UF/DF skála-Lefelé modellezés alternatív képernyőcsatorna-kazettákkal

Mi a teendő, ha a folyamatjellemzés során kialakított tervezési tér szélesebb vagy szűkebb, mint a III. fázisú klinikai vizsgálati tételek gyártásához használt üzemi paraméter-tartományok?

Ⅰ. Problémaelemzés

Megfontolás:A kérdés az ultraszűrési/diafiltrációs (UF/DF) folyamatok -csökkentési modelljének reprezentativitására vonatkozik. Mivel a szükséges pórusméretű/MWCO-val rendelkező C-screen csatornás ultraszűrő kazetta nem áll rendelkezésre, a tervek szerint egy A- képernyőcsatornás ultraszűrő kazettát használnak majd helyettesítőként. A kulcskérdés az, hogy az A-képernyőkazetta reprezentatív, kicsinyített-modellként szolgálhat-e.

A kérdés megválaszolásához először is meg kell értenünk, hogy vannak-e különbségek a különböző képernyőcsatorna-kialakítású ultraszűrő kazetták között, és ezek a különbségek milyen hatással lehetnek az UF/DF folyamatra.

1. Különféle képernyőcsatorna-típusok kiválasztása ultraszűrő kazettákban

 

Az ultraszűrő kazettákban található különböző szitacsatorna-típusok ismeretéről részletes leírás található (1. dokumentum: Ultrafiltrációs/diafiltrációs eljárás fejlesztése nagy koncentrációjú/viszkozitású alkalmazásokhoz):

Jelenleg négy különböző képernyőt kínálunk: (A, C, D és V) a Pellicon® kazettás formátumban.

 

Egy képernyő: Híg fehérjeoldathoz vagy alacsony viszkozitású oldatokhoz használt szűk szita. A szoros szövés nem alkalmas erősen koncentrált fehérjeoldatokhoz, mivel a nyomásesés elfogadhatatlanul nagy nagyobb viszkozitás esetén. Ez a képernyő azonban általában kiváló fluxusteljesítményt biztosít.

 

C képernyő:Durva szita, amelyet legfeljebb 15 cP viszkozitású termékáramokhoz használnak. A C szita jó fluxusteljesítményt biztosít, de a nyomásesés meghaladja a használati határt, ha a viszkozitás nő.

 

V képernyő: felfüggesztett C képernyő. A V képernyő kisebb nyomásesést ad, mint a C képernyő, de a fluxusteljesítmény sokkal alacsonyabb a C képernyőhöz képest.

 

D képernyő: Ez az új képernyő durvább hálóval és megváltozott szövésű, mint a szabványos C képernyő. Úgy tervezték, hogy alacsonyabb nyomásesést biztosítson, anélkül, hogy nagy fluxusteljesítmény-veszteséget okozna, amelyet felfüggesztett képernyőtechnológia használatakor tapasztalhatunk.

 

A különböző képernyőtípusok fenti leírása és a nyilvánosan elérhető információk alapján a különböző képernyőcsatornák jellemzői a következőkben foglalhatók össze:

 

2. A különböző képernyőcsatorna-típusok hatása az UF/DF folyamatokra

A fenti leírások alapján ésszerűen arra következtethetünk, hogy a különböző típusú képernyőcsatornák közvetlenül befolyásolják az UF/DF folyamat teljesítményét:

 

Folyadékdinamika és nyíróerő:
 

Mivel a szita (háló) szerkezet meghatározza a folyadék áramlási mintáját a membrán felületén, valamint a turbulencia mértékét és az ebből eredő nyíróerőket.

 

Tömegátviteli hatékonyság:
 

A képernyő típusa befolyásolja a koncentráció polarizációt és a membrán elszennyeződésének szabályozását.

 

A folyamat teljesítménye:
 

Ilyen például a végső fluxus, a retenciós arány és a termék minősége (pl. nyírás{2}}indukált aggregáció).

 

(2. hivatkozás: "A csatorna{1}}indukált nyírás hatása a biológiai anyagokra ultrafiltrációs diafiltráció során (UF/DF), 2016")bemutatja a különböző szűrőcsatorna-kialakítások által kiváltott nyíróerők hatását a biogyógyszerészeti termékek, például a monoklonális antitestek és a fúziós fehérjék minőségére.

Ebben a tanulmányban szabványosított gyártási körülmények között, rögzített tápáram (300 LMH) és transzmembrán nyomás (1,4 bar) mellett három gyártó -MilliporeSigma, Pall és NovaSep-membránmoduljait értékelték, beleértve a közepes szűrőt, a könnyű{4} felfüggesztésű képernyőt és a nyitott{5} csatornás konfigurációkat. Négy reprezentatív biológiai anyagot, köztük a nyírási-érzékeny IgG4-et, a nyírás-toleráns IgG1-et és a fúziós fehérjéket használtunk vizsgálati mintaként. Analitikai módszereket, például SEC, MFI, DLS és Vmax szűrhetőségi teszteket alkalmaztunk a különböző csatornakialakítások hidraulikus teljesítményének és a termékminőségre gyakorolt ​​hatásának szisztematikus felmérésére.

A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a csatorna (ernyő) szerkezete közvetlenül meghatározza a nyírási intenzitást és az anyagátviteli hatékonyságot. A közepes szitacsatorna mutatta a legnagyobb tömegátadási együtthatót; azonban mind a fal nyírófeszültsége, mind a teljes nyírófeszültség jelentősen megemelkedett. Ezzel szemben a nyitott-csatornás (szita nélküli) konfiguráció generálta a legalacsonyabb nyírófeszültséget, de rendkívül gyenge tömegátviteli teljesítményt szenvedett, ami túlzott recirkulációs ciklusokat igényelt, és alacsony folyamathatékonyságot eredményezett. A könnyű felfüggesztésű szitacsatorna (Pellicon D) mutatta a legjobb általános teljesítményt. Tömegátadási együtthatója csak 22%-kal volt alacsonyabb, mint a közepes képernyőé, ugyanakkor 260%-kal magasabb, mint a nyitott csatornás kialakításé. Eközben a teljes nyírófeszültség az összes konfiguráció közül a legalacsonyabb volt, mindössze 1120 Pa. A termék minőségét tekintve a közepes szitán feldolgozott nyírásra érzékeny fehérjék 78–186%-os növekedést mutattak az oldható aggregátumok mennyiségében, valamint a szub{14}}látható részecskék számának jelentős növekedése. A 0,2 μm-es sterilizáló szűrés Vmax értéke nagyon alacsony volt, ami súlyos membránszennyeződést és rossz szűrhetőséget jelez. Ezzel szemben a könnyű szuszpenziós szitacsatornával feldolgozott minták csak 0–25%-os aggregációnövekedést, szignifikánsan csökkentett részecskeszintet és 3–18-szoros szűrési teljesítménynövekedést mutattak. A magas koncentrációjú{23}}koncentrációs vizsgálatok megerősítették, hogy a könnyű szuszpenziós szitacsatorna stabil transzmembránnyomást tartott fenn, és könnyen elérheti a 200 g/l feletti koncentrációt. Összehasonlításképpen, a közepes szitacsatorna nagy koncentrációknál erőteljes nyomásnövekedést mutatott, ami megnehezítette a célkoncentráció elérését, és a termék minőségének romlását eredményezte.

 

(3. hivatkozás: „A génterápiában használt rekombináns adeno{1}}asszociált vírusvektorok ultrafiltrációs viselkedése”, 2021)összehasonlította a C-screen és a D-screen csatornatervek hatását az AAV vektorok UF/DF folyamatára.

Az eredmények azt mutatták, hogy a D-képernyő használatakor a kritikus transzmembrán nyomás (TMP) alacsonyabb volt, és az átlagos fluxus 14%-kal csökkent.

A . 2C. ábra a fluxust és a TMP-adatokat mutatja be a 30 kDa-os membrán és a „D” képernyő használatával. Ebben a munkában a D vagy V szita nem alkalmas alacsony viszkozitású betáplált áramok ultraszűrésére. Csoportunk korábbi munkája ezeket a szűrt csatornákat használta nagy koncentrációjú monoklonális antitestek és Fc-fúziós fehérjék kimutatására [13,33]. A „D” képernyős eszközzel rendelkező AAV2 esetében a kritikus TMP-t alacsonyabb TMP-vel érték el, mint az . 2A. ábrán látható „C” képernyős eszköznél. Az elméleti elvárásoknak megfelelően a „D” képernyős eszköz fluxusa átlagosan 14%-kal volt alacsonyabb Q=350 L/h/m2 és Q=500 L/h/m2 (p < 0,05) előtolási sebességnél, mint a „C” képernyős eszköznél, de nem volt különbség a „C” képernyő (RCD2A) és az áramlási sebesség „RCD2A” készülékei között.=120 L/óra/m2 (p > 0,05) (. 2C. ábra).

ⅡVégrehajtási javaslatok:

Ezért levonható az a következtetés, hogy a képernyő típusa kritikus tényező, amely mind a folyamat teljesítményét, mind a termékminőséget befolyásolja, és ezt megfelelően figyelembe kell venni a kicsinyített-modellekben. Ennek megfelelően a kérdésre válaszolva, ha nem áll rendelkezésre azonos C- képernyőmembrán kazetta, nem célszerű egyszerűen "azonos pórusméretű, de eltérő szitatípuson" alapuló közvetlen helyettesítést végrehajtani, például kicserélni egy A- képernyőmembrán kazettára.

A közvetlen helyettesítés (azaz ugyanazon működési paraméterek használata) általában nem reprezentatív, különösen a következő esetekben:

· Ha a termék nyírási-érzékeny (pl. monoklonális antitestek, fúziós fehérjék, vírusvektorok).

· Ha a nagy-léptékű folyamatteljesítmény pontos előrejelzésére van szükség, beleértve a fluxust, a szűrési időt és a szennyeződési viselkedést.

· Amikor folyamatjellemző vizsgálatokat végeznek a kritikus folyamatparaméterek (CPP-k), például a transzmembrán nyomás (TMP) és a keresztáramlási sebesség tervezési terének meghatározására.

Akkor vannak más megfelelő alternatív lehetőségek vagy végrehajtási intézkedések? A megbeszélés után a Xingchen csapat a következő megközelítést javasolja:

 

1. Határozza meg a funkcionálisan egyenértékű alternatív membránkazettákat

Ez magában foglalja a más beszállítóktól származó kisméretű membránkazetták azonosítását, amelyek hasonló hidrodinamikai jellemzőket, különösen nyírási viselkedést mutatnak.

Javasoljuk, hogy konzultáljon az ultraszűrő membránkazetta beszállítóival, és olyan laboratóriumi-méretű termékeket kérjen, amelyek hasonló elvek alapján lettek megtervezve, és a termelésben használt C-képernyőcsatorna-kazettához hasonló áramlási dinamikát mutatnak.

A jelölt kazetták legfontosabb paramétereit össze kell hasonlítani a cél C- képernyőkazettával, beleértve a csatorna magasságát (vagy hidraulikus átmérőjét), a szita szerkezetét (pl. szita típusát), a membránanyagot és a pórusméretet, mivel ezek a tényezők határozzák meg az ultraszűrő kazettákban keletkező nyíróerőket.

 

2. Használjon A-képernyőkazettát, és kompenzálja a hidrodinamikai különbségeket a működési paraméterek beállításával

Elméletileg az A-ernyő konfigurációja jellemzően szűkebb áramlási csatornával rendelkezik, mint a C-képernyő, ami nagyobb nyírófeszültséget eredményezhet. Ezért a két rendszer közötti nyírási különbséget azonos betáplálási sebesség mellett számítással vagy számítási folyadékdinamikai (CFD) szimulációval kell megbecsülni.

A kis{0}}léptékű A-szitarendszer előtolási sebességét (Q) ezután úgy kell beállítani, hogy a membrán felületén keletkező nyírófeszültség megegyezzen a nagy-léptékű C-szűrőrendszer által a megcélzott működési áramlási feltételek mellett keltett nyírófeszültséggel.

A beállított nyírási feltételek mellett végezzen kis{0}}léptékű kísérleteket a fő teljesítménymutatók, például a fluxus és a visszatartási arány mérésére. Ezeket az eredményeket azután össze kell hasonlítani a nagy-léptékű C- képernyőrendszer előzményadataival vagy párhuzamos kísérleti adataival, hogy ellenőrizni lehessen a prediktív képességét.

 

3. Konkrét szempontokra koncentráljon, és hozzon létre egy csökkentett reprezentativitási skálát-lefelé

Ha a folyamatjellemzés középpontjában nem a nyírásra érzékeny termékek áll{0}}, vagy ha az elsődleges cél a membránvisszatartási jellemzők értékelése, nem pedig a hidrodinamika, akkor a képernyőbeli különbségek hatása viszonylag csekély lehet.

Ezért szükséges bebizonyítani, hogy a vizsgálat hatókörén belül a képernyő típusa nem kritikus forrása a változékonyságnak. Például, ha a fő cél a membrán molekulatömeg-levágás-(MWCO) hatásának vizsgálata a célfehérje megtartására, és a folyamat alacsony-nyírási körülmények között működik, akkor elfogadható lehet egy A-szűrő használata az előzetes szűréshez.

Mindazonáltal fel kell ismerni, hogy minden további, fluxust, szennyeződést, koncentrációs időt vagy termék-aggregációt érintő vizsgálat torz lehet a képernyőtípusok különbségei miatt.