色谱系统 相关申请的交叉引用 [0001] 本申请要求于2021年9月14日提交的美国临时申请第63/243,836号和2021年11月 3日提交的欧洲专利申请第21315233.3号的优先权，其全部内容通过引用结合于此。 背景技术 [0002] 色谱法是用于将目标材料(如目标分子)与物质其余部分分离的程序。色谱法用在制造治疗性药物物质(诸如治疗性蛋白、抗体、酶等)中。生物技术公司使用连续色谱法从收获的物质中获得连续产率。 发明内容 [0003] 本公开文本的实现方式包括用于提高色谱系统中的一致性和稳健性的方法和系统，所述色谱系统例如用于生产治疗性蛋白。这种治疗性蛋白的例子可以是酶，诸如思而赞(cerezyme)。 [0004] 本公开文本还提供了一种或多种非暂时性计算机可读存储介质，其耦接到一个或多个处理器并且其上存储有指令，所述指令当由所述一个或多个处理器执行时致使所述一个或多个处理器执行根据本文提供的方法的实现方式的操作。 [0005] 根据本公开文本的方法和系统可以包括本文所述的方面和特征的任何组合。也就是说，根据本公开文本的方法和系统不限于本文具体所述的方面和特征的组合，还包括所提供的方面和特征的任何组合。 [0006] 在其他优点中，实现方式可以提供以下益处中的一个或多个。一些实现方式提高了连续色谱过程中的稳健性和一致性。由于这种稳健性，任何色谱柱的洗脱液滴度都可以在色谱过程中的任何时间确定。以前，如果系统的一部分(诸如一个硬件)发生故障，那么色谱系统中的产物通常会因产物的滴度未知而被丢弃。通过使用本文所述的技术，可以计算任何柱的洗脱液滴度，并因此一旦系统被固定并再次起作用就继续使用相同的产物。 [0007] 此外，在整个色谱过程中提高输入到每个柱的材料的滴度一致性提供了色谱过程一致性的保证，并降低了目标分子的浓度低于色谱过程所需的最小浓度的风险。由于本文所讨论的色谱过程是连续的，并且由于输入到色谱系统中的收获物在不同时间可以具有不同的浓度，因此希望确保至少保持进行适当色谱所需的最小浓度。低于所需的最小浓度可能导致产生过度稀释的洗脱液。 [0008] 此外，色谱过程可以是更大的纯化过程的一部分。从色谱过程到随后的纯化步骤的可变进料流可能需要战略性地汇集洗脱液，这使整个纯化过程复杂化。本实现方式提供的滴度一致性的提高可以避免纯化过程中的这种复杂化。 [0009] 此外，本文所述的技术提供了反向计算输入到色谱系统中的收获产物的收获物滴度的能力。确定收获物滴度不是足够容易且快速的过程，不能用于连续色谱法中。本文所述的反向计算提供了在由至少一个色谱柱使用收获物滴度后确定所述收获物滴度的能力。通过使用收获物滴度，可以确定向柱中添加多少收获物以保持上述浓度/滴度一致性。所述反向计算提供了对收获物滴度的近乎实时的估计。 [0010] 在附图和以下描述中阐述了本公开文本的一个或多个实现方式的细节。根据描述和附图并且根据权利要求，本公开文本的其他特征和优点将是清楚的。 附图说明 [0011] 图1展示了根据本公开文本的实现方式的示例系统。 [0012] 图2提供了可以在根据本公开文本的系统上执行的示例过程。 [0013] 图3提供了可以根据本公开文本的实现方式执行的示例过程。 [0014] 图4示出了可以执行本公开文本中所描述的方法的示例计算装置和移动计算装置的示意图。 具体实施方式 [0015] 本公开文本的实现方式提供了用于提高多柱色谱系统(诸如用于连续生产治疗性药物物质的连续色谱系统)中的稳健性和一致性的方法和系统。 [0016] 图1展示了根据本公开文本的实现方式的示例系统100。系统100包括收获物生成器120、多柱色谱系统(MCCS)108和分析系统110。系统100从进料容器102接收含有目标分子(例如目标蛋白的分子)的原料，并提供具有大于某阈值的目标分子滴度的纯化产物122。 [0017] 纯化主要由MCCS108执行。MCCS108包括多个色谱柱108a至108c。虽然在图1中仅示出了三个柱，但是MCCS108可以具有任意数量的列。柱的数量可以基于MCCS108的应用(例如，目标分子的类型、纯化产物122中的预期滴度、预期色谱时间等)来选择。 [0018] MCCS108从收获物生成器120接收收获产物，并对收获产物进行连续色谱操作，直到获得大于特定阈值滴度的目标产率滴度。MCCS108通过使收获产物通过柱并通过将每个柱的输出装载到下一个柱直到获得目标产率滴度来执行该过程。更具体地，将收获产物输入第一柱(例如柱108a)，以获得滴度大于收获产物滴度的第一洗脱液。然后将第一洗脱液输入第二柱(例如柱108b)，用于进一步的色谱，并且洗去收获产物的其余部分。第二柱执行进一步的色谱以获得第二洗脱液(其滴度甚至大于第一洗脱液的滴度)，并洗去材料的其余部分。可以将第二洗脱液输入第三柱(例如柱108c)，以获得相比第二滴度的洗脱液具有更高滴度的第三洗脱液。将第三洗脱液输入到第一柱中，并继续该过程直到获得目标产率滴度。一旦获得目标产率滴度，MCCS108就可以将最终洗脱液提供给后纯化仪器118以用于进一步纯化。 [0019] MCCS108的纯化操作可能需要很长时间才能完成，例如几天或几个月。在该过程中，生物反应器104不断地向MCCS108提供收获产物。然而，收获产物的滴度可能随时间而变化。这样的滴度变化可能导致MCCS108操作中的不一致性。当特定色谱柱需要最小浓度的目标分子以执行有效且适当的色谱时，这种不一致性将特别是个问题。另一方面，测量收获产物的滴度不是一项容易的工作，而且是一项耗时的任务，其可能会影响过程的连续性。 [0020] 本公开文本的实现方式通过提高MCCS108的操作中的一致性和稳健性来提供对这些问题的解决方案。所述解决方案涉及基于前一个柱的滴度预测每个柱的洗脱液滴度，并在预测的滴度对柱来说太低的情况下向柱中添加更多的收获产物。所述溶液还可以基于从特定柱输出的洗脱液滴度来反向计算收获产物的滴度或输入到特定柱中的产物的滴度。反向计算提供了监测收获产物的收获物滴度以及确定应当向每个柱中添加多少收获产物以保持输入到色谱柱中的材料中的一致目标分子浓度的优点。 [0021] 预测和反向计算过程由分析系统110执行。分析系统110包括质量控制模块112，所述质量控制模块测量针对每个柱输出的洗脱液滴度。如果特定洗脱液的测量滴度满足目标产率滴度阈值，则分析系统110指示MCCS108将该特定柱的洗脱液输出到例如后纯化仪器 118。否则，分析系统110将测量的滴度发送到软传感器114，以预测接下来的柱中的一个或多个的(多个)洗脱液滴度，或者以反向计算输入到特定柱的材料(例如，收获产物)的滴度。 [0022] 软传感器114将其预测或反向计算的(多个)结果提供给控制器116。根据收获物滴度(该软传感器114反向计算的)和预测的洗脱液滴度(该软件传感器114为下一个柱预测的)，控制器116可以请求将收获产物输入到下一个柱中。收获产物将被输入到下一个柱中，使得例如将满足下一个柱子所需的最小目标分子浓度。下面参照图2来讨论该过程的进一步细节。 [0023] 如上所述，MCCS108接收来自收获物生成器120的收获产物。收获物生成器包括生物反应器104，其可以是灌注生物反应器。生物反应器104从进料容器102接收原料并对原料执行灌注以获得收获产物。生物反应器104可以起到不断提供收获产物的作用。在一些实现方式中，收获物生成器120还包括交替切向流过滤(ATF)系统，所述系统在将收获产物提供给MCCS108之前对其进行预处理。预处理涉及在将收获产物输入到MCCS 108中进行纯化之前滤出至少一些不需要的分子。 [0024] 图2提供了例如可以由图1中的系统100根据本公开文本执行的示例过程200。过程 200涉及MCCS208的色谱过程，其涉及多个色谱柱，包括连续的柱224、226和228。MCCS 208可以与上述MCCS108相同。如果未满足目标产率滴度，则将柱224的洗脱液输入到柱226中，并且将柱226的洗脱液输入柱228中。MCCS208的至少一些色谱柱使用相同的材料并执行类似(例如，相同)的色谱程序，例如相同类型的色谱程序。 [0025] 例如，由质量控制模块212(例如，质量控制模块112)研究从柱224输出的洗脱液，以确定是否已经获得目标产率滴度。如果已经获得目标产率滴度，则提供(234)洗脱液用于后纯化218。后纯化可以由图1所示的后纯化仪器118执行。后纯化可以包括进一步的色谱或纯化过程，其例子在图2中提供。 [0026] 如果柱224的洗脱液滴度不满足目标产率滴度，则质量控制模块212(i)允许或不中断洗脱液输入到下一个柱(232)，即柱226，以及(ii)将洗脱液的色谱图提供给软传感器 214。色谱图可以包括洗脱液的紫外线(UV)谱230，其表示洗脱液在一系列频率上的UV吸光度。 [0027] 软传感器214使用色谱图来执行相应的计算，以预测柱226的洗脱液滴度，或反向计算收获产物的滴度或已输入到柱224的洗脱液的滴度。软传感器214可以使用色谱图的峰高、峰起始和结束体积、峰起始和斜率值、或峰面积中的任何一个来执行计算。 [0028] 在一些实现方式中，软传感器214基于色谱图的峰面积执行计算，例如，通过使用下面给出的比尔定律： 面积≈输出质量＝产率*输入质量 ＝响应时间*延长系数*路径长度*产率*装载 其中，Area是色谱图中的峰的面积。在一些实现方式中，软传感器214使用以下公式来进行其计算： 其中，括号中的参数是可以使用的示例单位。软传感器214将其计算结果(即，其预测或反向计算)提供给比例积分(PI)控制器216。PI控制器216可以与上述控制器116相同。 [0029] PI控制器216将针对柱226预测的洗脱液滴度与阈值进行比较，并且响应于确定洗脱液滴度小于阈值，请求将收获产物递送到柱226。所述阈值可以基于下一个柱(即柱228)执行适当色谱所需的目标分子的最小浓度来设置。所请求的收获产物可以由收获物生成器 220提供，所述收获物生成器可以与上述收获物生成器120相同。 [0030] 在一些实现方式中，PI控制器216请求将特定量(例如，固定的预设量)的收获产物递送到柱226。在一些实现方式中，PI控制器216基于洗脱液滴度与阈值之间的差并且基于收获产物的收获物滴度来请求一定量的收获产物。收获物滴度可以是先前输入到MCCS208中的收获产物的反向计算的量，或者是最近计算的量，例如最近反向计算的收获物滴度。 [0031] 软传感器214可以与图1中所示的软传感器114相同。例如，可以通过使用离散PI控制、通过应用蒙特卡罗方法或模拟、或者通过对训练数据应用机器学习方法来优化软传感器214。 [0032] 图3提供可以根据本公开文本的实现方式执行的示例过程300。过程300可以由计算系统执行，例如由图1所示的分析系统110执行。 [0033] 计算系统接收由多柱色谱系统的第一柱产生的洗脱液的色谱图(302)。所述多柱色谱系统可以是上述的MCCS108/208。 [0034] 计算系统使用色谱图来计算洗脱液中的目标分子的滴度(304)。所述系统可以使用色谱图的峰面积来进行计算。所述系统可以使用比尔定律来计算滴度。 [0035] 所述计算系统将计算出的滴度与特定浓度阈值进行比较。响应于确定所计算的滴度小于浓度阈值(306)，所述计算系统请求将一定量的收获产物输入到多柱色谱系统的第二色谱柱中(308)。所述浓度阈值可以例如基于色谱系统(或色谱系统的特定柱)进行适当色谱所需的目标分子的最小浓度来预先确定。 [0036] 图4示出了计算装置400的例子以及可以被用于实现本文描述的技术的移动计算装置的例子。例如，图1中的分析系统110可以是计算设备400、移动计算设备450或它们的组合的形式。计算装置400旨在表示各种形式的数字计算机，诸如膝上型计算机、台式机、工作站、个人数字助理、服务器、刀片服务器、大型机以及其他适当的计算机。移动计算装置旨在表示各种形式的移动装置，诸如个人数字助理、蜂窝电话、智能电话以及其他类似的计算装置。在此所示的部件、它们的连接和关系以及它们的功能仅意在是示例性的，而不意味着限制本文献中描述和/或要求保护的发明的实现方式。 [0037] 计算装置400包括处理器402、存储器404、存储装置406、连接到存储器404和多个高速扩展端口410的高速接口408、以及连接到低速扩展端口414和存储装置406的低速接口 412。处理器402、存储器404、存储装置406、高速接口408、高速扩展端口410和低速接口412中的每一个均使用各种总线互连，并且可以被安装在公共母板上或在适当情况下以其他方式安装。处理器402可以处理用于在计算装置400内执行的指令，所述指令包括存储在存储器404中或存储装置406上的指令，以在外部输入/输出装置(诸如耦接到高速接口408的显示器416)上显示用于GUI的图形信息。在其他实现方式中，在适当情况下，可以将多个处理器和/或多个总线与多个存储器和多种类型的存储器一起使用。而且，可以连接多个计算装置，其中每个装置提供部分必要的操作(例如，作为服务器排、一组刀片服务器、或多处理器系统)。 [0038] 存储器404将信息存储在计算装置400内。在一些实现方式中，存储器404是一个或多个易失性存储器单元。在一些实现方式中，存储器404是一个或多个非易失性存储器单元。存储器404还可以是另一种形式的计算机可读介质，诸如磁盘或光盘。 [0039] 存储装置406能够为计算装置400提供大容量存储。在一些实现方式中，存储装置 406可以是或包含计算机可读介质，诸如软盘装置、硬盘装置、光盘装置、或磁带装置、闪存或其他类似的固态存储器装置、或装置阵列(包括存储区域网络或其他配置中的装置)。计算机程序产品可以有形地体现在信息载体中。计算机程序产品还可以包含指令，所述指令在被执行时，执行一种或多种方法，诸如上面描述的那些方法。计算机程序产品还可以有形地体现在计算机可读介质或机器可读介质中，诸如存储器404、存储装置406、或处理器402上的存储器。 [0040] 高速接口408为计算装置400管理带宽密集型操作，而低速接口412管理较低带宽密集型操作。这种功能分配仅是示例性的。在一些实现方式中，高速接口408耦接到存储器 404、显示器416(例如，通过图形处理器或加速器)，并且耦接到可以接受各种扩展卡(未示出)的高速扩展端口410。在实现方式中，低速接口412耦接到存储装置406和低速扩展端口 414。可以包括各种通信端口(例如，USB、蓝牙、以太网、无线以太网)的低速扩展端口414可以耦接到一个或多个输入/输出装置，诸如键盘、指点装置、扫描仪、或例如通过网络适配器耦接到诸如交换机或路由器的联网装置。 [0041] 如附图中示出的，计算装置400可以以多种不同的形式实现。例如，所述计算装置可以被实现为标准服务器420，或者在一组这样的服务器中多次实现。此外，所述计算装置可以在诸如膝上型计算机422的个人计算机中实现。所述计算装置还可以被实现为机架式服务器系统424的一部分。替代性地，来自计算装置400的部件可以与移动装置(未示出)中的其他部件(诸如移动计算装置450)组合。此类装置中的每一个均可以包含计算装置400和移动计算装置450中的一个或多个，并且整个系统可以由彼此通信的多个计算装置构成。 [0042] 移动计算装置450包括处理器452、存储器464、诸如显示器454的输入/输出装置、通信接口466、以及收发器468等其他部件。移动计算装置450还可以设置有存储装置，诸如微驱动器或其他装置，以提供额外的存储。处理器452、存储器464、显示器454、通信接口466和收发器468中的每一个使用各种总线互连，并且若干个部件可以安装在公共母板上或在适当情况下以其他方式安装。 [0043] 处理器452可以执行移动计算装置450内的指令，所述指令包括存储在存储器464中的指令。处理器452可以被实现为包括分离的多个模拟处理器和数字处理器的芯片的芯片组。处理器452可以提供例如用于移动计算装置450的其他部件的协调，诸如用户界面的控制、由移动计算装置450运行的应用、以及由移动计算装置450进行的无线通信。 [0044] 处理器452可以通过控制接口458和耦接到显示器454的显示接口456与用户通信。 显示器454可以是例如TFT(薄膜晶体管液晶显示器)显示器或OLED(有机发光二极管)显示器、或其他适当的显示技术。显示接口456可以包括适当的电路系统以用于驱动显示器454向用户呈现图形信息和其他信息。控制接口458可以接收来自用户的命令并将其转换以提交给处理器452。此外，外部接口462可以提供与处理器452的通信，以便使移动计算装置450能够与其他装置近区域通信。外部接口462可以例如在一些实现方式中提供用于有线通信，或者在其他实现方式中提供用于无线通信，并且也可以使用多个接口。 [0045] 存储器464将信息存储在移动计算装置450内。存储器464可以被实现为一个或多个计算机可读介质、一个或多个易失性存储器单元、或一个或多个非易失性存储器单元中的一个或多个。还可以提供扩展存储器474并通过扩展接口472连接到移动计算装置450，所述扩展接口可以包括例如SIMM(单列直插式存储器模块)卡接口。扩展存储器474可以为移动计算装置450提供额外的存储空间，或者还可以为移动计算装置450存储应用或其他信息。具体地，扩展存储器474可以包括指令以执行或补充上述过程，并且还可以包括安全信息。因此，例如，扩展存储器474可以被提供为用于移动计算装置450的安全模块，并且可以被编程有准许安全使用移动计算装置450的指令。此外，可以经由SIMM卡提供安全应用连同附加信息，诸如以不可破解的方式将识别信息置于SIMM卡上。 [0046] 存储器可以包括例如闪存和/或NVRAM存储器(非易失性随机存取存储器)，如下面所讨论的。在一些实现方式中，计算机程序产品有形地体现在信息载体中。计算机程序产品包含指令，所述指令在被执行时，执行一种或多种方法，诸如上面描述的那些方法。计算机程序产品可以是计算机可读介质或机器可读介质，诸如存储器464、扩展存储器474、或处理器452上的存储器。在一些实现方式中，计算机程序产品可以在传播的信号中被接收，例如通过收发器468或外部接口462。 [0047] 移动计算装置450可以通过通信接口466进行无线通信，所述通信接口在必要的情况下可以包括数字信号处理电路系统。通信接口466可以提供用于各种模式或协议下的通信，诸如GSM(全球移动通信系统)语音呼叫、SMS(短消息服务)、EMS(增强型消息服务)或MMS(多媒体消息服务)消息传送、CDMA(码分多址)、TDMA(时分多址)、PDC(个人数字蜂窝)、WCDMA(宽带码分多址)、CDMA2000、或GPRS(通用分组无线业务)等等。这种通信可以例如通过收发器468使用射频发生。此外，短程通信可以诸如使用蓝牙、WiFi或其他这样的收发器(未示出)发生。此外，GPS(全球定位系统)接收器模块470可以向移动计算装置450提供额外的导航相关的和位置相关的无线数据，所述无线数据可以在适当情况下由移动计算装置 450上运行的应用使用。 [0048] 移动计算装置450还可以使用音频编解码器460进行可听通信，所述音频编解码器可以接收来自用户的口头信息并将其转换为可用的数字信息。音频编解码器460同样可以诸如通过扬声器(例如，在移动计算装置450的听筒中)为用户生成可听声音。这种声音可以包括来自语音电话呼叫的声音，可以包括记录的声音(例如，语音消息、音乐文件等)，并且还可以包括由移动计算装置450上操作的应用生成的声音。 [0049] 如附图中示出的，移动计算装置450可以以多种不同的形式实现。例如，所述移动计算装置可以被实现为蜂窝电话480。所述移动计算装置还可以被实现为智能电话482、个人数字助理、或其他相似移动装置的一部分。 [0050] 在此描述的系统和技术的各种实现方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、专门设计的ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件和/或其组合中实现。这些不同的实现方式可以包括在可编程系统上可执行和/或可解译的一个或多个计算机程序中的实现方式，所述可编程系统包括至少一个可编程处理器，所述至少一个可编程处理器可以是专用的或通用的，被耦接以从存储系统、至少一个输入装置和至少一个输出装置接收数据和指令并向其传输数据和指令。 [0051] 这些计算机程序(也称为程序、软件、软件应用或代码)包括用于可编程处理器的机器指令，并且可以以高级程序编程语言和/或面向对象的编程语言、和/或以汇编/机器语言实现。如本文所使用的，术语机器可读介质和计算机可读介质是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何计算机程序产品、设备和/或装置(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑器件(PLD))，包括接收机器指令作为机器可读信号的机器可读介质。术语机器可读信号是指用于向可编程处理器提供机器指令和/或数据的任何信号。 [0052] 为了提供与用户的交互，在此描述的系统和技术可以在具有显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示)监视器)以及键盘和指点装置(例如，鼠标或轨迹球)的计算机上实现，所述显示装置用于向用户显示信息，用户可以通过所述键盘和所述指点装置向计算机提供输入。其他种类的装置也可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的感觉反馈(例如，视觉反馈、可听反馈、或触觉反馈)；并且可以以任何形式接收来自用户的输入，包括声学输入、语音输入或触觉输入。 [0053] 在此描述的系统和技术可以在计算系统中实现，所述计算系统包括后端部件(例如，作为数据服务器)或包括中间件部件(例如，应用服务器)或包括前端部件(例如，具有图形用户界面或Web浏览器的客户端计算机，用户可以通过所述图形用户界面或所述Web浏览器与在此描述的系统和技术的实现方式进行交互)，或者这种后端部件、中间件部件或前端部件的任何组合。系统的部件可以通过任何数字数据通信形式或媒介(例如，通信网络)进行互连。通信网络的例子包括局域网(LAN)、广域网(WAN)以及互联网。 [0054] 计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常彼此远离，并且典型地通过通信网络进行交互。客户端与服务器的关系借助于在相应计算机上运行并且彼此具有客户端‑服务器关系的计算机程序产生。 [0055] 已经描述了本公开文本的许多实现方式。然而，应当理解，在不脱离本公开文本的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。因此，其他实现方式在以下权利要求书的范围内。