Уменьшение UF/DF-Моделирование с использованием альтернативных кассет с экранными каналами
Что следует делать, если пространство проектирования, установленное во время характеристики процесса, шире или уже, чем диапазоны рабочих параметров, используемые для производства партий клинических исследований фазы III?
Ⅰ. Анализ проблемы
Рассмотрение:Вопрос касается репрезентативности уменьшенной модели для процесса ультрафильтрации/диафильтрации (УФ/ДФ). Поскольку кассета для ультрафильтрации с фильтрующим каналом C-с требуемым размером пор/MWCO недоступна, в качестве замены планируется использовать кассету для ультрафильтрации с каналом с фильтром A-. Ключевой вопрос заключается в том, может ли кассета с экраном A-послужить репрезентативной моделью-в уменьшенном масштабе.
Чтобы ответить на этот вопрос, нам сначала необходимо понять, существуют ли различия между кассетами ультрафильтрации с разной конструкцией ситовых каналов и какое влияние эти различия могут оказать на процесс УФ/ДФ.
1. Выбор различных типов сетчатых каналов в кассетах ультрафильтрации.
Что касается знаний о различных типах сетчатых каналов в кассетах ультрафильтрации, подробное описание представлено в (Документ 1: Разработка процесса ультрафильтрации/диафильтрации для приложений с высокой концентрацией/вязкостью):
В настоящее время мы предлагаем четыре различных экрана: (A, C, D и V) в линейке кассетных форматов Pellicon®.
Экран: Плотное сито, используемое для разбавленных белковых растворов или растворов низкой вязкости. Плотное переплетение не подходит для белковых растворов с высокой концентрацией, поскольку при более высоких вязкостях перепад давления неприемлемо высок. Однако этот экран обычно обеспечивает превосходные характеристики потока.
Экран С:Грубое сито, используемое для потоков продуктов вязкостью до 15 сП. Экран C обеспечивает хорошие характеристики флюса, но падение давления превышает предел использования при увеличении вязкости.
V-экран: Подвешенный экран C. Экран V дает меньшие перепады давления, чем экран C, но производительность потока намного ниже по сравнению с экраном C.
D-экран: новое сито имеет более грубую сетку и измененное переплетение по сравнению со стандартным ситом C. Он был разработан, чтобы обеспечить более низкий перепад давления без значительного снижения производительности потока, наблюдаемого при использовании технологии подвесного экрана.
На основании приведенного выше описания различных типов экранов и общедоступной информации характеристики различных экранных каналов можно резюмировать следующим образом:
2. Влияние различных типов экранных каналов на процессы УФ/ДФ.
На основе приведенного выше описания можно сделать разумный вывод, что различные типы каналов сита напрямую влияют на производительность процесса УФ/ДФ:
Гидродинамика и сила сдвига:
Потому что структура экрана (сетки) определяет характер течения жидкости по поверхности мембраны, а также степень турбулентности и возникающие в результате силы сдвига.
Эффективность массообмена:
Тип экрана влияет на концентрационную поляризацию и контроль загрязнения мембраны.
Производительность процесса:
Такие как конечный поток, скорость удерживания и качество продукта (например, агрегация, вызванная сдвигом-).
(Ссылка 2: «Влияние сдвига, вызванного каналом-, на биологические препараты во время ультрафильтрационной диафильтрации (УФ/ДФ), 2016 г.»)демонстрирует влияние сил сдвига, вызванных различными конструкциями экранных каналов, на качество биофармацевтических продуктов, таких как моноклональные антитела и слитые белки.
В этом исследовании в стандартизированных производственных условиях с фиксированным исходным потоком (300 лмч) и трансмембранным давлением (1,4 бар) оценивались мембранные модули трех производителей-MilliporeSigma, Pall и NovaSep-, включая конфигурации среднего экрана, легкого-суспензионного экрана и открытого-канала. В качестве тестовых образцов использовались четыре репрезентативных биологических препарата, включая чувствительный к сдвигу-IgG4, толерантный к сдвигу-IgG1 и слитые белки. Аналитические методы, такие как тесты на фильтруемость SEC, MFI, DLS и Vmax, применялись для систематической оценки гидравлических характеристик каналов различной конструкции и их влияния на качество продукции.
Результаты экспериментов показывают, что структура канала (экрана) напрямую определяет интенсивность сдвига и эффективность массообмена. Канал среднего экрана показал самый высокий коэффициент массопереноса; однако как напряжение сдвига в стенке, так и общее напряжение сдвига были значительно повышены. Напротив, конфигурация с открытым-каналом (без экрана) создавала наименьшее напряжение сдвига, но страдала от чрезвычайно плохой производительности массопереноса, что требовало чрезмерных циклов рециркуляции и приводило к низкой эффективности процесса. Канал с легким подвесным ситом (Pellicon D) продемонстрировал лучшие общие характеристики. Его коэффициент массопередачи был всего на 22 % ниже, чем у среднего экрана, но на 260 % выше, чем у конструкции с открытым-каналом. Между тем, его общее напряжение сдвига было самым низким среди всех конфигураций, всего 1120 Па. Что касается качества продукта, чувствительные к сдвигу-белки, обработанные с использованием среднего экрана, показали увеличение растворимых агрегатов на 78–186 %, а также значительное увеличение количества невидимых-частиц. Значение Vmax для стерилизующей фильтрации с размером пор 0,2 мкм было очень низким, что указывает на сильное засорение мембраны и плохую фильтруемость. Напротив, образцы, обработанные с помощью канала светосуспензионного сита, показали увеличение агрегации только на 0–25%, значительное снижение уровня частиц и улучшение эффективности фильтрации в 3–18 раз. Исследования концентрации при высоких-концентрациях дополнительно подтвердили, что канал экрана из легкой суспензии поддерживает стабильное трансмембранное давление и может легко достигать концентраций выше 200 г/л. Для сравнения, в канале среднего экрана наблюдалось резкое увеличение давления при высоких концентрациях, что затрудняло достижение целевых концентраций и приводило к ухудшению качества продукта.
(Ссылка 3: «Ультрафильтрационное поведение рекомбинантных адено-ассоциированных вирусных векторов, используемых в генной терапии», 2021 г.)сравнили влияние конструкции каналов C-экрана и D-экрана на процесс UF/DF векторов AAV.
Результаты показали, что при использовании экрана D- критическое трансмембранное давление (ТМР) было ниже, а средний поток снижался на 14%.
На рисунке . 2C представлены данные зависимости потока от ТМР при использовании мембраны 30 кДа с экраном «D». В этой работе сито D или V не подходит для ультрафильтрации потоков сырья с низкой вязкостью. В предыдущих работах нашей группы эти проверенные каналы использовались для моноклональных антител с высокой концентрацией и слитых белков Fc- [13,33]. Для AAV2 с экраном «D» критическое TMP достигалось при более низком TMP, чем для устройства с экраном «C», показанного на рис. . 2A. В соответствии с теоретическими ожиданиями, поток с ситовым устройством «D» был в среднем на 14 % ниже при скоростях подачи сырья Q=350 л/ч/м2 и Q=500 л/ч/м2 (p < 0,05) по сравнению с устройством с ситом «C», но не было никакой разницы между ситами «C» (RC2A) и устройствами с ситами «D» (RC2B) при скорости потока подачи Q=120 л/ч/м2 (p > 0,05) (рис. 2C).
ⅡРекомендации по внедрению:
Таким образом, можно сделать вывод, что тип экрана является решающим фактором, влияющим как на производительность процесса, так и на качество продукции, и его необходимо должным образом учитывать в масштабируемых-моделях. Соответственно, в ответ на запрос, если идентичная мембранная кассета с экраном C- недоступна, нецелесообразно просто выполнять прямую замену на основе «того же размера пор, но другого типа экрана», например, замену ее мембранной кассетой с экраном A-.
Прямая замена (т.е. с использованием тех же рабочих параметров) обычно не является репрезентативной, особенно в следующих случаях:
· Когда продукт чувствителен к сдвигу-(например, моноклональные антитела, слитые белки, вирусные векторы).
· Когда требуется точное прогнозирование производительности-крупномасштабного процесса, включая поток, время фильтрации и характер загрязнения.
· Когда проводятся исследования характеристик процесса для определения расчетного пространства критических параметров процесса (CPP), таких как трансмембранное давление (TMP) и скорость поперечного потока.
Тогда есть ли другие подходящие альтернативные варианты или меры реализации? После обсуждения команда Синчен рекомендует следующий подход:
1. Определить функционально эквивалентные альтернативные мембранные кассеты.
Это предполагает выявление небольших-мембранных кассет от других поставщиков, которые демонстрируют аналогичные гидродинамические характеристики, особенно поведение при сдвиге.
Рекомендуется проконсультироваться с поставщиками мембранных кассет для ультрафильтрации и заказать продукцию лабораторного-масштаба, которая разработана на основе аналогичных принципов и демонстрирует динамику потока, сравнимую с кассетой с канальным фильтром C-, используемой в производстве.
Ключевые параметры кассет-кандидатов следует сравнить с целевой кассетой сита C-, включая высоту канала (или гидравлический диаметр), структуру сита (например, тип сита), материал мембраны и размер пор, поскольку эти факторы определяют силы сдвига, возникающие в кассетах ультрафильтрации.
2.Используйте кассету с фильтром A- и компенсируйте гидродинамические различия путем регулировки рабочих параметров.
Теоретически конфигурация сита A-обычно имеет более узкий канал потока, чем сито C-, что может привести к более высокому напряжению сдвига. Следовательно, разницу сдвига между двумя системами при одинаковом расходе сырья следует оценивать посредством расчета или моделирования вычислительной гидродинамики (CFD).
Скорость потока сырья (Q) небольшой-системы сеток A- затем следует отрегулировать так, чтобы напряжение сдвига, создаваемое на поверхности мембраны, соответствовало напряжению сдвига, создаваемому крупномасштабной системой сит -C-при заданных условиях рабочего потока.
При скорректированных условиях сдвига проведите небольшие-эксперименты для измерения ключевых показателей эффективности, таких как поток и скорость удерживания. Затем эти результаты следует сравнить с историческими данными или параллельными экспериментальными данными крупномасштабной системы -C-экрана, чтобы подтвердить ее прогностические возможности.
3. Сосредоточьтесь на конкретных аспектах и создайте модель пониженной шкалы репрезентативности-.
Если при определении характеристик процесса основное внимание уделяется не продуктам,-чувствительным к сдвигу, или если основной целью является оценка характеристик удержания мембраны, а не гидродинамики, тогда влияние различий в ситировании может быть относительно незначительным.
Поэтому необходимо продемонстрировать, что в рамках вашего исследования тип экрана не является критическим источником изменчивости. Например, если основной целью является исследование влияния ограничения молекулярной массы мембраны-(MWCO) на удержание целевого белка, и процесс протекает в условиях низкого-сдвига, то использование скрининга A- для предварительного скрининга может быть приемлемым.
Однако следует признать, что любые последующие исследования, включающие поток, загрязнение, время концентрации или агрегацию продукта, могут быть необъективными из-за различий в типах сит.
