Знижуюче моделювання UF/DF-за допомогою альтернативних касет екранного каналу
Що слід робити, якщо простір проектування, встановлений під час характеристики процесу, є ширшим або вужчим за діапазони робочих параметрів, які використовуються для виробництва серій фази III клінічних випробувань?
Ⅰ. Аналіз проблеми
Розгляд:Питання стосується репрезентативності-зменшеної моделі для процесу ультрафільтрації/діафільтрації (UF/DF). Оскільки канальна ультрафільтраційна касета C-screen з необхідним розміром пор/MWCO недоступна, планується використовувати касету ультрафільтраційної каналу A-screen як заміну. Ключове питання полягає в тому, чи може касета з екраном A- служити типовою зменшеною-моделлю.
Щоб відповісти на це запитання, нам спочатку потрібно зрозуміти, чи існують відмінності між ультрафільтраційними касетами з різними конструкціями сіткових каналів і який вплив ці відмінності можуть мати на процес UF/DF.
1. Вибір різних типів каналів екрану в ультрафільтраційних касетах
Щодо знань про різні типи каналів екрану в ультрафільтраційних касетах, детальний опис надається в (Документ 1: Розробка процесу ультрафільтрації/діафільтрації для застосувань високої концентрації/в’язкості):
Наразі ми пропонуємо чотири різні екрани: (A, C, D і V) у форматі касет Pellicon®.
Екран: Щільний екран, який використовується для розведеного білкового розчину або розчинів з низькою в'язкістю. Щільне переплетення не підходить для висококонцентрованих білкових розчинів, оскільки падіння тиску є неприйнятно високим при більшій в’язкості. Однак цей екран зазвичай забезпечує чудову продуктивність потоку.
Екран C:Грубе сито, яке використовується для потоків продуктів з в'язкістю до 15 сП. Сіт C забезпечує хорошу продуктивність потоку, але падіння тиску перевищує межу використання, коли в'язкість збільшується.
V екран: підвішений C екран. Екран V дає менші перепади тиску, ніж екран C, але продуктивність потоку набагато нижча порівняно з екраном C.
D екран: це нове сито має більш грубу сітку та змінене плетіння порівняно зі стандартним ситом C. Він був розроблений, щоб забезпечувати менший перепад тиску без значного погіршення продуктивності потоку, яке спостерігається при використанні технології підвішеного екрану.
На основі наведеного вище опису різних типів екранів і загальнодоступної інформації характеристики різних екранних каналів можна підсумувати таким чином:
2. Вплив різних типів екранних каналів на процеси UF/DF
На підставі наведеного вище опису можна зробити обґрунтований висновок, що різні типи екранних каналів безпосередньо впливають на продуктивність процесу UF/DF:
Динаміка рідини та сила зсуву:
Оскільки структура екрану (сітки) визначає схему потоку рідини через поверхню мембрани, а також ступінь турбулентності та створюваних зсувних сил.
Ефективність масопередачі:
Тип екрана впливає на поляризацію концентрації та контроль забруднення мембрани.
Продуктивність процесу:
Такі як кінцевий потік, швидкість утримання та якість продукту (наприклад, -індукована агрегація зсувом).
(Посилання 2: "Вплив канал-індукованого зсуву на біопрепарати під час ультрафільтраційної діафільтрації (UF/DF), 2016")демонструє вплив зсувних сил, викликаних різними конструкціями екранних каналів, на якість біофармацевтичних продуктів, таких як моноклональні антитіла та злиті білки.
У цьому дослідженні за стандартизованих виробничих умов із фіксованим потоком живлення (300 LMH) і трансмембранним тиском (1,4 бар) було оцінено мембранні модулі від трьох виробників-MilliporeSigma, Pall і NovaSep-, включно зі середнім екраном, легким-підвісним екраном і відкритим-каналом. Чотири репрезентативні біологічні препарати, включно з -чутливим до зсуву IgG4, -стійким до зсуву IgG1 і злитими білками, використовувалися як тестові зразки. Такі аналітичні методи, як SEC, MFI, DLS і Vmax тести на здатність до фільтрації, були застосовані для систематичної оцінки гідравлічних характеристик різних конструкцій каналів і їх впливу на якість продукції.
Експериментальні результати показують, що структура каналу (екрана) безпосередньо визначає інтенсивність зсуву та ефективність масопередачі. Канал середнього екрану демонструє найвищий коефіцієнт масопередачі; однак як напруга зсуву стінки, так і загальна напруга зсуву були значно підвищені. Навпаки, конфігурація з відкритим-каналом (без екрану) створювала найнижчу напругу зсуву, але страждала від надзвичайно низької продуктивності масообміну, що вимагало надмірних циклів рециркуляції та призводило до низької ефективності процесу. Канал легкого підвісного екрану (Pellicon D) продемонстрував найкращу загальну продуктивність. Коефіцієнт масопередачі був лише на 22% нижчим, ніж у середнього екрана, але на 260% вищим, ніж у конструкції з відкритим-каналом. Водночас його загальна напруга зсуву була найнижчою серед усіх конфігурацій – лише 1120 Па. Що стосується якості продукту, білки, чутливі до зсуву, оброблені за допомогою середнього сита, продемонстрували збільшення розчинних агрегатів на 78–186%, а також значне збільшення часток, що не-видимі. Значення Vmax для стерилізаційної фільтрації 0,2 мкм було дуже низьким, що вказувало на сильне забруднення мембрани та погану здатність до фільтрації. На відміну від цього, зразки, оброблені за допомогою каналу світлосуспензійного сита, показали лише 0–25% збільшення агрегації, значне зниження рівня частинок і 3–18-кратне покращення ефективності фільтрації. Дослідження концентрації високої-концентрації також підтвердили, що екранний канал легкої суспензії підтримує стабільний трансмембранний тиск і може легко досягати концентрації вище 200 г/л. Для порівняння, середній ситовий канал продемонстрував різке підвищення тиску при високих концентраціях, що ускладнювало досягнення цільових концентрацій і призводило до погіршення якості продукту.
(Посилання 3: «Ультрафільтраційна поведінка рекомбінантних адено-асоційованих вірусних векторів, що використовуються в генній терапії», 2021 р.)порівняли вплив дизайну каналів C-screen і D-screen на процес UF/DF векторів AAV.
Результати показали, що коли використовувався D-екран, критичний трансмембранний тиск (TMP) був нижчим, а середній потік зменшився на 14%.
На рис.. 2C представлено дані про потік у порівнянні з TMP з використанням мембрани 30 кДа з екраном «D». У цій роботі сито D або V не підійде для ультрафільтрації потоків сировини з низькою в’язкістю. У минулих роботах нашої групи ці перевірені канали використовувалися для високої концентрації моноклональних антитіл і Fc-злитих білків [13,33]. Для AAV2 із пристроєм із екраном «D» критична TMP була досягнута при нижчому TMP, ніж у пристрої з екраном «C», показаним на рис.. 2A. Згідно з теоретичними очікуваннями, потік із ситом «D» був у середньому на 14% нижчим при швидкості потоку живлення Q=350 л/год/м2 і Q=500 л/год/м2 (p < 0,05) порівняно з пристроєм із ситом «C», але не було різниці між ситом «C» (RC2A) і пристроями з ситом «D» (RC2B) за швидкості потоку живлення Q=120 л/год/м2 (p > 0,05) (рис.. 2C).
ⅡРекомендації щодо впровадження:
Таким чином, можна зробити висновок, що тип екрану є критичним фактором, який впливає як на продуктивність процесу, так і на якість продукту, і його необхідно належним чином враховувати в-зменшених моделях. Відповідно, у відповідь на запит, якщо ідентична мембранна касета C-screen недоступна, недоцільно просто виконувати пряму заміну на основі «однакового розміру пор, але інший тип екрану», наприклад, замінити її мембранною касетою A-screen.
Пряма заміна (тобто використання тих самих робочих параметрів) зазвичай не є типовою, особливо в таких випадках:
· Якщо продукт-чутливий до зсуву (наприклад, моноклональні антитіла, злиті білки, вірусні вектори).
· Коли потрібне точне прогнозування-продуктивності великомасштабного процесу, включаючи потік, час фільтрації та поведінку забруднення.
· Коли проводяться дослідження характеристик процесу для визначення розрахункового простору критичних параметрів процесу (CPP), таких як трансмембранний тиск (TMP) і швидкість перехресного потоку.
Тоді чи є якісь інші відповідні альтернативні варіанти чи заходи впровадження? Після обговорення команда Xingchen рекомендує наступний підхід:
1．Визначте функціонально еквівалентні альтернативні мембранні касети
Це передбачає ідентифікацію невеликих-мебранних касет від інших постачальників, які демонструють подібні гідродинамічні характеристики, зокрема поведінку на зсув.
Рекомендується проконсультуватися з постачальниками ультрафільтраційних мембранних касет і вимагати лабораторних-продуктів, розроблених на основі подібних принципів і демонструючи динаміку потоку, порівнянну з касетою C-screen channel, що використовується у виробництві.
Ключові параметри касет-кандидатів слід порівнювати з цільовою C{0}}сітовою касетою, включаючи висоту каналу (або гідравлічний діаметр), структуру екрана (наприклад, тип екрана), матеріал мембрани та розмір пор, оскільки ці фактори визначають сили зсуву, створювані в ультрафільтраційних касетах.
2. Використовуйте екранну касету A- та компенсуйте гідродинамічні відмінності, регулюючи робочі параметри
Теоретично конфігурація сита A- зазвичай має щільніший канал потоку, ніж сита C-, що може призвести до більшої напруги зсуву. Тому різницю зсуву між двома системами при однаковій швидкості потоку живлення слід оцінювати за допомогою розрахунку або моделювання обчислювальної гідродинаміки (CFD).
Швидкість потоку живлення (Q) мало{0}}масштабної системи A-грохоту потім слід відрегулювати таким чином, щоб напруга зсуву, створена на поверхні мембрани, відповідала напрузі зсуву, створюваною великомасштабною -системою C-сіт за цільових робочих умов потоку.
За скоригованих умов зсуву проведіть невеликі-експерименти, щоб виміряти ключові показники ефективності, такі як потік і швидкість утримання. Потім ці результати слід порівняти з історичними даними або паралельними експериментальними даними великомасштабної -системи C-екрана, щоб перевірити її передбачувані можливості.
3. Зосередьтеся на конкретних аспектах і створіть зменшену репрезентативність-зменшуваної моделі
Якщо характеристика процесу не зосереджена на продуктах, чутливих до -зсуву, або якщо основною метою є оцінка характеристик утримання мембрани, а не гідродинаміки, тоді вплив відмінностей екрану може бути відносно незначним.
Таким чином, необхідно продемонструвати, що в межах вашого дослідження тип екрана не є критичним джерелом мінливості. Наприклад, якщо основною метою є дослідження впливу відсічення молекулярної маси мембрани (MWCO) на утримування цільового білка, і процес працює в умовах низького -зсуву, тоді використання A-екрана для попереднього скринінгу може бути прийнятним.
Однак слід визнати, що будь-які подальші дослідження, пов’язані з потоком, забрудненням, часом концентрації або агрегацією продукту, можуть бути необ’єктивними через відмінності в типі сита.
