在生物藥物生產過程中對導致層析填料壽命衰減的機制的理解有限，使得很難去監控和評估層析填料的壽命。對層析填料壽命監控程序的缺乏，也使得很難在實際生產中建立層析填料壽命的工業標準。因此，從機制上來理解層析填料壽命衰減的機制以及建立層析填料壽命的監控技術變得越來越重要。
理解層析填料壽命衰減機制的重要性
層析填料壽命的衰減是一個層析性能逐漸退化的過程，主要原因是生產過程中層析填料需要重複性的接觸各種原料和緩衝液。一般我們會把動態結合載量（DBC），收率等的改變作為監控層析填料性能的指標。但是生產過程中，一般需要層析填料使用較大的循環數，因此，有必要了解一下壽命衰減過程中層析填料自身屬性的改變，比如物理機械性能或者結構性質的改變，並將這些與層析填料的層析性能的監控連接起來。
對層析填料壽命衰減的有限理解直接影響兩個重要方面：生產成本和法規需求。層析純化是下遊工藝過程的成本較高的部分。在一個經典的單克隆抗體工藝中，下遊工藝中60%的成本來自於層析步驟，用於捕獲階段的蛋白A親和填料成本要比其他類型填料，比如離子交換填料，高出50%。除了經濟成本的考慮，近年來逐漸提高的上遊表達滴度也為下遊工藝帶來很大的挑戰。另外，質量源於設計和過程分析技術的發展也要求增加對工藝和產品的理解，以保證每一個工藝能夠持續性的生產出符合質量要求的產品。這也要求更多的研究來確定影響層析填料壽命衰減的關鍵工藝參數，並且確定他們的設計空間。
層析填料壽命衰減的機制
有文獻報導層析性能的退化主要跟工藝條件相關。不合適的裝柱，比如過多的壓柱也會降低層析填料的壽命。然後，大多數關於層析填料壽命衰減的報告都是關注能夠定量的層析性能指標，比如DBC和收率的降低。然而，DBC的降低主要由於配基的退化，收率的影響因素可能還包含更多其他因素。配基性能的降低也包含很多因素，比如物理和化學因素導致的配基脫落，非目標蛋白的非特異性結合導致的配基位點佔據。配基也有可能因為工藝條件的原因導致化學性質改變而失活。
從機制上的研究顯示層析填料的壽命衰減主要因為以下兩個因素：功能的丟失（配基脫落，配基失活或者配基位點佔據）和柱床的失效（基架汙染，基架退化/變形）。最近對蛋白A填料的研究報告顯示基架汙染最主要的原因是對來料上清中組分的非特異性吸附，因此，經過多次的使用循環，填料孔徑的傳質速度開始成為限速步驟。
監控層析填料的壽命衰減
已有報導研究基架汙染對層析填料性能降低的影響，並建議了可用的監控技術。常用的技術包括各種顯微鏡或者光譜檢測儀器。但是僅有有限的技術可以實現在位或實時應用。Boulet-Audet及合作者通過將一個衰減全反射感受器（ATR）嵌入小層析柱中來監控電導和紫外吸收，因此將FTIR光譜技術與親和層析柱連接起來。他們的技術可以定量填料柱床的蛋白濃度，確定蛋白的構象，以及CIP清洗過程中配基的脫落。Pathak及同事開發了一個基於螢光的實時監測工具來監控層析過程中層析填料的汙染。這個工具可以監控層析純化中的蛋白A填料的配基濃度，汙染物的積累以及汙染物的組分。
持續性改進
迄今，已經開發了很多方法來提高層析填料的壽命和性能。CIP和再生條件的優化可以有效延長填料的壽命。研究顯示採用DoE的方法開發的一系列CIP方法有效的延長了蛋白A親和填料的壽命。比如，MabselectSuRe可以使用高於平常的CIP條件處理更長的時間，依然保留90%的原始結合載量，因為，額外加入的氯化鈉對層析填料起到了穩定性作用。
澄清技術的改進改變了來料的性質和後續層析的工藝條件，比如流速，流動相黏度等，都可以有效延長層析填料的壽命。澄清不足的上清需要更大的過濾器，有效澄清的來料則可以提高層析填料的載量。這是一個跟上遊操作技術相關的改進。
選擇一個合適的基架對於目標蛋白來講也是非常重要的。曾報導瓊脂糖基架的交聯程度對填料的物理和化學穩定性具有重要的影響。更高程度的交聯會降低傳質，導致填料載量的降低。有機聚合物基架的蛋白A填料，因為其較高的宿主細胞蛋白非特異性吸附，更容易造成層析填料的基架汙染，從而加速層析填料壽命的衰減。其他的改進則包括配基穩定性的改進。這可能包括基於蛋白質結構的配基設計，比如對配基與目標蛋白結合位點的等蛋白質結構信息的檢索。
參考文獻
Mauryn C. Nweke, Anurag S. Rathore, and Daniel G. Bracewell. Lifetime and Aging of Chromatography Resins during Biopharmaceutical Manufacture. Trends in Biotechnology 2018
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