マイクロフロー水性二相分配によるタンパク質の分配抽出に関する研究

摘要

マイクロ化学プロセス技術を用いた医薬品製造プロセスのうち，精製プロセスのシステム設計に関わる研究として，マイクロプロセスへ応用しやすい水性二相分配について速度論的研究を実施した．二相分配ポリマーとしてはPolyethylene glycol（PEG）とDextran（Dex）を用いた．ポリマー濃度は共に90g/Lとし，ウシ血清アルブミン（BSA）のPEG相内初期濃度を200μg/mLとして，マイクロフロー二相分配プロセス（流路幅500μm×深さ300μm）を用いて抽出を行った．抽出器内の滞留時間を変数とし，PEG相とDex相のタンパク質の濃度，および分配係数を追って抽出過程を見た．マイクロプロセスではBSAは滞留時間400秒程で分配係数は0.2程になり遠心分離機による抽出と同程度の抽出が達成できた．比較実験として遠心管（撹拌なし），および内径が2mm，1mmのチューブでの二相分配実験も行った．各プロセスでのBSAの抽出結果を比較すると，比表面積が大きなプロセスほど抽出速度が速く，短時間で分配平衡に近づいている．そこで，比表面積と抽出速度の関係に着目し，BSAの物質収支から抽出速度式を定義した．定義式を実験データにカーブフィットさせ，各相でのBSA平衡濃度，および総括物質移動係数を求めることができた．比表面積の増加につれ，総括物質移動係数が増加することが明らかとなった．さらに実験データを解析した結果，総括物質移動容量係数と分離装置スケール，ならびに操作条件の関係を導けることが分かり，タンパク質生産用マイクロ分離·精製プロセスの設計指針を得ることができた．