ES2370052T3

ES2370052T3 - Dispositivo para separaciones cromatográficas.

Info

Publication number: ES2370052T3
Application number: ES06799508T
Authority: ES
Inventors: Marc Antonius Theodorus Bisschops; Jozef Anton Mari Pennings; Jacob Arthur Tijsterman
Original assignee: Xendo Holding BV
Current assignee: Xendo Holding BV
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2006-10-13
Publication date: 2011-12-12
Anticipated expiration: 2026-10-13
Also published as: JP4837740B2; EP1775001A1; US8828234B2; DK1948339T3; EP1948339A1; PL1948339T3; WO2007043874A1; CN101340960A; CN101340960B; JP2009511900A; AU2006300050B2; AU2006300050A1; US7846335B2; ATE511901T1; EP1948339B1; US20110108485A1; US20090218286A1

Abstract

Dispositivo para separaciones cromatográficas que comprende: - una tubería (1) que comprende una pluralidad de conectores (4) para conectar a una o más columnas de separación cromatográfica y/o tubos de alimentación o extracción; - al menos un canal (2) central entre al menos dos conectores que forman una entrada y una salida, respectivamente, comprendiendo el canal una válvula de canal cerrable; y - una pluralidad de canales (3) de ramificación que se ramifican desde el canal central hasta un conector de ramificación, comprendiendo los canales de ramificación una válvula (8) de ramificación cerrable, - en el que al menos un canal de ramificación está situado entre la entrada y la válvula (6) del canal central y en el que al menos un canal de ramificación está situado entre la salida y la válvula del canal central.

Description

Dispositivo para separaciones cromatográficas

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un dispositivo para separaciones cromatográficas. En particular, la invención se refiere a un sistema cromatográfico modular para una sola columnas simples o múltiples que es adecuado para la purificación de productos biofarmacéuticos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La cromatografía es una de las herramientas de trabajo más importantes en la purificación de productos biotecnológicos. Esta puede basarse en la cromatografía de intercambio iónico, la cromatografía de afinidad, la cromatografía de exclusión por tamaño (o de filtración en gel), la cromatografía de interacción hidrófoba o la cromatografía en fase inversa, entre otras.

Tradicionalmente, las purificaciones cromatográficas se llevan a cabo de modo discontinuo. Esto implica una sola columna que subsiguientemente se carga, se lava, se eluye, etc. Para tratar grandes volúmenes o purificar grandes cantidades de producto, bien son necesarias columnas muy grandes o bien se requieren inyecciones repetidas. Esto da un modo de operación relativamente ineficaz con una productividad específica baja. Tales procedimientos cromatográficos requieren grandes cantidades de adsorbente y grandes cantidades de tampones.

Se sabe que los procedimientos continuos tienen una productividad específica superior y – si se llevan a cabo en un modo en contracorriente – consumen cantidades de tampón muy inferiores. Los procedimientos cromatográficos continuos en contracorriente se basan generalmente en múltiples columnas. Esto incluye el tradicional sistema de tiovivo, sistemas tipo carrusel y sistemas de SMB de tipo estático.

Tales sistemas de SMB (lecho móvil simulado) usan generalmente una serie de columnas con compuertas de entrada y salida periódicamente móviles. Estas técnicas se han usado satisfactoriamente en la producción de productos petroquímicos y azúcares. Sin embargo, la producción de productos biofarmacéuticos todavía se basa en procedimientos discontinuos. Con todo, los procedimientos discontinuos también pueden implicar etapas que se llevan a cabo esencialmente de un modo continuo. Por ejemplo, la centrifugación se realiza a menudo como un procedimiento continuo. En algunos procedimientos, incluso se están usando sistemas de perfusión continuos para el proceso de cultivo celular o fermentación.

A fin de evitar la limpieza del equipo, los procedimientos de producción de productos biofarmacéuticos usan hoy día componentes humedecidos que son para un solo uso o que están especializados para una etapa de procesamiento de un solo producto. Esto reduce drásticamente el requerimiento de limpieza. En el caso de componentes humedecidos de un solo uso, la limpieza puede incluso evitarse completamente. El uso de bolsas de un solo uso para almacenar tampones y productos intermedios en lugar de recipientes es un ejemplo muy satisfactorio de componentes de un solo uso en las industrias biofarmacéuticas. Al procesar lotes relativamente pequeños, también es común usar biorreactores desechables, cartuchos de membrana y tubos desechables.

Los sistemas cromatográficos de múltiples columnas existentes implican complejas disposiciones de válvulas a fin de asegurar una distribución apropiada de todos los flujos a todas las columnas. Para la biotecnología, esto no es deseable debido a los problemas de limpieza implícitos. La limpieza de un sistema en procedimientos de producción de productos biofarmacéuticos debe diseñarse de modo que asegure la retirada de todos los compuestos contaminantes de todas las superficies potencialmente humedecidas. A este respecto, un equipo con geometrías internas complejas es muy difícil de limpiar.

Chin y Wang, en "Simulated Moving Bed Equipment Designs", Separation And Purification Reviews, Vol 33. Nº 2, pp 77-155, 2004, daban algunos requisitos para un sistema de SMB verdaderamente versátil, que incluyen la posibilidad de realizar derivaciones zonales y permitir configuraciones en las que el número de zonas varía de tres a nueve o más, permitiendo cambios fáciles en la configuración.

El documento US3201922 divulga una tubería con una pluralidad de canales de ramificación que pueden cambiarse de una posición a otra.

Los documentos US4882504, DE0003617 y EP0818226 divulgan todos sistemas cromatográficos de gases que tienen una pieza de ramificación. Las piezas de ramificación están dispuestas para una disposición de flujo específica.

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En un aspecto de la invención, es deseable proporcionar un dispositivo valvular que sea flexible en el número de conexiones que puede realizarse y el número de columnas que puede añadirse. En otro aspecto de la invención, es deseable proporcionar un dispositivo valvular que limite la contaminación al usar una estructura específica. En caso de que solo una columna esté conectada al sistema, el sistema también sería adecuado para procedimientos cromatográficos de una sola columna tradicionales.

DEFINICIONES

En este documento, los siguientes términos tendrán los siguientes significados:

Cromatografía Continua de Múltiples Columnas: La Cromatografía Continua de Múltiples Columnas es un método en el que múltiples columnas cromatográficas están interconectadas para permitir un funcionamiento continuo con respecto a la solución de alimentación. Esto incluye, entre otras cosas, cromatografía de Lecho Móvil Simulado y enfoques de Tiovivo.

Adsorbente: El Adsorbente es la fase estacionaria en el procedimiento cromatográfico. Comúnmente, esta comprende partículas, pero también puede ser un relleno estructurado (p. ej., una membrana funcionalizada o una estructura monolítica). El Adsorbente comprende normalmente una matriz (sílice, material polimérico, polisacáridos, etc.) y puede estar funcionalizado (p. ej., en el caso de cromatografía de intercambio iónico o afinidad).

Columna: Una columna es un módulo individual que contiene Adsorbente. En el caso de un Adsorbente en partículas, el Adsorbente puede estar en un lecho relleno o puede fluidizarse durante la operación.

Zona: Una o más columnas conectadas en paralelo y/o en serie, donde cada columna esencialmente está sometida al mismo caudal y donde no están presentes entradas y salidas intermedias hacia y desde la zona.

Purificación: El procedimiento en el que bien el producto de interés se aísla de su ambiente, por ejemplo al unirlo a un Adsorbente, o bien en el que los contaminantes se retiran del ambiente del producto de interés.

Productos Biofarmacéuticos: Productos farmacéuticos que se producen a través de procedimientos biotecnológicos. Esto incluye todas las proteínas recombinantes, anticuerpos (monoclonales), vacunas, productos derivados de sangre/plasma, proteínas derivadas de cultivos no recombinantes y células y tejidos cultivados.

Cromatografía de fraccionación: La separación se basa en una diferencia en la velocidad de propagación a través del lecho. Comúnmente, esto está provocado por diferencias en la afinidad por el Adsorbente. En el caso de, por ejemplo, medios de exclusión por tamaño, la diferencia en la velocidad de propagación está provocada por el hecho de que las partículas menores pueden penetrar en el medio más fácilmente que moléculas mayores y así son retenidas. Ejemplos de este tipo de cromatografía son exclusión por tamaño, exclusión iónica, cromatografía en fase inversa y cromatografía de interacción hidrófoba.

Cromatografía de elución: La cromatografía de elución es el modo de operación en el que el Adsorbente, subsiguientemente, se carga y se eluye. Normalmente, el tipo de operación implica una o múltiples etapas de lavado en el ciclo de procesamiento y en algunos casos incluso puede haber una etapa de regeneración, limpieza y/o equilibración. La separación se basa en la adsorción selectiva de uno o más componentes de la solución, mientras que otros componentes esencialmente no se retienen y se mueven a través de la columna. Este modo de cromatografía incluye -por ejemplo – cromatografía de intercambio iónico y de afinidad. Los medios de cromatografía de afinidad más comunes en la purificación de productos biofarmacéuticos se basan en proteína A. No obstante, una amplia variedad de otros ligandos de afinidad está disponible comercialmente o se está desarrollando actualmente, tales como cromatografía de afinidad de metales inmovilizados (IMAC), heparina, lectina, colorantes de triazina, etcétera.

Cromatografía de desplazamiento: Un componente que se une más fuertemente desplaza del Adsorbente a un componente que se une más débilmente. Esto puede ocurrir, por ejemplo, en procedimientos cromatográficos basados en interacciones hidrófobas o intercambio iónico. En el contexto de la presente invención, esta se considerará un subgrupo de la Cromatografía de elución.

Un solo uso: Módulos, partes, instrumentos o componentes son de un solo uso en el caso de que se elimienen después de que se haya terminado o acabado un lote de producción. Los componentes de un solo uso se denominan a menudo componentes desechables. Un ejemplo muy conocido de componente de un solo uso son bolsas de plástico para almacenar tampones, soluciones o productos intermedios en lugar de recipiente rígidos, tales como las suministradas por Stedim S.A. (Aubagne, Francia). Otros ejemplos son cartuchos de membrana, tales como los suministrados por Pall (East Hills, NY) o Millipore (Bedford, MA).

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Uso especializado: Módulos, partes, instrumentos o componentes son para uso especializado en caso de que su aplicación esté limitada a la purificación de un solo producto. Esto puede implicar múltiples lotes y/o múltiples campañas de producción.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

En un aspecto de la invención, se proporciona un dispositivo para separaciones cromatográficas que comprende una tubería que comprende una pluralidad de conectores para conectar a una o más columnas de separación cromatográfica y/o tubos de alimentación o extracción. Se proporciona al menos un canal central entre al menos dos conectores que forman una entrada y una salida, respectivamente. El canal central comprende una válvula de canal cerrable. Además, se proporciona una pluralidad de canales de ramificación que se ramifican desde el canal central hasta un conector de ramificación, comprendiendo el canal de ramificación una válvula de ramificación cerrable. Al menos un canal de ramificación está situado entre la entrada y la válvula del canal central y al menos un canal de ramificación está situado entre la salida y la válvula del canal central.

DESCRIPCIÓN

Los procedimientos cromatográficos tradicionales se llevan a cabo generalmente usando una o a veces dos columnas que contienen el Adsorbente. Para sistemas de una sola columna, el procedimiento implica una sola bomba para dirigir los diferentes fluidos del procedimiento hacia la columna. Generalmente, los sistemas cromatográficos comprenden una o más válvulas de entrada en la entrada de la bomba y válvulas de salida en la salida de la columna. Estas válvulas permiten la selección de las soluciones entrantes apropiadas y recoger residuo y producto a la salida de la columna separadamente.

Los productos biofarmacéuticos se purifican generalmente a través de procedimientos de cromatografía en columna discontinuos. Tales sistemas implican normalmente válvulas de diafragma. La aplicación de válvulas de diafragma confía en el hecho de que estas pueden limpiarse fácilmente. Comercialmente, tales válvulas son suministradas por ejemplo – por Robolux AB (Lidingö, Suecia), Alfa-Laval (Lund, Suecia) o GEMÜ Gebr. Muller Apparatebau GmbH & Co. KG (Ingelfingen-Criesbach, Alemania).

Un método más eficaz para efectuar separaciones cromatográficas es por medio del llamado procedimiento de Tiovivo. Tales sistemas esencialmente comprenden generalmente tres columnas que pueden estar interconectadas. Este esquema permite el tratamiento continuo de la solución de alimentación en dos columnas que están conectadas en serie, mientras que la tercera columna se somete a lavado, elución y condiciones de regeneración o equilibración subsiguientes.

La cromatografía en Lecho Móvil Simulado (SMB) es un modo de operación que confía en múltiples columnas que están interconectados. Estas columnas típicamente están distribuidas a lo largo de múltiples zonas, cada una de las cuales tiene sus propias entradas y salidas. El procedimiento de SMB más común comprende cuatro zonas. Esto permite la fraccionación continua de una solución de alimentación en dos soluciones de producto, una de las cuales contiene predominantemente un componente o componentes que se unen más fuertemente y la otra que contiene predominantemente un componente o componentes que se unen más débilmente. Uno de los procedimientos de SMB a gran escala más conocidos es el llamado procedimiento de Parex, que separa el para-xileno de una mezcla de xilenos. Este procedimiento se basa en la tecnología de SMB Sorbex desarrollada y comercializada por UOP LLC (Des Plaines, IL). Otros ejemplos notables son la purificación de fructosa de una mezcla de glucosa y fructosa, la recuperación de sacarosa de melazas, la recuperación de betaína de melazas, la purificación de diversos ácidos carboxílicos y muchas separaciones quirales.

A lo largo del tiempo, se han divulgado bastantes esquemas de procedimiento alternativos que se derivan de la cromatografía de SMB. Esto incluye el enfoque descrito por Japan Organo Co. Ltd. (Tokio, Japón), el procedimiento VariCol de NovaSep, el Sequential SMB de Applexion y el Improved SMB de Nippon Rensui. Todos los sistemas se dirigen esencialmente a fraccionar continuamente una solución de alimentación en dos o más soluciones de producto.

La tecnología de SMB también puede usarse para la cromatografía de elución, que implica unir y eluir componentes bajo diferentes condiciones. La configuración de las columnas será entonces diferente que en el procedimiento de SMB de cuatro zonas tradicional, ya que no todas las zonas necesitan estar interconectadas. Además de esto, la cromatografía de elución puede implicar más de cuatro etapas, particularmente si la elución está seguida por un procedimiento de regeneración para retirar del Adsorbente cualquier material unido irreversiblemente. Por ejemplo, a menudo este es el caso en la recuperación de productos que se derivan de procedimientos de fermentación o procedimientos de cultivo celular.

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Se han desarrollado muchos sistemas diferentes para cromatografía continua o cromatografía de SMB y se están aplicando en la industria muchos diseños diferentes. Brevemente, se analizarán los sistemas más relevantes y sus aplicaciones. Para esta breve visión general, se adoptará la clasificación que es presentada por Chin y Wang.

La primera clase principal de sistemas de SMB confía en una válvula de SMB central giratoria. Esto incluye el sistema Sorbex desarrollado por UOP. El diseño básico de la válvula Sorbex se divulgó en 1961. Desde entonces, se han patentado muchas variaciones y mejoras en este diseño. De acuerdo con Ching y Wang, UOP ha instalado aproximadamente 130 unidades industriales en el mundo.

Otro diseño notable que confía en una válvula de SMB central es la válvula de ISEP y sus variaciones desarrolladas por Advanced Separation Technologies (Lakeland, FL), ahora parte de Calgon Carbon Corporation, que se desarrolló sobre la base de diseños previos. Calgon Carbon Corporation reclama más de 300 instalaciones en el mundo en más de 40 aplicaciones diferentes. Basándose en el mismo concepto, Torus B.V. (Haarlem, NL) desarrolló un dispositivo similar. Millipore Corporation (Bedford, MA) divulgó en el documento US 5.465.748 una válvula similar que se reivindicaba que era esterilizable, que permitiría aplicaciones de SMB en la purificación de las industrias biofarmacéuticas, pero no se presentan experiencias prácticas con este dispositivo.

Una desventaja principal de estos sistemas descansa en el hecho de que el sistema global implica un disco giratorio que soporta las columnas rellenas con Adsorbente. Por esta razón, estos sistemas se denominan a veces sistemas de SMB de tipo carrusel. A pesar de los problemas mecánicos relacionados con el disco, se han instalado sistemas con más de 100 m3 de Adsorbente. Aplicaciones comerciales de estos sistemas incluyen la recuperación de lisina de un caldo de fermentación, la producción de nitrato potásico, la extracción de cenizas de azúcares, la producción de Vitamina C, la purificación de inmunoglobulinas bovinas de suero de leche y la purificación de antibióticos.

Las desventajas de los sistemas de SMB tipo carrusel también han conducido al desarrollo de variaciones de la válvula giratoria central de tal modo que las columnas ya no giren. Calgon Carbon Corporation (Pittsburgh, PA) patentaron una válvula que comprendía tres partes, de las cuales solo la parte central gira, y Puritech b.v. (Dessel, Bélgica) patentaron esencialmente un dispositivo similar. Sin embargo, estas válvulas carecen de la flexibilidad de los sistemas de SMB tipo carrusel.

La segunda clase principal de sistemas de SMB confía en un sistema de válvulas distribuidas. Estos sistemas confían en una pluralidad de válvulas genéricas, generalmente válvulas de dos vías, de tres vías o de múltiples pasos. Las válvulas de dos vías permiten o no el flujo a su través. Tienen una entrada y una salida y por lo tanto también se conocen como válvulas marcha-paro. Las válvulas de múltiples pasos están disponibles en muchas configuraciones. La más común es la llamada configuración de extremo cerrado seleccionado (SD) con una salida y múltiples entradas. La válvula SD conecta solo la entrada seleccionada a la salida, mientras se cierran todas las otras entradas. La válvula SD más común es una válvula giratoria, tal como la suministrada por Valco Instruments Co. (Houston, Texas).

El primer diseño de SMB basado en un sistemas de válvulas distribuidas fue desarrollado por UOP como un instrumento a escala de laboratorio o piloto para apoyar la tecnología Sorbex. Este enfoque se ha adoptado para implementar una variedad de configuraciones o esquemas, incluyendo el procedimiento Japan Organo para separaciones de múltiples componentes o el concepto de Varicol comercializado por NovaSep. Este concepto también era la base para los sistemas comercializados por NovaSep S.A.S. para separaciones quirales. Chin y Wang daban un gran número de referencias para estos.

La aplicación de válvulas de dos vías requiere múltiples válvulas por columna a fin de efectuar una cromatografía de fraccionación tradicional con cuatro zonas. Para procedimientos de SMB tradicionales, esto puede ser cuatro o seis, dependiendo de la configuración elegida. Para operaciones más complejas, el número de válvulas de dos vías puede ser incluso superior. El número de válvulas puede reducirse aplicando válvulas de tres vías. Esto se divulga, por ejemplo, en sistemas descritos por Golem, Green y Moran.

Procedimientos de Cromatografía Continua de Múltiples Columnas para proteínas biofarmacéuticas y productos relacionados se han investigado solo a escala de laboratorio. Esto incluye principalmente trabajar en Cromatografía de Exclusión por Tamaño. La cromatografía de afinidad con proteína A se ha mostrado en un sistema de tiovivo, un SMB tipo carrusel y en un SMB de tipo estático. La purificación de albúmina de suero humano transgénica por medio de cromatografía de afinidad se ha descrito para la producción a gran escala. Ninguno de estos procedimientos se ha implementado en un equipo que sea adecuado para la producción de productos biofarmacéuticos. La purificación de inmunoglobulinas bovinas de suero de leche se ha divulgado en un sistema de SMB tipo carrusel.

Aspectos de la invención se parafrasean en las siguientes modalidades: Un sistema cromatográfico modular que comprende bombas, columnas y tuberías valvulares, dispuestas de tal modo que permita la purificación de un producto biofarmacéutico de una mezcla de alimentación. La tubería valvular organiza las válvulas necesarias para el procedimiento cromatográfico. Las partes humedecidas de la tubería valvular están diseñadas para un solo uso o

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para un uso especializado; Un sistema cromatográfico modular que comprende una sola bomba, una sola columna y una sola tubería, dispuestas de un modo tal que permita la purificación cromatográfica en una sola columna de un producto biofarmacéutico de una mezcla de alimentación. La válvula central permanecerá cerrada durante la operación, mientras que las otras válvulas se hacen funcionar de tal modo que todos los fluidos relevantes se apliquen a la columna en el orden apropiado. Durante el enjuague y/o la limpieza, la válvula central puede abrirse; Un sistema como el descrito previamente con dos tuberías separadas, una que sirve de entrada y una que sirve de salidas del sistema; Un procedimiento de purificación esencialmente continuo con un sistema como el descrito previamente, en el que múltiples columnas esencialmente idénticas portan un Adsorbente adecuado. Tal procedimiento implica efectuar simultáneamente al menos dos de las siguientes etapas: cargar, lavar, eluir, regenerar y equilibrar una o más de las columnas; Un procedimiento de purificación esencialmente continuo con un sistema como el descrito previamente, en el que múltiples columnas esencialmente idénticas portan un Adsorbente adecuado. Tal procedimiento puede implicar la fraccionación continua de la solución de alimentación en al menos dos corrientes de salida, al menos una de las cuales contiene producto esencialmente purificado; Un procedimiento de purificación que comprende múltiples separaciones cromatográficas, más de una de las cuales se lleva a cabo en un sistema como el descrito previamente. El sistema comprende diferentes columnas, al menos una para cada etapa cromatográfica individual implicada, cada una cargada con un Adsorbente adecuado para esa etapa particular; Una tubería valvular con múltiples entradas y salidas para un solo uso o uso especializado, que comprende: a. Una entrada que puede estar conectada al escape de una columna cromatográfica; b. Una salida que puede estar conectada a la entrada de una columna cromatográfica siguiente o a la entrada de la misma columna cromatográfica; c. Al menos dos, preferiblemente más, entradas a través de las cuales pueden transferirse soluciones a la columna mencionada bajo (b); d. Al menos dos, preferiblemente más, salidas que pueden estar conectadas a depósitos para recoger los efluentes de la columna mencionada bajo (a); e. Válvulas de diafragma que conectan las entradas del sistema mencionadas bajo (c) a la entrada de la columna mencionada bajo (b), y las salidas mencionadas bajo (d) a la salida de la columna mencionada bajo (a); f. Accionadores que pueden abrir o cerrar las válvulas de diafragma mencionadas bajo (e); de tal modo que todas las partes excepto los accionadores mencionados bajo (f) sean de un solo uso o para uso especializado; Una tubería valvular como la descrita previamente en la que el diafragma y los conductos se organizan en una sola pieza; Una tubería valvular como la descrita previamente en la que el diafragma y los conductos se organizan en dos piezas separadas, una que soporta los conductos y una segunda parte que es o que soporta el diafragma; Una tubería valvular como la descrita previamente en la que las entradas y salidas mencionadas pasan a través de la tubería de tal modo que las tuberías puedan apilarse en serie, con solo una entrada o salida común para cada entrada o salida individual del sistema; Una tubería valvular como la descrita previamente en la que el diafragma y los conductos están montados en una sola pieza; Una tubería valvular como la descrita previamente en la que el diafragma y los conductos están organizados en dos piezas separadas, una que soporta los conductos y una segunda parte que es o que soporta el diafragma.

De acuerdo con la invención, el sistema comprende una o más columnas, al menos una de las cuales está conectada a una tubería valvular en las entradas y salidas. Por otra parte, el sistema puede comprender múltiples entradas y salidas. Las entradas del sistema pueden estar conectadas a una bomba capaz de transferir cualquiera de los fluidos implicados al procedimiento cromatográfico. Alternativamente, una salida del sistema puede estar conectada a la entrada de una etapa subsiguiente en el procedimiento de purificación, tal como una unidad de membrana u otra etapa cromatográfica. Por comodidad, monitores adicionales pueden estar conectados a las entradas y salidas del sistema para verificar condiciones de procesamiento relevantes, incluyendo (pero no limitadas a) presión, conductividad, pH o absorbancia UV.

Aunque el dispositivo valvular puede construirse en una variedad de modos, en un aspecto, el dispositivo valvular de acuerdo con la invención comprende preferiblemente dos o tres partes de construcción separadas según se muestra en la Figura 2 y se detalla adicionalmente en las Figuras 3-6.

En tal realización, una tubería 1 comprende un canal 2 central conectable a una salida de una columna (véase, por ejemplo, la disposición representada en la Figura 8) y una entrada de una columna. Canales 3 de ramificación son conectables a entradas y salidas del sistema tales como flujos de alimentación y flujos de extracción. Además, dependiendo de la configuración del sistema, los canales 3 de ramificación pueden acoplarse a entradas y salidas de la columna. En general, el canal 2 central proporciona una conexión de flujo eficaz entre columnas subsiguientes que han de acoplarse en serie y/o paralelo por conectores 4, para minimizar impedancias de flujo, en particular del flujo principal entre columnas, en la tubería 1. Preferiblemente, las entradas y salidas del sistema (no mostradas) están conectadas a un canal 3 de ramificación que se conecta con el canal 2 central. En la realización mostrada, la tubería 1 puede acoplarse a una columna cromatográfica. En tal disposición, típicamente, el flujo en una columna es de arriba a abajo en la dirección de la gravedad. Generalmente, esto implicaría que la dirección de flujo en la tubería 1 valvular fuera de abajo a arriba, esto es, de acuerdo con la flecha P en la Figura 1. En tal disposición, los conectores 4 de ramificación están formando salidas 5 de extracción del sistema, separadas por una válvula 6 central en el canal 2 central de los conectores 4 de ramificación que forman entradas 7 de alimentación. Además, los canales 3 de ramificación están separados del canal 2 central por válvulas 8 del canal de ramificación. Típicamente, los conectores pueden ser de cualquier tipo, y preferiblemente son de un tipo sanitario tales como un conector conocido en la técnica como un conector de trébol. Aunque el dibujo esquemático representa los conectores como

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elementos sobresalientes, alternativamente, los conectores pueden ser de tipo macho-hembra. Solo como otra alternativa, los conectores pueden ser de un tipo obturador, tal como se elaborará adicionalmente en la Figura 8.

Un tipo de válvula preferente, tanto para la válvula central como para válvulas de canales de ramificación, es una válvula de diafragma que se muestra como una realización ejemplar en la Figura 6. Este tipo de válvula tiene una geometría simple y superficies húmedas óptimamente diseñadas, lo que la hace preferible para el uso en procedimientos cromatográficos para productos biofarmacéuticos, que tienen un requerimiento muy alto de partes sanitarias. A este respecto, el término "óptimamente diseñado" se refiere a una condición de que haya un mínimo de espacio muerto y geometría compleja, lo que es problemático en vista de los requerimientos sanitarios. Sin embargo, la invención no se limita a tales válvulas sino que puede incorporar otras válvulas con características sanitarias similares.

Como un ejemplo, una instalación típica para la tubería 1 valvular y partes de la misma se muestra en la Figura 2 a la Figura 6. Puede estar claro que pueden pensarse muchas configuraciones y diseños alternativos, que cumplen los mismos requisitos. Los dibujos incluidos en este documento solo sirven como una ilustración. La invención no se limita al diseño mostrado aquí.

En un aspecto de la invención, que se muestra en la Figura 2, la tubería 1 está formada por una parte 9 diseñada en forma de canal y una parte 10 de membrana para cerrar la parte 9 diseñada en forma de canal y para formar las válvulas 8 de membrana, y que comprende montajes para montar un número correspondiente de accionadores 11.

Según se muestra en las Figura 3 -Figura 5 subsiguientes, la parte 9 diseñada en forma de canal comprende una parte 12 central (ilustrada en la Figura 4) acoplada entre una parte 13 de base (Figura 5) y una parte 14 de cubierta (Figura 3); un lado de la parte 12 central que corresponde a una estructura 15 de canales de ramificación; y un lado opuesto de la parte 12 central que corresponde a una estructura 16 de canales centrales, comprendiendo la parte 12 central orificios 17 pasantes para corresponder con orificios 17 pasantes proporcionados en una parte 14 de cubierta; estando acoplada la parte 14 de cubierta a la parte 10 de membrana para cerrar un orificio 17 pasante a fin de formar una válvula de membrana entre la estructura 16 de canales centrales y la estructura 15 de canales de ramificación. En las figuras, por razones de claridad, solo se identifica un número limitado de artículos y no se hace referencia individualmente a artículos correspondientes.

Específicamente, las Figuras 3 y 4 muestran, de izquierda a derecha, una vista desde arriba (A), una vista desde abajo (B), una vista lateral (C) y vistas en sección transversal D y E a través de las secciones I-I y II-II, respectivamente, indicadas en las vistas A y B desde arriba y abajo. La Figura 5 muestra, de izquierda a derecha, una vista desde arriba (A), una vista desde abajo (B) y una vista lateral (C).

Puede observarse en la Figura 3 y la Figura 4 que la estructura 16 de canales centrales está formada por los canales 18 y 19 que están conectados, a través de los orificios 17 pasantes, y la válvula 6 del canal central.

Además, la parte 14 de cubierta también puede contener el diafragma 10 de estas válvulas. Alternativamente, el diafragma 10 puede proporcionarse mediante una parte de construcción separada. El diafragma 10 comprende una membrana 20 flexible (véase la Figura 6) que puede cerrar o abrir las conexiones entre las entradas o salidas del sistema y las entradas o salidas de la columna en esta parte de la tubería 1.

En dicho ejemplo, la parte 14 de cubierta puede estar dispuesta para soportar accionadores 11 que pueden presionar o liberar las membranas contra dicha parte 9 diseñada en forma de canal, abriendo o cerrando de ese modo una válvula 8 de membrana. Estos accionadores 11 pueden ser de cualquier tipo. Los accionadores comúnmente usados funcionan con fuerza electromagnética o presión neumática.

La Figura 6 muestra con más detalle la construcción de una membrana 6 y/u 8 de válvula de acuerdo con la invención. En la Figura 6 A, la válvula se muestra en una posición abierta, en la Figura 6 B, la válvula se muestra en una posición cerrada. Aquí, se muestra que la parte 14 de cubierta tiene orificios pasantes que están en comunicación hidráulica con los canales de ramificación (no mostrados) y el canal central (no mostrado). Los orificios 17 pasantes están formados en una bolsa 21 que está cubierta por una membrana 20 flexible. Al presionar la membrana 20 en la bolsa 21, el flujo a través del orificio pasante se detiene y la válvula 8 se cierra.

En caso de que dicha primera parte no incluya ya un diafragma que pueda cerrar o abrir las conexiones entre las entradas o salidas del sistema y las entradas o salidas de las columnas en esta parte de la tubería 1, la tubería 1 puede comprender una tercera parte que comprende o que soporta el diafragma 20.

Una vez ensambladas entre sí, las dos o tres partes (parte 13 de base, parte 12 central, parte 14 de cubierta) se combinan con una tubería 1 con múltiples válvulas 8 de diafragma. Las válvulas 8 de diafragma pueden tener cada una su propio accionador 11 y cada una puede controlarse individualmente.

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Las únicas partes humedecidas en las tuberías valvulares son la parte 9 diseñada en forma de canal y – si es aplicable – la parte 10 de membrana, que es la membrana 20 de las válvulas 8 de diafragma. Estas partes de la tubería valvular están diseñadas preferiblemente para un solo uso o uso especializado.

En un aspecto de la invención, las entradas del sistema y las salidas del sistema de cada tubería 1’ pasan realmente a través de la tubería como se representa esquemáticamente en la Figura 7. Esto es, preferiblemente, al menos un canal 3 de ramificación comprende otra ramificación 22 para formar un canal 3’ de ramificación entre al menos dos conectores 23 de ramificación, el canal 3’ de ramificación en comunicación hidráulica y cerrable desde el canal 2 central. Esto permite conectar tuberías entre sí sin un distribuidor separado. Cada una de las entradas y salidas del sistema está conectada a un extremo de una serie de tuberías, mientras que el otro extremo de la serie puede cerrarse mediante una válvula o puede cerrarse permanentemente. Esta conexión entre dos tuberías subsiguientes puede realizarse mediante acoplamientos sanitarios entre las diferentes entradas y salidas, por ejemplo a través de conexiones de trébol. En ese caso, cada entrada y salida del sistema requiere una pinza entre dos tuberías adyacentes.

Alternativamente, una bolsa para el obturador puede moldearse en las superficies laterales de la tubería de tal modo que estos obturadores aseguren conexiones herméticas a las fugas entre las tuberías adyacentes. En este caso, las tuberías deben presionarse estrechamente entre sí por medios tales como una presión 24 o similar, según se representa esquemáticamente en la Figura 8. Otra alternativa más es que los obturadores de todas las conexiones se combinen en una capa que debe situarse entre dos tuberías adyacentes. En tal caso, las tuberías pueden equiparse con un accesorio para asegurar la colocación apropiada del obturador. En este caso, la selladura se asegura de nuevo al presionar las tuberías estrechamente entre sí. Por ejemplo, esto puede hacerse al encerrar las tuberías entre un miembro 25 frontal que conecta todas las entradas y salidas del sistema hacia las bombas 26, los vasos, recipientes, etc., y un miembro 27 posterior que puede contener válvulas (manuales) o que incluso puede cerrar todas las entradas y salidas desde la última tubería. Dichos miembros 25, 27 frontal y posterior se presionan firmemente entre sí, presionando de ese modo todas las tuberías entre sí y asegurando una selladura apropiada de todas las conexiones entre estas tuberías. La Figura 8 muestra una realización ejemplar de un múltiplo de tuberías 1 presionadas entre sí para formar una sola unidad 28 valvular que comprende piezas 1 modulares. La unidad 28 valvular está acoplada entre entradas 29 y salidas 30 del sistema y columnas 31 acopladas para formar un sistema 32 de separación cromatográfica.

En un aspecto de la invención, el sistema consiste en tres columnas con tuberías valvulares entre ellas. Cada una de estas tuberías tiene tres entradas como mínimo y dos salidas como mínimo. Esta combinación permite un procedimiento continuo como el efectuado normalmente en un sistema de tiovivo. Esto implica la alimentación continua de al menos una columna, generalmente dos columna en serie. La tercera columna se lava, se eluye y/o se regenera mientras la columna primera y segunda se están cargando. Después de un cierto tiempo, una vez que la columna está saturada, las válvulas en las tuberías se cambian de tal modo que la solución de alimentación se aplique a la segunda columna, mientras que dicha primera columna se somete a todas las otras etapas del procedimiento. La tercera columna está conectada a la salida de la segunda columna.

En un aspecto de la invención, el sistema comprende de cuatro a ocho columnas con tuberías valvulares entre ellas. Cada una de estas tuberías valvulares comprende a menos tres entradas y al menos tres salidas. Esta combinación permite procedimientos de fraccionación continuos, similares a los procedimientos de SMB tradicionales. Puesto que las válvulas se controlan individualmente, la longitud de las diferentes zonas en el procedimiento de SMB no tiene necesariamente que ser constante durante la operación y no todos los caudales son necesariamente constantes a lo largo de todo el ciclo de procesamiento. El sistema de acuerdo con este aspecto de la invención también permite así operaciones más avanzadas que la cromatografía de SMB tradicional, tales como el Improved SMB, Sequential SMB, Varicol o el modo de operación Japan Organo.

En un aspecto de la invención, el sistema comprende ocho o más columnas con tuberías valvulares entre ellas. Cada tubería tiene un mínimo de cinco, preferiblemente ocho, entradas y un mínimo de dos, preferiblemente cuatro, salidas. Esta combinación permite la purificación continua en contracorriente de proteínas complejas, tales como anticuerpos monoclonales, usando cromatografía de intercambio iónico o afinidad. Cada uno de los diferentes fluidos implicados está conectado a una entrada del sistema. Las válvulas en las tuberías se controlan de tal modo que las columnas se sometan subsiguientemente a las etapas de carga, lavado, elución y todas las otras implicadas en el ciclo de procesamiento. Puesto que las múltiples columnas pueden estar conectadas en serie, una o más de estas etapas pueden llevarse a cabo esencialmente en modo de contracorriente. Esto permite un procedimiento más eficaz y puede conducir a ahorros significativos en productos químicos, disolventes y agua.

En un aspecto de la invención, el sistema comprende una sola columna y una sola tubería valvular. Una bomba está conectada a la entrada de la columna de la tubería valvular y transfiere los fluidos desde la tubería valvular hasta la entrada de la columna. La salida de la columna está conectada a la salida de la columna de la tubería valvular. Las entradas del sistema y las salidas del sistema están conectadas respectivamente a depósitos de recogida de producto o residuo. Este sistema permite efectuar purificaciones cromatográficas en una sola columna tradicionales con una tubería valvular desechable. Las válvulas se controlan de modo que todas las soluciones de procesamiento

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se bombeen a la columna en el orden apropiado. La válvula que conecta la entrada de la columna y la salida de la columna en la tubería valvular permanece cerrada en todo momento.

En un aspecto de la invención, el sistema comprende múltiples columnas, portando cada una un Adsorbente diferente. Esto permite efectuar purificaciones cromatográficas multietápicas completamente automatizadas. Esto puede implicar o no un almacenamiento intermedio conectado a las salidas del sistema, que también está conectado a una entrada del sistema.

EJEMPLOS

Con referencia a la Figura 9, se muestra una instalación de una sola columna para realizar separaciones cromatográficas tradicionales. El conjunto consiste en una columna 31, una tubería 1 y una bomba 26. La bomba 26 se usa para transferir fluidos desde la tubería 1 valvular hacia la columna 31. La tubería valvular se usa para seleccionar la solución apropiada de los recipientes de almacenamiento (no dibujados) y para dirigir el efluente de la columna a un recipiente de recogida bien de residuo o bien de producto (no dibujado). Durante la operación normal, la válvula 6 central de la tubería 1 valvular está cerrada. Es obvio que este esquema puede implicar tantas entradas y salidas como se requieran para la separación.

Con referencia a la Figura 10 y la Figura 11, se ilustra un esquema más complejo para una instalación de fraccionación de SMB (configuración 2-2-2-2). El conjunto comprende ocho columnas 31 conectadas en serie, cuatro bombas 26 y ocho tuberías 1 (no mostradas en la Figura 10). En este esquema, una primera zona 33 está formada por dos columnas 31 acopladas en serie conectadas a un depósito 34 de almacenamiento que contiene un desorbente; y conectadas a una salida para proporcionar una corriente 35 de producto de Extracto. La segunda zona 36 también comprende un par de columnas 31 acopladas en serie conectadas a la primera zona 33. La segunda zona 36 está alimentada por una parte del efluente de la primera zona. Una tercera zona 37 está alimentada por el efluente de la segunda zona 36 y por un flujo procedente de un recipiente 38 de solución de alimentación. La tercera zona 37 está conectada a una salida que proporciona la corriente 39 de producto de Refinado. La cuarta zona 40 está conectada en serie a la tercera zona y proporciona un desorbente 41 limpio que puede reciclarse.

Según se muestra en la Figura 11, las tuberías valvulares están organizadas de tal modo que todos los canales de ramificación para flujos del sistema estén conectados entre sí. Esto puede realizarse mediante un distribuidor (no mostrado) o, preferiblemente, al usar tuberías valvulares que pueden estar interconectadas (según se muestra en la Figura 7). La última opción se muestra en la Figura 8. Las salidas de la última tubería valvular están cerradas (no mostrado).

En un método para proporcionar productos biofarmacéuticos que implica un procedimiento de separación cromatográfica, el sistema puede usarse según se muestra en la Figura 11. En esta Figura 11, en particular, se representan las cuatro primeras etapas de disposiciones de cambio de válvulas, que proporcionan eficazmente un lecho móvil simulado al cambiar alternamente columnas 31 subsiguientes. En particular, en A, la primera columna es alimentada por flujo 34 de Desorbente, mientras que la quinta columna es alimentada por solución 38 de Alimentación. Las corrientes de reciclado, extracto y refinado son proporcionadas por la columna segunda, la sexta y la octava mediante disposiciones de cambio apropiadas en las tuberías 28 valvulares modulares acopladas, de acuerdo con la invención. En etapas subsiguientes, la configuración de cambio está adaptada como puede mostrarse en la subfiguras B-D, en las que para cada columna, una columna subsiguiente se cambia, proporcionando eficazmente una disposición de lecho móvil simulado.

Por otra parte, la Figura 12 muestra dos grupos 42a 42b cambiados en serie, comprendiendo cada grupo dos columnas 31 paralelas. La disposición 28’ de cambio proporciona así un par de columnas 31 acopladas paralelas que usan las tuberías 1 valvulares modulares de acuerdo con la invención. En particular, un circuito 43 externo proporciona eficazmente un acoplamiento paralelo de las columnas 31.

La Figura 13 muestra un número de disposiciones de tuberías valvulares que se considera que están dentro del alcance de la invención y que pueden acoplarse bien en paralelo o bien en serie para proporcionar una tubería que comprende una pluralidad de conectores; al menos un canal central entre al menos dos conectores opuestos que forman una entrada y una salida, respectivamente, comprendiendo el canal una válvula de canal cerrable; y al menos un canal de ramificación que se ramifica desde el canal central hacia un conector de ramificación, comprendiendo el canal de ramificación una válvula de ramificación cerrable. La disposición de válvulas puede acoplarse para proporcionar tuberías valvulares más complejas en las que se proporcionan múltiples alimentaciones y drenajes para alimentar y drenar el canal central.

Aunque la invención de ha descrito con referencia a las realizaciones ejemplares, la invención no se limita a las mismas. Por ejemplo, el dispositivo puede estar formado por una sola pieza constituyente o varias piezas con estructuras de canales específicas, que pueden incluir todo tipo de estructuras de ramificación y valvulería adicionales. La invención no se limita a las válvulas de membrana del tipo divulgado sino que podría incorporar E06799508

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otros tipos de válvulas con características funcionales adecuadas. Se considera que esta y otras modificaciones están dentro del alcance de la invención, según se reivindica en las reivindicaciones anexas.

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Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para separaciones cromatográficas que comprende:

-

una tubería (1) que comprende una pluralidad de conectores (4) para conectar a una o más columnas de separación cromatográfica y/o tubos de alimentación o extracción;

-

al menos un canal (2) central entre al menos dos conectores que forman una entrada y una salida, respectivamente, comprendiendo el canal una válvula de canal cerrable; y

-

una pluralidad de canales (3) de ramificación que se ramifican desde el canal central hasta un conector de ramificación, comprendiendo los canales de ramificación una válvula (8) de ramificación cerrable,

-

en el que al menos un canal de ramificación está situado entre la entrada y la válvula (6) del canal central y en el que al menos un canal de ramificación está situado entre la salida y la válvula del canal central.
2.

Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que al menos un canal de ramificación comprende otra ramificación para formar un canal de ramificación entre al menos dos conectores (4) de ramificación, el canal de ramificación en comunicación hidráulica y cerrable del canal central.
3.

Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, en el que los conectores (4) de ramificación están situados opuestos entre sí.
4.

Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el dispositivo está formado para agrupar dichos conector (4) y válvulas (6, 8) en una tubería compacta de una sola pieza.
5.

Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, en el que dicha tubería de una sola pieza está formada como un artículo desechable.
6.

Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos una de las válvulas

(6) de canal y/o las válvulas (8) de ramificación comprende una válvula (10) de membrana, accionada mediante un accionador (11) separado.
7.

Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el dispositivo está formado como una pieza modular conectable que comprende conectores (4) para conectar a una segunda pieza modular conectable para formar una pluralidad de canales centrales acoplados en paralelo y/o en serie de modo que al menos un canal (3) de ramificación acoplado sea conectable a una pluralidad seleccionable de canales (2) centrales a través de un número seleccionado de válvulas de ramificación en dichas piezas modulares.
8.

Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7, en el que los conectores están formados por obturadores correspondientes provistos en paredes laterales de la pieza modular que han de presionarse entre sí mediante una presión y que proporcionan una comunicación hidráulica entre canales de ramificación y/o canales centrales respectivos.
9.

Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7-8, en el que el dispositivo comprende además un miembro frontal para proporcionar flujos de alimentación y extracción del sistema a la pieza modular; y/o un miembro posterior para proporcionar un miembro de detención para cerrar selectivamente canales en la pieza modular.
10.

Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la tubería está formada por una parte diseñada en forma de canal y una parte de membrana para cerrar la parte diseñada en forma de canal y para formar las válvulas (10) de membrana, y que comprende montajes para montar un número correspondiente de accionadores.
11.

Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la parte diseñada en forma de canal comprende una parte central acoplada entre una parte (13) de base y una parte (14) de cubierta; correspondiendo un lado de la parte (12) central a una estructura de canal de ramificación; y correspondiendo un lado opuesto de la parte (12) central a una estructura de canal central, comprendiendo la parte central orificios (17) pasantes para corresponder con orificios pasantes proporcionados en una parte (14) de cubierta; estando acoplada la parte (14) de cubierta a la parte de membrana para cerrar un orificio pasante a fin de formar una válvula (8) de membrana entre el canal central y el canal de ramificación.
12.

Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10 y 11, en el que los accionadores (11) están formados para corresponder a válvulas (8) de membrana formadas en la parte diseñada en forma de canal.

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13.

Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los conectores están formados por acoplamientos sanitarios.
14.

Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que tres ramificaciones (5) de

extracción están acopladas al canal central entre la entrada y la válvula del canal, y en el que dos ramificaciones (7) 5 de alimentación están acopladas al canal (2) central entre la válvula (6) del canal y la salida.
15. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que de cuatro a seis ramificaciones (5) de extracción están acopladas al canal central entre la entrada y la válvula del canal, y en el que de seis a ocho ramificaciones (7) de alimentación están acopladas al canal (2) central entre la válvula (6) del canal y la salida.

10 16. Un sistema para proporcionar separaciones cromatográficas, que comprende uno o más dispositivos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes; una o más columnas de separación cromatográfica; dichos al menos uno o más dispositivos conectados a una entrada y/o salida de al menos una de dichas columnas; tubos de alimentación y/o tubos de extracción, al menos alguno de los tubos de alimentación y/o extracción conectado a canales de ramificación y una pluralidad de bombas (26) para proporcionar un flujo en cualquiera de dichas

15 columnas y/o tubos.
17. Un método para proporcionar productos biofarmacéuticos que implica un procedimiento de separación cromatográfica, comprendiendo el método:

-

proporcionar una tubería que comprende al menos un canal central entre al menos dos conectores; comprendiendo el canal una válvula de canal cerrable; y una pluralidad de canales de ramificación que se

20 ramifican desde el canal central hasta un conector de ramificación, comprendiendo los canales de ramificación una válvula de ramificación cerrable, en el que al menos un canal de ramificación está situado entre la entrada y la válvula del canal central y en el que al menos un canal de ramificación está situado entre la salida y la válvula del canal central;

-

conectar los conectores del canal central a una entrada y una salida de una o más columnas de separación 25 cromatográfica; y

-

conectar los conectores de ramificación a tubos de alimentación o extracción.

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