ハイスループット超音波処理による抗体溶出

アフィニティークロマトグラフィーは、タンパク質を精製するための強力な技術であり、超音波による非特異的溶出は、アフィニティークロマトグラフィーから抗体を得るための信頼性の高いサンプル調製技術である。アフィニティーマトリックスに結合した標的抗体の効率的かつ再現性の高い溶出は、超音波処理によって著しく改善される。ハイスループットのプレートソニケーターUIP400MTPは、96ウェル、マイクロタイター、マルチウェルプレートで大量のサンプルを溶出するのに最適で、アフィニティークロマトグラフィーでの抗体回収を容易にします。

ソニケーションはどのように溶出を促進するのか？

超音波による非特異的溶出を利用することで、研究員や科学者はアフィニティークロマトグラフィーカラムから精製抗体を効率的に回収することができます。これらの精製された抗体は、免疫学、バイオテクノロジー、医療診断など様々な分野のダウンストリームアプリケーションに使用されます。

溶出は、アフィニティークロマトグラフィーで一般的に使用されるサンプル調製ステップです： アフィニティークロマトグラフィーは、標的分子（抗体など）とクロマトグラフィーマトリックスに固定化されたリガンドとの間の特異性の高い相互作用を利用する。これにより、抗体などの分子の特異的な結合親和性を利用して、複雑な混合物から標的分子を選択的に精製することができる。
抗体の特異的結合： 抗体はしばしばアフィニティークロマトグラフィーを用いて精製され、クロマトグラフィー樹脂に固定化されたリガンドに選択的に結合する。このリガンドは抗原、プロテインA/G、あるいは目的の抗体と特異的に相互作用するその他の分子である。
溶出： 標的抗体をマトリックスに結合させた後、次のステップでは結合した抗体を樹脂から溶出（または洗浄）する。この溶出ステップでは通常、抗体とリガンド間の特異的結合を破壊する。このステップは超音波処理によって容易に行うことができます。
超音波アシストによる非特異的溶出： 抗体とリガンドの相互作用のみを破壊する特異的溶出法とは異なり、非特異的溶出法は、非特異的なものも含めて樹脂上のすべての相互作用を破壊する。これは、精製プロセスを妨害する可能性のある強く結合した汚染物質を扱う場合に有利となる。 ここでソニケーションの出番だ！ 超音波は、溶出バッファー中にキャビテーション気泡を発生させるために使用されます。この気泡が樹脂マトリックス近傍で崩壊すると、局所的に強いせん断力が発生し、マイクロストリーミングが生じます。この機械的破壊により、抗体とリガンド間の非特異的相互作用が破壊され、マトリックスからの結合抗体の溶出が促進されます。

ソニケーションによる超音波溶出の利点

超音波溶出には、特にアフィニティークロマトグラフィーなどのタンパク質精製技術において、いくつかの利点がある。
例えば、超音波溶出法は、タンパク質の完全性、回収率、純度、汎用性、効率の点で他の方法より優れている。このような利点から、超音波溶出法は、特にタンパク質の構造や活性を維持することが不可欠なアプリケーションにおいて、タンパク質精製プロセスの好ましい選択肢となっている。さらに、超音波溶出法は、その簡便性、効率性、汎用性、幅広いタンパク質やアフィニティーマトリックスとの適合性で際立っている。超音波を応用してタンパク質とマトリックスの相互作用を破壊する超音波溶出は、タンパク質の精製に穏やかで迅速な方法を提供し、高い回収率を確保し、タンパク質の完全性を維持したまま下流のアプリケーションに使用できる。

タンパク質の構造にもっと優しく： 低pH溶出では、酸性緩衝液を使用し、標的タンパク質（抗体など）とアフィニティーマトリックスとの結合を破壊する。しかし、低pHにさらされるとタンパク質が変性し、その構造や生物学的活性が損なわれる可能性がある。対照的に、超音波溶出は化学的変性ではなく、機械的破壊に依存するため、タンパク質の構造に優しい。これは、デリケートなタンパク質やpH変化に敏感な抗体を精製する場合に特に有利である。

• アグリゲーションのリスク軽減： 低pH溶出は、タンパク質のアンフォールディングや疎水性領域の露出により、タンパク質の凝集のリスクを高める可能性がある。凝集はタンパク質の活性を失い、下流の処理が困難になる可能性がある。それに比べ超音波溶出では、機械的な力でタンパク質とアフィニティーマトリックス間の相互作用を破壊し、タンパク質の本来のコンフォメーションを大きく変えることなく、凝集のリスクを最小限に抑えることができる。
• 回収率と純度の向上： 超音波溶出法は、他の溶出法と比較して高い回収率と純度レベルを達成することができる。超音波による機械的破壊は、非特異的相互作用を最小限に抑えながら、アフィニティーマトリックスから結合タンパク質を効果的に遊離させる。その結果、非特異的に結合した分子によるコンタミネーションが減少し、ターゲットタンパク質の回収率が向上し、溶出画分の純度が高くなる。
• ハイスループット処理： Hielscher Ultrasonics社は、超音波によるタンパク質の精製、溶出、バイオパンニングのための様々なソニケーターを提供しています。マイクロタイタープレートソニケーターUIP400MTPは、96ウェルプレートやその他のマルチウェルプレート内のサンプルの大量処理を可能にします。VialTweeterは、エッペンドルフのバイアル瓶など、最大10本のチューブを同じ条件で手間なく同時に超音波処理するのに適しています。CupHornは、複数のチューブや小型ビーカーなどの容器に最適な多用途ソニケーターです。もちろん、マイクロチップを備えた伝統的なプローブタイプのソニケーターも、サンプル前処理用のラボツールとして定評があります。Hielscher Ultrasonicsの製品群には、お客様の実験セットアップとサンプルサイズに最適なソニケーターが揃っています。
• 汎用性と互換性： 超音波溶出法は、さまざまなタンパク質やアフィニティーマトリックスに適合するため、精製アプリケーションに多様性をもたらす。対照的に、低pH溶出は、酸性条件に敏感な特定のタンパク質や、低pHで分解または溶出しやすいアフィニティーマトリックスには適さない場合がある。超音波溶出は、タンパク質の完全性やマトリックスの安定性を損なうことなく、特定の精製ニーズに合わせることができる、穏やかで普遍的な代替手段を提供する。
• 時間と効率： 超音波溶出では、他の溶出方法と比較して、通常、溶出時間が短縮される。超音波溶出は、結合タンパク質の迅速かつ効率的な遊離を促進するため、処理時間を短縮し、全体的な精製効率を高めることができ、ハイスループットなアプリケーションや、一刻を争う結果が必要な場合に魅力的な選択肢となる。

超音波アシストバイオパニング

バイオパニングは抗体精製において重要な技術であり、特に研究用や医療診断用の特異性の高い抗体を得る必要がある場合に有効である。バイオパニングは、抗体の混合物、いわゆる抗体ライブラリーから抗体を単離するプロセスである。

超音波バイオパニングはどのように機能するのか？

それは、様々な抗体の混合物である抗体のライブラリーから始まる。それぞれの抗体は独自の形状と特異性を持っているのが特徴である。分析や治療のためには、ウイルスやがん細胞など特定の標的を認識する特異的な抗体を単離する必要がある。バイオパニングを用いることで、これらの特異的抗体を単離することができる。超音波処理はバイオパンニングプロセスを容易にし、抗体の精製をより効率的にします。

抗体のライブラリーからスタートし、抗体は通常、バクテリオファージ、酵母細胞、またはその他のディスプレイシステムの表面に表示される。このライブラリーは多様な抗体を表している。
最初のステップでは、このライブラリーを標的分子に接触させる。ターゲットに結合する抗体は固着し、それ以外の抗体は洗い流される。結合しなかった抗体を除去するため、サンプルは緩衝液で数回洗浄される。

これで、結合した抗体だけを含むサンプルができた。しかし、これは抗体がまだディスプレイシステムに結合していることを意味する。抗体を遊離させるには、抗体とリガンドの相互作用を切断しなければならない。このステップは溶出として知られている。特異的な溶出バッファー、カオトロピック、pH値を下げる、熱を加えるなど、結合を破壊する溶液を用いてサンプルを溶出することができる。これらの溶出技術は、抗体とリガンドの結合を破壊するだけでなく、抗体そのものを劣化させる可能性がある。そのため、超音波処理を代替技術として使用し、抗体をターゲットから穏やかに除去する。

最終的な溶出工程の後、研究、診断、治療に使用できる精製抗体を得る。

バイオパニングは抗体精製における強力な技術であり、超音波溶出はその効果を促進し、強めます。 – その結果、高度に精製された、損傷のない抗体が得られる。超音波バイオパニングは、科学者が複雑なサンプルから特異性の高い抗体を分離することを可能にし、幅広いアプリケーションへの扉を開く。

抗体精製用ソニケーター

Hielscher社製ソニケーターは、世界中の最高の研究施設で使用されている定評あるツールです。最先端の設計と優れた性能で評価されているHielscher社のソニケーターは、バイオテクノロジーや分子生物学の分野で欠かすことのできない研究ツールと考えられています。Hielscher Ultrasonicsは、抗体の効率的な精製と標的結合分子の溶出を促進し、正確かつ迅速に特定の抗体を単離するための効率的なバイオパニングを可能にする、単一サンプルおよびハイスループットのサンプル前処理用のソニケーターを提供しています。
抗体精製において、Hielscherのソニケーターは、ターゲットに結合した複合体の完全性を保ちながら、結合していない抗体を効率的に除去することで、洗浄および溶出ステップを容易にすることに優れています。その正確な制御と拡張性により、処理条件を調整することができ、幅広いサンプル量と複雑な条件下で最適な精製結果が得られます。
Hielscher社のソニケーターは、超音波処理の技術革新を代表するもので、抗体の精製、溶出、バイオパンニングに比類ない能力を提供します。高精度、高信頼性、簡単操作の各種超音波システムは、バイオ医薬品研究、診断、治療に最適な効率性と汎用性を提供します。
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デザイン、製造、コンサルティング – 品質 ドイツ製

Hielscher社の超音波装置は、その最高の品質と設計基準でよく知られています。頑丈で操作が簡単なため、産業設備にスムーズに組み込むことができます。過酷な条件や厳しい環境でも、Hielscherの超音波装置は容易に対応できます。

Hielscher Ultrasonics社は、ISO認証取得企業であり、最先端の技術と使いやすさを特徴とする高性能超音波振動子に特に重点を置いています。もちろん、Hielscherの超音波装置はCEに準拠しており、UL、CSA、RoHsの要件を満たしています。

超音波溶出と従来の溶出技術の比較

1. グラジエント溶出： グラジエント溶出では、溶出バッファーの組成を変化させることにより、標的タンパク質とアフィニティーマトリックスとの結合力を徐々に低下させる。これには、pH、塩濃度、競合リガンドの濃度などの因子を変化させることが含まれる。グラジエント溶出では、溶出条件の微調整が可能で、非特異的結合を最小限に抑えながら、標的タンパク質を選択的に放出することができる。
   超音波溶出の利点： 超音波溶出では、グラジエント溶出と比較して、結合したタンパク質をより迅速かつ均一に放出することができる。グラジエント溶出では、溶出条件の最適化とモニタリングを注意深く行う必要がありますが、超音波溶出では、よりシンプルで効率的なタンパク質回収方法が得られます。
2. 競合溶出： 競合溶出では、高濃度の競合リガンドを溶出バッファーに導入し、標的タンパク質とアフィニティーマトリックスとの結合を阻害する。競合リガンドはマトリックス上の結合部位で標的タンパク質と競合し、タンパク質を置換して溶出液中に放出する。
   超音波溶出の利点： 超音波溶出は、競合溶出に代わる、より穏やかで汎用性の高い溶出を提供する。競合溶出では、高濃度のカオトロピック剤（水分子間の水素結合ネットワークを破壊し、疎水効果を弱めることでタンパク質のネイティブ状態の安定性を低下させる共溶解物）や刺激の強い化学物質を使用する必要があり、タンパク質の安定性や活性に影響を与える可能性がある。対照的に、超音波溶出では、追加の化学薬剤を必要とせず、機械的破壊が得られるため、タンパク質の完全性が保たれ、高い回収率が保証される。
3. 温度による溶出： 温度誘導溶出とは、溶出バッファーの温度を変化させ、標的タンパク質とアフィニティーマトリックスとの結合を破壊することである。これは、特定のタンパク質とマトリックスの相互作用に応じて、温度を上げたり下げたりすることで達成できる。
   超音波溶出の利点： 超音波溶出法は、温度溶出法と比較して、より迅速で制御されたタンパク質溶出法を提供する。温度誘導溶出法では、温度勾配の正確なコントロールと長い平衡化時間が必要になる場合があるが、超音波溶出法では、機械的な破壊が即座に行われるため、溶出時間が短縮され、効率が向上する。
4. 酵素溶出： 酵素溶出は、標的タンパク質とアフィニティーマトリックス間の結合を切断し、タンパク質を溶出液中に放出する特定の酵素を利用する。この方法は、マトリックスに強固に結合しているタンパク質や、溶出条件の精密なコントロールが必要なアプリケーションに特に有用である。
   超音波溶出の利点： 超音波溶出法は、酵素溶出法に代わる、非酵素的で化学薬品を使用しない方法を提供する。酵素溶出では、酵素濃度、インキュベーション時間、pH条件の最適化が必要な場合があるが、超音波溶出では、追加の試薬や特殊な装置を必要とせず、タンパク質を回収するための簡単で普遍的な方法を提供する。