Modeling Antibody Aggregation in Downstream Processing

Abstract: Popular Abstract in Swedish Det blir allt vanligare att använda sig av medicin som liknar kroppens eget immunförsvar. Eftersom det ställs höga krav på att medicinen måste vara ren när den används så behöver man avskilja farliga substanser. I den här studien tittar vi på sådana reningsprocesser. Antikroppar är en del av det naturliga immunförsvaret hos oss alla. De hjälper till att upptäcka och neutralisera bakterier och virus som kommer in i vår kropp. Idag kan man producera specifika antikroppar som bland annat kan användas som en del av cancerbehandling i olika former. Antikroppar produceras då i bioreaktorer, och man måste rena produkten från virus och andra föroreningar för att kunna använda den i medicin. En av föroreningarna som produceras i bioreaktorerna är aggregat, vilket är flera antikroppar som bundit sig till varandra. Dessa aggregerat kan vara farliga att få in i kroppen då de kan få kroppens immunförsvar att reagera så att man blir sjuk. Man vill därför rensa bort dem under reningsprocessen. Det har dock visat sig att aggregat även bildas under separationen. Detta arbete syftar till att modellera reaktionen där antikroppar bildar aggregat och studera hur koncentrationen av antikropparna och aggregaten varierar under reningsprocessen. Separationen av antikroppar från föroreningarna sker bland annat med kromatografi. Detta är en reningsprocess, där man använder sig av ett rör som är fyllt med mikroskopiska porösa partiklar med speciella egenskaper beroende på vilken grund separationen ska ske på. Vid gelfiltrering separeras ämnena på grund av att de har olika storlekar. En ensam antikropp kallas för monomer. Under denna studie fanns endast monomerer och dimerer, vilket är två antikroppar som bundit till varandra. Undersökningen syftade till att titta på hur dimermängden påverkades av pH och salthalt. För att studera detta tog vi provrör i vilka pH, salthalt och antikroppskoncentration var olika. Från provrören togs med jämna mellanrum prover som analyserades med gelfiltrering. Proverna visade att dimerhalten ökade med minskad salthalt, och att ett lågt pH gör att aggregeringsreaktionen går snabbare. För att ta reda på om reaktionen från monomerer till dimerer var reversibel, det vill säga om dimererna kunde dela upp sig till monomerer igen, gjordes ett försök där ett prov späddes ut från en högre koncentration till en lägre, samma som i ett referensprov, ovan markerat med blått. I figuren till vänster ser ni de tre förväntade resultaten. Om reaktionen var irreversibel skulle ingen förändring ske i dimerhalten, den skulle fortsätta enligt den heldragna röda linjen. Om den var delvis reversibel skulle den minska något, precis som den streckade linjen gör. Om den däremot var helt reversibel skulle dimerhalten nå hela vägen ner till den halt som finns i provet markerat med blå linje, så som den punktstreckade linjen gör. I figuren till höger ser ni att reaktionen var helt reversibel, eftersom dimerhalten går ner till samma som fanns i provet markerat med blåa stjärnor. När detta var känt om reaktionen kunde den modelleras. Även kromatografiseparationen modellerades. Modellerna som vi använder för att simulera kromatografi är så pass mångsidiga att vi kunde visa på att de kunde användas för antikropprening, men också för separation av metalljoner som är mycket mindre i storlek än antikroppar. Under separationen av antikroppar med gelfiltrering sker en utspädning. Eftersom vi visat att utspädning gör att man får tillbaka monomerer, kunde vi genom att slå samman reaktions- och kromatografimodellen visa att om man kör separationen långsamt får man tillbaka monomerer under själva separationen. Modellerna har också använts till att kunna studera hur dimerhalten förändras under stora delar av reningsprocessen.