直接作用于膜表面的溶液称为进料液。沿着膜表面流动并回流至进料储罐的溶液称为滞留液。这种溶液通常会被泵送回原处并循环使用。穿过膜的溶液称为透过液。
尺寸排阻层析 (SEC) 通常用于病毒或细胞外囊泡(EV 或外泌体)等大型敏感分子的下游处理。但此 SEC 步骤通常被视为生产瓶颈 — 低流速和有限的样本上样量可能会降低病毒和外泌体纯化的速度。开发 Capto™ Core 填料,旨在解决这一瓶颈并提高大分子的下游处理能力。Core填料是包含具有活化配基的核心层和外层非活性外壳的层析填料。这种结构实现了双功能作用,在内捕获较小的可通过外壳扩散的杂质,而较大的目标分子可在流穿液中收集。通过组合尺寸排阻层析和结合层析模式,Capto™ Core 填料可作为 SEC 填料的优先替代选择,用于纯化外泌体或其他大分子。

对于治疗性外泌体,终产物的纯度对于临床应用与监管至关重要。以外泌体为基础的药物成分的生产中需要去除的杂质主要是细胞碎片、蛋白质、宿主细胞DNA以及非外泌体的细胞外囊泡,比如凋亡小体和微囊泡。而外泌体的大小和理化性质与脂蛋白、蛋白质复合体和乳糜微粒等均有不同程度的重叠,这也为外泌体的分离与富集带来了挑战。
目前实验室规模已有一些常用的外泌体纯化方法,包括超速离心法、免疫分离法、聚合沉淀法、切向流过滤法、分子排阻层析法和微流体分离法等,但业内对于大规模生产外泌体的分离纯化工艺还没有达成共识。这主要是因为并非所有方法都适用于大规模样品的分离,而且不同方法也各有优缺点,其分离纯度与回收率都不尽相同。例如,最广泛使用的超速离心法可以依据样品大小与密度进行纯化,但难以处理大批量样本;免疫亲和捕获获取的外泌体纯度较高,但只能特异性富集表达某几种特异性表面蛋白质的外泌体;微流体法操作简单,处理速度快,但依旧只适合少量样本的提取。最近的研究表明,切向流过滤和分子排阻层析法(单独或联合)可以在大规模外泌体纯化中发挥作用。

分子排阻层析利用外泌体和样品中其它成分在分子大小上的差异进行分离,这一方法可以保持样品的完整性和生物活性,而且可以很好地进行放大,有能力对大量样品进行处理。有很多研究都使用这一技术成功对外泌体进行了分离纯化,然而,这一方法也有其劣势,流速较慢、上样量受到体积限制、样品纯度有待进一步提高等。
基于这一现状,多模式层析填料Cytiva Capto core 700成为外泌体领域备受喜爱的新宠。Capto core 700由配基活化核心和5 μm惰性外壳组成,惰性外壳不允许超过700kDa的大分子进入核内,而外泌体样品中的小分子,比如宿主细胞蛋白、DNA片段等,进入核内后,与兼具阴离子交换和疏水作用的辛胺基团结合,从而达到分离目的。这一多模式填料通过流穿模式分离外泌体样品,上样量更高,而且新一代的Capto基架满足高流速的要求,高效捕获污染物的同时节省操作时间。

Ryan等人在进行大规模外泌体纯化的研究时,利用切向流过滤结合PEG沉淀技术以及Capto core 700层析完成了细胞培养上清和血浆不同样品中外泌体的分离。在完成前处理后,利用ÄKTA Flux S系统,使用750kDa中空纤维滤柱(UFP-750-E-4X2MA,Cytiva)对样品进行约10倍的超滤浓缩,去除小分子杂质的同时进行换液。随后的RNaseA处理、PEG沉淀和一步Capto core 700层析提高了外泌体纯度以及同质性。他们的实验数据表明,这一方法与单纯的超速离心和PEG沉淀相比,得到了更高浓度的外泌体产品,且大小分布更均匀,具有相应生物活性。
Cytiva(思拓凡)——ÄKTA flux 切向流过滤系统ÄKTA flux™过滤系统是一种多功能的切向流过滤(TFF)系统,用于样品浓缩和隔层过滤(缓冲液交换),以及细抱采集和澄清。该系统允许使用盒式过滤器空心纤维滤芯和膜吸附器进行轻松过滤。ÄKTA flux™系统有两个版本:用于研究、过滤筛分和小规模生产的ÄKTA flux™s系统,以及用于工艺开发和小规模生产的ÄKTA flux™6系统。半自动化功能可实现端点控制、恒定保留容积(CRV)和数据记录。这些功能可以腾出时间用于实验室的其他任务。通过易于使用的触摸屏,可以方便地监控和处理工艺信息和控制。该系统可以处理较低的工作量,以支持广泛的浓度因子。ÄKTA flux™过滤系统非常适合用于蛋白质纯化和澄清,作为AKTA的补充层析系统。
Cytiva——ÄKTA flux 切向流过滤系统优势低工作体积支持广泛的浓度因子。
自动终点控制和数据记录可释放实验室中其他任务的时间。
灵活的操作方式支持同时使用中空纤维滤芯和卡盒。
多功能设计支持超滤和微滤应用。
易于使用的操作界面简化了系统操作。AKTA fux6系统适用于GMP监管环境,支持符合21CFR第11部分的要求。

综合上述分析与实验验证,AKTA系统凭借其完善的技术配置与灵活的应用能力,无疑为TFF与多模态层析联合实现大规模外泌体纯化提供了可靠支撑。ÄKTA flux系列切向流过滤系统通过高效的超滤浓缩、换液与杂质初步去除,为后续纯化奠定了优质样品基础,其低工作体积、自动化控制等优势适配大规模处理需求;而Cytiva Capto Core系列多模态层析填料作为核心分离单元,与AKTA系统无缝兼容,以流穿模式实现外泌体与小分子杂质的高效分离,解决了传统方法流速慢、上样量有限的瓶颈。Ryan等人的研究已明确证实,依托ÄKTA Flux S系统的TFF工艺与Capto Core 700层析的联合应用,能够高效获得高浓度、高同质性且保留生物活性的外泌体产品,显著优于传统纯化手段。在治疗性外泌体对纯度与规模化生产的双重要求下,AKTA系统所支撑的TFF+多模态层析技术,不仅突破了现有工艺的局限,更为外泌体的临床转化与产业化发展提供了坚实的技术保障,成为大规模外泌体纯化领域极具应用价值的优选方案。