Kemajuan Terkini dalam Membran Penyingkiran Virus Untuk Pemurnian Antibodi

Virus ialah zarah parasit mikroskopik yang wujud dalam persekitaran-termasuk air, udara, tanah-dan dalam organisma hidup. Mereka bertanggungjawab terhadap pelbagai jenis penyakit berjangkit dan menyebabkan beribu-ribu kematian di seluruh dunia setiap tahun. Disebabkan saiznya yang kecil (20–200 nm), kestabilan alam sekitar yang luar biasa, dos berjangkit yang rendah dan potensi untuk penghantaran-jarak jauh, virus menimbulkan risiko biokeselamatan yang ketara.

Untuk meminimumkan risiko pencemaran virus dalam produk biofarmaseutikal, adalah penting untuk mewujudkan strategi pembersihan virus yang teguh, berkesan dan boleh dipercayai sepanjang proses pembuatan.

Kaedah penyahaktifan dan penyingkiran virus konvensional termasuk pengeraman-pH rendah, rawatan pelarut/detergen (S/D), penyinaran dan penapisan membran. Walau bagaimanapun, setiap teknik mempunyai batasan yang wujud. Rawatan pH-rendah boleh menjejaskan kestabilan protein rekombinan, manakala rawatan pelarut/detergen hanya berkesan terhadap virus bersampul dan memberikan perlindungan terhad terhadap virus tidak-bersampul. Begitu juga, penyinaran ultraungu (UV) dan gamma ( ) boleh merosakkan sel, protein atau bahan aktif biologi yang lain.

 

Antara teknologi pembersihan virus semasa, penapisan membran telah muncul sebagai salah satu pendekatan yang paling menjanjikan. Ia berkesan membuang virus merentasi julat saiz yang luas sambil mengekalkan toleransi yang sangat baik terhadap pelbagai keadaan pemprosesan fizikal dan kimia. Penapisan nano telah menjadi langkah penyingkiran virus standard dalam pembuatan produk terbitan plasma-terutama untuk virus kecil seperti parvovirus B19. Teknologi ini telah menunjukkan kecekapan penyingkiran yang tinggi terhadap pelbagai model virus, termasuk human immunodeficiency virus (HIV), virus cirit-birit virus lembu (BVDV), virus pseudorabies (PRV), canine parvovirus (CPV), virus encephalomyocarditis (EMCV), dan virus hepatitis A (HAV).

Ulasan ini meringkaskan pemahaman semasa mengenai mekanisme penapisan virus, kemajuan terkini dalam bahan membran penyingkiran virus dan cabaran utama serta prospek masa depan teknologi penapisan virus-membran dalam penulenan antibodi.

 

 

 

1. Mekanisme Pemisahan Membran Penyingkiran Virus

Prestasi membran penyingkiran virus dikawal oleh interaksi kompleks antara saiz liang membran, sifat permukaan, dan interaksi elektrostatik dengan zarah virus. Dengan menyepadukan pengecualian saiz, tolakan elektrostatik dan mekanisme penjerapan, membran penyingkiran virus secara berkesan menangkap dan mengekalkan bahan cemar virus sambil membenarkan biomolekul sasaran melaluinya.

1.1 Pengecualian Saiz

Pengecualian saiz adalah salah satu mekanisme yang paling banyak diterima pakai untuk penyingkiran virus kerana kecekapan pemilihan dan penapisan yang tinggi (Rajah 1).

Dengan mengawal saiz liang membran dengan berhati-hati, virus dari dimensi berbeza boleh diasingkan dengan berkesan, dengan itu memastikan ketulenan produk yang tinggi. Tambahan pula, mekanisme ini tidak memerlukan penambahan reagen kimia, menghapuskan risiko pencemaran kimia atau sisa kekotoran dalam produk akhir.

Kelebihan ini menjadikan pengecualian saiz sebagai strategi penyingkiran virus yang ideal untuk pembuatan biofarmaseutikal, terutamanya dalam pengeluaran protein terapeutik, antibodi monoklonal, vaksin dan produk biologi lain.

Rajah 1. Pembuangan Virus oleh Mekanisme Pengecualian Saiz

 

1.2 Interaksi Elektrostatik

Interaksi elektrostatik mewakili satu lagi mekanisme pemisahan virus yang penting dan telah digunakan secara meluas untuk penangkapan dan penyingkiran virus (Rajah 2).

Pendekatan ini mengeksploitasi perbezaan dalam daya penjerapan antara bahan membran dan zarah virus. Dengan menyesuaikan sifat permukaan membran, virus boleh ditangkap dengan cekap melalui tarikan elektrostatik.

Bahan penapisan elektrostatik biasa termasuk membran nanofiber, bahan berliang dan bahan nano yang difungsikan. Disebabkan oleh luas permukaan khusus yang besar dan kumpulan berfungsi yang banyak, bahan ini menyediakan banyak tapak pengikat aktif yang meningkatkan interaksi dengan zarah virus dan meningkatkan pengekalan virus.

 

Kajian telah menunjukkan bahawa beberapa keadaan operasi mempengaruhi prestasi penyingkiran virus elektrostatik dengan ketara:

1. pH rendah dan kekuatan ion yang rendah memaksimumkan pengekalan virus dengan mengukuhkan interaksi elektrostatik antara permukaan membran dan zarah virus.

2. Kation divalen, seperti Mg²⁺ dan Ca²⁺, boleh mengurangkan kecekapan penyingkiran virus dengan melemahkan interaksi elektrostatik.

3. Semasa gangguan aliran, pengekalan virus bergantung terutamanya pada tarikan elektrostatik dan penjerapan hidrofobik antara membran dan bakteriofaj PP7. Di bawah keadaan ini, membran penyingkiran virus dengan pertalian protein yang rendah biasanya menunjukkan prestasi Nilai Pengurangan Log (LRV) yang lebih rendah.

Rajah 2. Mekanisme Interaksi Elektrostatik dalam Penapisan Virus

Dengan pertumbuhan pesat industri biofarmaseutikal, penapisan virus telah menjadi langkah yang semakin kritikal dalam penulenan dan pembuatan biologi. Walau bagaimanapun, membran penapisan virus konvensional selalunya dihadkan oleh fluks resapan yang tidak mencukupi, kestabilan-jangka panjang yang tidak mencukupi dan kerentanan tinggi terhadap kekotoran membran, yang kesemuanya boleh menjejaskan prestasi proses dan hasil produk.

Untuk menangani cabaran ini, penyelidik telah menumpukan usaha yang besar untuk membangunkan bahan membran generasi-yang seterusnya dengan kecekapan penapisan yang dipertingkatkan, rintangan kekotoran yang lebih baik dan kestabilan operasi yang unggul.

Kemajuan terkini termasuk:

1. Membran ultraturasan polietersulfon (PES) Zwitterionic SPP-yang meningkatkan hidrofilik membran dan mengurangkan penjerapan protein.

2. Membran PES mikroliang dicantumkan dengan berus polimer zwitterionic, memberikan prestasi antikotoran yang dipertingkatkan sambil mengekalkan pengekalan virus yang tinggi.

3. Membran mikro penapisan berasaskan PAN/PET selulosa-, menawarkan kekuatan mekanikal dan prestasi penapisan yang sangat baik.

4. Membran polivinil alkohol (PVA) bercas positif yang difabrikasi melalui pemusingan elektro dan pautan foto silang in situ, yang meningkatkan penangkapan virus melalui interaksi elektrostatik.

5. Membran saluran nano berlapis yang dibina daripada-bahan struktur nano kristal cecair (LC) yang dipasang sendiri, mewakili platform membran yang muncul dengan seni bina liang yang sangat dikawal dan keupayaan penyingkiran virus yang menjanjikan.

Pembangunan berterusan bahan membran termaju ini dijangka dapat meningkatkan prestasi penapisan virus dengan ketara sambil mengatasi batasan media penapisan konvensional.

 

3. Penapis Virus Komersial

Penapis virus komersial biasanya tersedia dalam dua konfigurasi utama:

* Modul membran gentian berongga

* Kaset membran -leper rata

Penapis ini biasanya dihasilkan daripada polimer seperti:

* Hidrofilik polivinilidena fluorida (PVDF)

* Polietersulfon hidrofilik (PES)

* Selulosa yang dijana semula (RC)

Tidak seperti selulosa yang dijana semula secara hidrofilik secara semula jadi, PVDF dan PES sememangnya bahan hidrofobik. Semasa penapisan membran, permukaan hidrofobik cenderung untuk menyerap protein, yang boleh menyebabkan penyumbatan liang, mengotori membran, mengurangkan fluks resapan, dan akhirnya menurunkan pemulihan produk.

Bahan busuk utama yang ditemui semasa penapisan virus termasuk agregat protein, sisa DNA, protein yang didenatur separa dan kekotoran-yang berkaitan dengan proses lain. Pengotoran bukan sahaja mengurangkan kecekapan penulenan tetapi juga boleh menjejaskan kualiti produk akhir secara negatif. Akibatnya, menggabungkan langkah pra-penapisan yang sesuai adalah strategi yang berkesan untuk meminimumkan kekotoran membran dan memanjangkan hayat perkhidmatan penapis.

Walaupun banyak penapis virus gentian berongga secara teknikalnya mampu beroperasi dalam mod Penapisan Aliran Tangensial (TFF), kebanyakan proses penapisan virus komersil pada masa ini dilakukan di bawah keadaan -Tapis Akhir (DFF) Mati.

Virus minit Murine (MVM) diiktiraf secara meluas sebagai salah satu virus model yang paling mencabar untuk mengesahkan prestasi penyingkiran virus. Akibatnya, industri biofarmaseutikal secara meluas telah mengguna pakai penapis penahan virus 20 nm-sebagai standard untuk pengesahan pembersihan virus, menggantikan penapis dengan saiz liang yang lebih besar.

 

4. Kesimpulan

Walaupun terdapat kemajuan besar dalam reka bentuk membran dan teknologi pembuatan, mencapai kecekapan penyingkiran virus yang tinggi secara konsisten kekal sebagai cabaran yang ketara.

Walaupun pengoptimuman struktur liang membran dan sifat bahan telah meningkatkan prestasi penapisan, teknologi sedia ada masih menghadapi had apabila mengalih keluar spesies virus yang pelbagai, terutamanya virus yang kecil atau unik dari segi struktur. Mekanisme pengecualian-saiz fizikal tunggal tidak mencukupi untuk menangani semua keperluan penyingkiran virus. Oleh itu, menyepadukan berbilang mekanisme pemisahan-termasuk penjerapan elektrostatik, kefungsian permukaan dan pengubahsuaian kimia-akan menjadi penting untuk meningkatkan prestasi pembersihan virus secara keseluruhan.

Untuk proses penulenan antibodi, membran penyingkiran virus semasa terus menghadapi cabaran yang berkaitan dengan pemprosesan membran, rintangan kekotoran dan kecekapan pengekalan virus. Penyelidikan masa depan harus menumpukan pada bahan membran yang inovatif, teknologi pengubahsuaian permukaan termaju, dan reka bentuk proses yang dioptimumkan untuk meningkatkan lagi prestasi membran dan memenuhi keperluan kualiti yang semakin ketat bagi pembuatan biofarmaseutikal moden.

 

Rujukan

Luo, X., Ye, H., Li, H., *et al.* Kemajuan Terkini dalam Aplikasi Membran Penyingkiran Virus untuk Proses Pembersihan Antibodi. *Industri Kimia Shandong*, 2024, 53(19): 153–157. DOI: 10.19319/j.cnki.issn.1008-021X.2024.19.048.