你以为活性炭只能脱色？其实它在生物工艺中仍大有可为
活性炭不管是在生活还是工业中，都有着广泛的应用。活性炭可以提供很大的表面积，如2.5 g的活性炭便可提供与足球场相当的表面积，并且有极强的吸附作用，可用于去除多种不同类型的杂质。活性炭吸附作用原理有多方面，有物理吸附、化学吸附、空隙结果排阻、表面能、正负电荷吸引等。
在传统制药过程中，活性炭也已得到广泛的应用，尤其在去除色素方面，在诸如毕赤酵母表达中因产生八聚物导致产品出现绿色，活性炭滤器就可以很有效的对其进行脱色处理。
活性炭在生物制品ADC和抗体开发中的纯化应用
ADC偶联后下游纯化工艺中，如何有效去除游离杂质小分子是研究者关注的重点之一。目前工艺普遍使用切向流过滤 (TFF) 用于去除有机杂质、偶联相关杂质或缓冲液的置换。虽然理论上TFF膜可以有效地去除小于截留分子量的小分子杂质，但在某些情况下清除这些具有细胞毒性的杂质是具有挑战性的。因为某些连接子复合物具有高疏水性，并可能触发自我结合，在缓冲液会形成难溶性胶束，不易透过膜。有研究表明，通过膜筛选或者TFF工艺的优化，很难提高这种小分子杂质清除效率[1]。
在遇到这类比较难去除的游离小分子难题，在TFF工艺前，增加使用活性炭滤器AKS1，可大大降低游离小分子残留。因活性炭滤器去除游离小分子主要靠吸附作用，并非单纯的孔径拦截，所以是对TFF膜包很有效的补充。我们在实际ADC偶联工艺后小试测试中发现，AKS1的滤前滤后小分子能达到200倍的去除，将原来TFF的换液倍数有效降低一倍，提高了工艺效率并降低了小分子残留。
另外，在传统抗体下游纯化过程中，活性炭滤器也有其独特新颖的应用。有研究者成功实现了400 L规模采用AKS活性炭滤器纯化工艺[2]，详细工艺见图1。在此工艺中，经过细胞收获澄清和UFDF浓缩置换缓冲液后，采用AKS1活性炭滤器，34LMH进液流速循环16 h，H2O冲洗回收后（单步收率>80%），再采用AEX膜层析-low pH-UFDF，整体工艺可达到>70%以上的回收率。此工艺和传统工艺相比，在整体下游纯化工艺时长，buffer种类和用量，耗材成本上都有了显著提升。此外，应用AKS1抗体纯化中，同时也对MVM也可达到LRF>4去除效率（见表1），有潜力成为工艺过程中有效去除病毒的方法[3]。
图1：使用活性炭滤器用于抗体纯化工艺流程图
表1：活性炭滤器AKS1对病毒去除效率
MuLV LRF single pass | MuLV LRF 4h-filtrated | MVM LRF single pass | MVM LRF 4h-filtrated | |
mAb A | >3.86 | >4.08 | 3.18 | 5.45 |
mAb B | >3.64 | >3.88 | 5.08 | 5.14 |
mAb C | >3.55 | >3.7 | >5.85 | >4.94 |
活性炭滤器应用在生物制药中的挑战和解决方案
活性炭虽然因其优异的吸附特性，在一些特殊应用上有很好的表现，但目前生物制药从业者们仍对活性炭的应用有所顾忌。主要原因是因为活性炭可能会带来金属离子污染和活性炭残留问题。
挑战1：金属离子污染
活性炭因其来源问题，所以本身会有多种金属离子的残留。药典2020版中对药用炭的质控标准中规定，重金属含量应<300ppm。
AKS1活性炭深层滤器在使用前建议使用注射用水冲洗，经过50 L/m2注射用水冲洗后，金属残留量远小于1 ppm[4]。使用后，可通过浸出实验和安全性评估来定性定量分析金属元素带来的风险。
验证服务实验室可对AKS1滤器浸出物进行分析，获得可提取物/浸出物 (E&L) 数据后，可提供安全性评估服务包括：
计算每日摄入量 (Total Daily Intake, TDI) ；
选择合适的毒理学关注阈值 (Threshold of Toxicological Concern, TTC) 或安全性阈值 (Safety Threshold Value, SCT)；
毒理学团队评估计算出每日允许最大暴露量 (Permitted Daily Exposure, PDE) 。
通过以上使用前和使用后评估，可定量定性判断金属元素带来的风险。
挑战2：活性炭残留
活性炭的残留也是挑战之一。因此建议在活性炭工艺后，可通过0.2 μm除菌过滤，对活性炭残留进行拦截。在上述两种ADC和抗体应用中，在活性炭下游工艺中仍有多个纯化工艺，包括TFF，除菌过滤等。纯化过程中的每一步都会对活性炭残留做进一步的拦截。最后可通过检测产品中的不溶性微粒来判断。药典中不溶性微粒的标准：标示装量为100 ml以下的静脉用注射液、静脉注射用无菌粉末、注射用浓溶液及供注射用无菌原料药 除另有规定外，每个供试品容器（份）中含10 μm及10 μm以上的微粒数不得过6000粒，含25 μm及25 μm以上的微粒数不得过600粒。
活性炭深层滤器
Seitz AKS固定式活性炭过滤介质通过将活性炭整合到纤维素纤维基质中，避免操作大量炭粉、清洗生产设备，节约前处理时间；
固定式活性炭过滤介质下游位置还附了滤纸，可以防止大部分炭颗粒泄漏到下游滤出液体中；
Seitz AKS固定式活性炭过滤介质的吸附效率远远高于同等量的大包装粉末状活性炭（如图2），可进一步缩短总工艺时间，并提高产品得率。
图2：通过一个活性药物成分 (API) 客户公司的实例，比较具有相同级别活性炭的大包装活性炭与内置活性炭滤板的脱色效果
表2：AKS活性炭深层滤器规格
面积 | ||
Supracap 50 | 22cm2 | |
AKS catridge | 700-800cm2/10in | |
Supradisc I or Supracap 200 | 1.35-1.6m2/12in 3.5-3.7m2/16in | |
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