病毒相对于宏观世界物质甚至与细菌相比都是极其微小的生物体,但与传统蛋白及核酸生物分子相比,其尺寸又大很多,结构也复杂得多。病毒结构通常由蛋白质组成外衣壳,由核酸组成内芯,因此比蛋白和核酸分子都要复杂很多。病毒尺寸一般在20-100纳米之间,而细菌尺寸一般在1000纳米以上,蛋白分子尺寸往往在10纳米以下。人们只能借助电子显微镜才能看到病毒的结构和形貌。虽然多肽,蛋白,核酸等生物
下游分离纯化
病毒相对于宏观世界物质甚至与细菌相比都是极其微小的生物体,但与传统蛋白及核酸生物分子相比,其尺寸又大很多,结构也复杂得多。病毒结构通常由蛋白质组成外衣壳,由核酸组成内芯,因此比蛋白和核酸分子都要复杂很多。病毒尺寸一般在20-100纳米之间,而细菌尺寸一般在1000纳米以上,蛋白分子尺寸往往在10纳米以下。人们只能借助电子显微镜才能看到病毒的结构和形貌。虽然多肽,蛋白,核酸等生物大分子都有成熟的分离纯化方法,但病毒到目前也没有一个比较理想的分离方法。
小粒径无孔单分散层析介质用于病毒的分离纯化
传统的层析介质填料都是多孔的微球,因为多孔微球材料的比表面积大,因而可以对一般生物分子分离提供较高的吸附载量。层析介质的孔径一般都小于2000(通常都小于100纳米)。而很多病毒颗粒的粒径一般都大于20纳米,有的甚至都超过100纳米。由于体积排阻的原因,病毒颗粒无法扩散进入层析介质的孔内,因而在层析吸附病毒颗粒时只有介质微球的外表面可以利用,孔内表面积由于体积排阻的原因而无法吸附病毒颗粒。然而,病毒样品中的杂质分子一般都比病毒小,因而可以扩散进入层析介质孔内被吸附在里面。由于传统层析介质孔内表面积远远大于介质微球外表面积,杂质吸附往往由于孔内表面积的存在而非常显著,吸附洗脱时杂质含量因而较高,病毒颗粒纯化效果往往不理想。无孔层析介质由于没有大量只能容纳杂质进入而病毒颗粒无法扩散进入的内孔,病毒颗粒在介质外表面的层析吸附量虽然不会有明显变化,但样品中的杂质被层析吸附的量会显著减少。因此经无孔层析填料层析洗脱后,病毒样品的分离纯度显著提高。
以纯化溶瘤病毒为例,由于其在生产过程中存在宿主蛋白等杂质,纯化前 SEC测试纯度为6.5%。纯化采用两种基质相同的介质,其表面化学功能也很一致,主要区别是前者是无孔实心的层析介质,而后者是传统的多孔层析介质。层析纯化的方法是阴离子交换吸附然后梯度洗脱(Bind-elute)模式。从层析图谱可以看出,在洗脱及CIP过程中无孔介质洗脱杂质更小,峰值更低,意味着上样过程中结合的杂质会更少,有利于表面结合的病毒分子纯化。通过对层析洗脱液SEC纯度分析比较,发现用传统的多孔层析介质实验得到的病毒样品纯度为54%(图 ),而用无孔的同类型介质实验得到的病毒纯度达到接近90%(图 )。
孔径均一的整体柱用于分离纯化病毒
目前所使用的大部分层析柱都是填充柱,即将做好的微球介质填充到柱管中。这种用微球介质填充的层析柱容易放大,质量稳定,重复性好等优点,已被广泛地用于生物制药分离纯化,如抗
l生素,胰岛素,抗
l体等大规模分离纯化都是采用这种方法。但这种方法用于分离纯化病毒有局限性,主要是由于具有超大孔结构且机械强度好的介质微球制备技术难度大。而整体柱由于具有孔径大、孔隙率大、通透性好、机械强度高、压力低、高通量等优点,有利于病毒及病毒类(疫
l苗)生物大分子的分离纯化。
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