may offer the advantages of simplicity and low-cost operation, further significant improvements are required to compete with the performance of chromatographic separations of adalimumab from true fermentation broth.
Pozadina istraživanja. Afinitetna kromatografija pri kojoj se monoklonsko protutijelo veže za protein A je već dobro poznata metoda u farmaceutskoj industriji. Međutim, zbog visokih troškova izdvajanja proteina A pomoću kromatografije te poteškoća u provođenju kontinuiranog procesa važno je ispitati alternativne metode pročišćavanja. Eksperimentalni pristup. U ovome su radu razvijene i optimirane metode ekstrakcije sa ponovnom ekstrakcijom te taloženja i otapanja. Rezultati tih dvaju metoda, odnosno prinos monoklonskih protutijela, količina preostalih nečistoća, kao što su DNA i proteini stanica domaćina, te količina agregata monoklonskih protutijela, uspoređeni su s onima dobivenim afinitetnom kromatografijom na ionskom izmjenjivaču. Za sveobuhvatnu usporedbu različitih metoda, ispitivanja su provedena na identičnim hranjivim podlogama koje su sadržavale adalimumab. Rezultati i zaključci. Afinitetnom kromatografijom na ionskom izmjenjivaču dobiveni su veliki prinos i velika čistoća adalimumaba. Taloženjem su dobiveni veliki prinos, ali manja čistoća uzorka. Pročišćavanje pomoću ekstrakcije rezultiralo je manjim prinosom i manjom čistoćom uzorka. Zaključeno je da je metoda taloženja bolja od ekstrakcije za izravno pročišćavanje adalimumaba iz suspenzije stanične kulture. Novina i znanstveni doprinos. Iako alternativne metode imaju neke prednosti, kao što su jednostavna i jeftina primjena, neophodno ih je unaprijediti da bi dobiveni rezultati bili usporedivi s rezultatima dobivenim pročišćavanjem adalimumaba ionskom kromatografijom u hranjivoj podlozi.