本文系統解析雙特異性抗體(bsAb)純化的核心策略,涵蓋捕獲層析、產(chǎn)物與工藝相關(guān)雜質(zhì)去除技術(shù)及未來(lái)發(fā)展方向,其復雜結構使其下游純化面臨挑戰,目前已有多種技術(shù)應對。
引言:雙特異性抗體(bispecific antibodies, bsAbs)是一類(lèi)能夠同時(shí)靶向兩個(gè)不同抗原表位的治療性抗體。相較于傳統單克隆抗體(mAb),bsAbs在腫瘤免疫治療、自身免疫性疾病和感染性疾病中展現出更高的特異性和更低的副作用風(fēng)險。截至2025年,全球已有14款bsAb藥物獲批上市,另有數百種處于臨床前研究階段。然而,bsAb的復雜結構(圖1)使其下游純化面臨巨大挑戰:

- 產(chǎn)物相關(guān)雜質(zhì)(如同源二聚體、片段污染物、聚集體)
- 工藝相關(guān)雜質(zhì)(如宿主細胞蛋白、病毒、內毒素)
本文將系統解析bsAb純化的核心策略,涵蓋捕獲層析、雜質(zhì)去除技術(shù)及未來(lái)發(fā)展方向,為生物制藥工藝開(kāi)發(fā)提供全面指導。

圖1 | 雙特異性抗體的結構分類(lèi):對稱(chēng)型與非對稱(chēng)型、IgG樣與非IgG樣結構。
一、捕獲層析:從Protein A到新型技術(shù)
1.1 傳統親和層析:Protein A的黃金標準
Protein A親和層析是bsAb捕獲的核心技術(shù),其通過(guò)結合抗體的Fc區域實(shí)現高特異性捕獲。近年來(lái),高載量樹(shù)脂(如MabSelect PrismA)的研發(fā)顯著(zhù)提升了效率:
- 動(dòng)態(tài)結合容量:58–74 mg/mL(2–4分鐘停留時(shí)間)
- 優(yōu)化案例:使用MabSelect SuRe LX捕獲非對稱(chēng)IgG樣bsAb,載量30 g/L時(shí)回收率達94.2%
局限性:
- 酸性洗脫條件(pH 3.6)可能導致抗體變性
- 樹(shù)脂成本高昂,且對非IgG樣bsAb無(wú)效
1.2 非Fc依賴(lài)型捕獲技術(shù)
對于缺乏Fc區域的非IgG樣bsAb,需采用輕鏈(LC)靶向親和層析:
- Protein L:結合κ輕鏈可變區(VL)
- KappaSelect/LambdaFabSelect:特異性結合κ或λ輕鏈恒定區(CL)
案例:吳曦生物開(kāi)發(fā)的WuxiBody平臺中,KappaSelect層析通過(guò)pH梯度(3.0–3.5)有效分離同源二聚體。
1.3 混合模式層析:新一代捕獲方案
混合模式層析結合離子交換、疏水作用等多機制,展現出獨特優(yōu)勢:
- Capto MMC:陽(yáng)離子交換+疏水作用,可同時(shí)去除宿主細胞蛋白(HCP)>60%
- 仿生小肽配體:如Ac-PHQGQIHGVSK,純度98%且洗脫條件溫和(pH 5.0)
創(chuàng )新應用:
- 膜層析技術(shù)(如Sartobind® Protein A)將工藝時(shí)間縮短70%
- 連續流工藝結合數字化孿生技術(shù),實(shí)現端到端連續生產(chǎn)

圖2 | 典型下游純化流程:捕獲、低pH病毒滅活、精純、病毒過(guò)濾等步驟。
二、產(chǎn)物相關(guān)雜質(zhì)去除策略
2.1 同源二聚體:結構錯配的克星
2.1.1 親和層析差異化捕獲
- Fc修飾策略:如DuetMab平臺中,通過(guò)Fc突變使同源二聚體(FcFc*)無(wú)法結合Protein A
- VH3靶向樹(shù)脂:MabSelect VH3可區分VH2-VH3 bsAb與VH2-VH2同源二聚體(圖5B)
2.1.2 離子交換層析電荷調控
- 弱分配模式:通過(guò)調節pH使bsAb(pI 8.94)與同源二聚體(pI 7.99)分離,去除率>99%
- 案例:POROS 50HQ陰離子交換樹(shù)脂在pH 6.0–6.2條件下實(shí)現高效分
2.1.3 混合模式層析多維分離
- Capto MMC ImpRes:通過(guò)線(xiàn)性pH梯度(5.5–10.0)洗脫孔-孔同源二聚體,殘留量<1%
- Toyopearl MX-Trp 650M:利用鹽梯度特異性洗脫λ-λ和κ-κ同源二聚體

圖3 | 不同親和層析配體的結合位點(diǎn):Protein A(Fc)、MabSelect PrismA(Fc+VH3)、KappaSelect(κ輕鏈)等。
2.2 片段雜質(zhì):從半抗體到單臂片段
2.2.1 親和層析精準去除
- 半抗體:利用Protein A層析結合線(xiàn)性pH梯度(5.5–2.8),NaCl增強分辨率
- 輕鏈缺失片段:Capto L層析通過(guò)pH梯度(5.0–3.2)去除82.5%雜質(zhì)
2.2.2 混合模式層析高效精純
- Capto Adhere ImpRes:在高載量(60 mg/mL)下仍保持85.9%去除率
- 雙梯度優(yōu)化:pH-鹽雙梯度(pH 6.0–8.5 + 0–250 mM NaCl)使單臂片段去除率提升至66%
2.3 聚集體:免疫原性的隱形殺手
2.3.1 親和層析洗脫優(yōu)化
- 添加劑策略:5% PEG + 500 mM CaCl?洗脫液將聚集體含量從20%降至3–4%
- Protein L層析:100 mM Arg-HCl洗脫液使聚集體減少59.4%
2.3.2 混合模式層析多維清除
- Capto MMC:線(xiàn)性梯度洗脫后聚集體殘留僅0.7%
- Diamond MMC Mustang:階梯鹽梯度洗脫純度提升至97.4%

圖4 | 產(chǎn)物相關(guān)雜質(zhì)類(lèi)型:同源二聚體、半抗體、聚集體等。
三、工藝相關(guān)雜質(zhì)清除技術(shù)
3.1 宿主細胞蛋白(HCP)
3.1.1 層析與深度過(guò)濾聯(lián)用
- Protein A優(yōu)化:高pH洗脫液(pH >4.5)結合添加劑(如精氨酸)降低HCP共洗脫
- 深度過(guò)濾:纖維素基材通過(guò)尺寸排阻和吸附去除沉淀HCP,LRV >2
3.1.2 上游工藝聯(lián)動(dòng)
- 辛酸預處理:Protein A前加入辛酸沉淀,HCP去除率提升2個(gè)對數級
3.2 病毒安全:從滅活到過(guò)濾
3.2.1 低pH滅活
- 條件優(yōu)化:pH ≤3.8、30分鐘孵育,脂包膜病毒(如X-MuLV)滅活率≥4.6 LRV
3.2.2 層析與膜過(guò)濾
- 陰離子交換層析:流穿模式下X-MuLV和MVM去除率分別達4.22和3.25 LRV
- 病毒過(guò)濾器:Planova™ 20N(PES膜)對細小病毒(18–26 nm)截留率>4 LRV
3.3 內毒素:電荷差異的利用
- 陰離子交換層析:DEAE樹(shù)脂在低電導(<50 mM NaCl)下吸附內毒素(pI≈2),去除率>5 LRV
- 添加劑干預:烷烴二醇可破壞內毒素-抗體復合物,提升陽(yáng)離子交換效率
四、工藝整合與未來(lái)展望
4.1 經(jīng)典流程 vs 創(chuàng )新模式
- 傳統流程(圖7A):Protein A捕獲 → 低pH滅活 → 離子交換精純 → 病毒過(guò)濾
- 混合模式替代(圖7B/C):Capto MMC可替代多步層析,降低成本并提升效率

圖7 | (A)經(jīng)典流程;(B)混合模式替代離子交換;(C)混合模式替代Protein A。
4.2 技術(shù)前沿:數字化與連續生產(chǎn)
- AI模擬層析機制:深度學(xué)習預測蛋白質(zhì)-樹(shù)脂相互作用,優(yōu)化洗脫條件
- 連續流工藝:數字化孿生技術(shù)實(shí)現實(shí)時(shí)監控,批次損失降低30%以上
五、結語(yǔ)
雙特異性抗體的下游純化是一場(chǎng)特異性與效率的博弈。從Protein A的黃金標準到混合模式層析的創(chuàng )新突破,從同源二聚體的精準分離到病毒安全的全面保障,每一步技術(shù)進(jìn)步都在推動(dòng)bsAb藥物的臨床轉化。未來(lái),隨著(zhù)AI與連續生產(chǎn)技術(shù)的深度融合,抗體純化將邁向更高純度、更低成本的智能化時(shí)代。