UF/DF Scale-Down Modeling с алтернативни екранни касети с канали
Какво трябва да се направи, ако пространството за проектиране, установено по време на характеризирането на процеса, е по-широко или по-тясно от диапазоните на работните параметри, използвани за производство на партиди от фаза III на клинични изпитвания?
Ⅰ. Анализ на проблема
Съображение:Въпросът се отнася до представителността на-мащабен модел за процес на ултрафилтрация/диафилтрация (UF/DF). Тъй като не е налична касета за ултрафилтрация с екранен канал C- с необходимия размер на порите/MWCO, се планира да се използва касета за ултрафилтрация с екранен канал A- като заместител. Ключовият въпрос е дали касетата с екран A-може да служи като представителен умален-модел.
За да отговорим на този въпрос, първо трябва да разберем дали има разлики между касетите за ултрафилтрация с различни дизайни на ситовите канали и какво влияние могат да имат тези разлики върху UF/DF процеса.
1. Избор на различни типове екранни канали в ултрафилтрационни касети
По отношение на познаването на различните типове екранни канали в ултрафилтрационните касети, подробно описание е предоставено в (Документ 1: Разработване на процес на ултрафилтрация/диафилтрация за приложения с висока концентрация/вискозитет):
Понастоящем предлагаме четири различни екрана: (A, C, D и V) в диапазона на касетния формат Pellicon®.
Екран: Плътно сито, което се използва за разреден протеинов разтвор или разтвори с нисък вискозитет. Плътната тъкан не е подходяща за силно концентрирани протеинови разтвори, тъй като спадът на налягането е неприемливо висок при по-висок вискозитет. Този екран обаче обикновено осигурява превъзходна производителност на потока.
C екран:Грубо сито, което се използва за продуктови потоци с вискозитет до 15 cP. Ситото C осигурява добра производителност на потока, но спадът на налягането е над границата на използване, когато вискозитетът се увеличи.
V екран: Окачен C екран. V екранът дава по-ниски падове на налягане от C екран, но производителността на потока е много по-ниска в сравнение с C screen.
D екран: Този нов екран има по-груба мрежа и променено тъкане в сравнение със стандартния C екран. Той е проектиран да предлага по-нисък спад на налягането без голямото влошаване на производителността на потока, което се наблюдава при използване на технология за окачен екран.
Въз основа на горното описание на различните типове екрани и публично достъпна информация, характеристиките на различните екранни канали могат да бъдат обобщени, както следва:
2. Въздействие на различните типове екранни канали върху UF/DF процесите
Въз основа на описанията по-горе, може да се направи разумно заключение, че различните типове екранни канали пряко влияят на ефективността на UF/DF процеса:
Динамика на флуида и сила на срязване:
Тъй като структурата на екрана (мрежата) определя модела на потока на течността през повърхността на мембраната, както и степента на турбулентност и произтичащите от това генерирани сили на срязване.
Ефективност на масов трансфер:
Типът екран влияе върху поляризацията на концентрацията и контрола на замърсяването на мембраната.
Производителност на процеса:
Като краен поток, процент на задържане и качество на продукта (напр. срязване-индуцирано агрегиране).
(Референция 2: „Ефект на канал-индуцирано срязване върху биологични продукти по време на ултрафилтрационна диафилтрация (UF/DF), 2016 г.“)демонстрира въздействието на силите на срязване, предизвикани от различни дизайни на екранни канали върху качеството на биофармацевтични продукти като моноклонални антитела и слети протеини.
В това проучване при стандартизирани производствени условия на фиксиран захранващ поток (300 LMH) и трансмембранно налягане (1,4 бара) бяха оценени мембранни модули от трима производители-MilliporeSigma, Pall и NovaSep-, включително конфигурации със среден екран, лек-суспензионен екран и отворен-канал. Четири представителни биологични вещества, включително чувствителен на срязване IgG4, толерантен на срязване- IgG1 и слети протеини, бяха използвани като тестови проби. Аналитични методи като SEC, MFI, DLS и Vmax тестове за филтрируемост бяха приложени за систематична оценка на хидравличната производителност на различни дизайни на канали и тяхното въздействие върху качеството на продукта.
Експерименталните резултати показват, че структурата на канала (екрана) директно определя интензитета на срязване и ефективността на пренос на маса. Средният канал на екрана показва най-висок коефициент на пренос на маса; обаче напрежението на срязване на стената и общото напрежение на срязване бяха значително повишени. За разлика от това, конфигурацията с отворен-канал (без екран) генерира най-ниското напрежение на срязване, но страда от изключително лошо представяне на пренос на маса, което изисква прекомерни цикли на рециркулация и води до ниска ефективност на процеса. Каналът на ситото за леко окачване (Pellicon D) демонстрира най-доброто цялостно представяне. Неговият коефициент на масов трансфер беше само 22% по-нисък от този на средния екран, но с 260% по-висок от този на дизайна с отворен-канал. Междувременно общото му напрежение на срязване беше най-ниското сред всички конфигурации, само 1120 Pa. По отношение на качеството на продукта, чувствителните на срязване-протеини, обработени с помощта на средно сито, показаха 78%–186% увеличение на разтворимите агрегати, заедно със значително увеличение на под-видимите частици. Стойността Vmax за 0,2 μm стерилизираща филтрация беше много ниска, което показва сериозно замърсяване на мембраната и лоша филтрируемост. За разлика от това, пробите, обработени с канала за сито за светлинна суспензия, показват само 0%–25% увеличение на агрегацията, значително намалени нива на частици и 3–18 пъти подобрение на ефективността на филтриране. Проучванията за концентрация с висока -концентрация допълнително потвърдиха, че екраниращият канал на леката суспензия поддържа стабилно трансмембранно налягане и лесно може да постигне концентрации над 200 g/L. За сравнение, каналът със среден екран показва рязко увеличение на налягането при високи концентрации, което затруднява достигането на целевите концентрации и води до влошено качество на продукта.
(Референция 3: „Ултрафилтрационно поведение на рекомбинантни адено-свързани вирусни вектори, използвани в генната терапия“, 2021 г.)сравнява въздействието на дизайна на C-screen и D-screen канали върху UF/DF процеса на AAV вектори.
Резултатите показват, че когато се използва D-екран, критичното трансмембранно налягане (TMP) е по-ниско и средният поток е намален с 14%.
Фигура. 2C представя данни за поток спрямо TMP при използване на мембрана от 30 kDa с екран „D“. Ситото D или V ситото не би било подходящо за ултрафилтрация на захранващи потоци с нисък вискозитет в тази работа. Предишната работа на нашата група е използвала тези скринирани канали за моноклонални антитела с висока концентрация и Fc-слети протеини [13,33]. За AAV2 с устройство с екран „D“, критичната TMP е достигната при по-ниска TMP от тази с устройството с екран „C“, показано на Фигура . 2A. В съответствие с теоретичните очаквания, потокът с устройството с екран "D" е средно с 14% по-нисък при скорости на захранващия поток от Q=350 L/h/m2 и Q=500 L/h/m2 (p <0,05) в сравнение с устройството с екран "C", но няма разлика между устройствата с екран "C" (RC2A) и устройствата с екран "D" (RC2B) при скорост на потока на захранване Q=120 L/h/m2 (p > 0,05) (Фигура. 2C).
ⅡПрепоръки за изпълнение:
Следователно може да се заключи, че типът екран е критичен фактор, който влияе както върху производителността на процеса, така и върху качеството на продукта, и трябва да бъде правилно взет под внимание в моделите-надолу. Съответно, в отговор на запитването, ако идентична C-screen мембранна касета не е налична, не е подходящо просто да се извърши директна замяна въз основа на „същия размер на порите, но различен тип екран“, като например замяната й с A-screen мембранна касета.
Директното заместване (т.е. използване на същите работни параметри) обикновено не е представително, особено в следните случаи:
· Когато продуктът е чувствителен-на срязване (напр. моноклонални антитела, слети протеини, вирусни вектори).
· Когато се изисква точно прогнозиране на -производителността на процеса в голям мащаб, включително поток, време за филтриране и поведение на замърсяване.
· Когато се провеждат проучвания за характеризиране на процеса, за да се определи проектното пространство на критичните параметри на процеса (CPP), като трансмембранно налягане (TMP) и скорост на кръстосания поток.
Тогава има ли други подходящи алтернативни варианти или мерки за прилагане? След обсъждане екипът на Xingchen препоръчва следния подход:
1．Идентифицирайте функционално еквивалентни алтернативни мембранни касети
Това включва идентифициране на мембранни касети с малък-мащаб от други доставчици, които показват подобни хидродинамични характеристики, по-специално поведение при срязване.
Препоръчително е да се консултирате с доставчиците на касети с ултрафилтрационна мембрана и да поискате продукти в лабораторни-мащаби, които са проектирани на базата на подобни принципи и показват динамика на потока, сравнима с касетата с C-screen канал, използвана в производството.
Ключовите параметри на кандидат касетите трябва да бъдат сравнени с целевата C-решетна касета, включително височина на канала (или хидравличен диаметър), структура на екрана (напр. тип екран), материал на мембраната и размер на порите, тъй като тези фактори определят силите на срязване, генерирани в ултрафилтрационните касети.
2. Използвайте A-екранна касета и компенсирайте хидродинамичните разлики чрез регулиране на работните параметри
На теория конфигурацията на сито A- обикновено има по-тесен канал за поток от сито C-, което може да доведе до по-високо напрежение на срязване. Следователно разликата в срязване между двете системи при една и съща скорост на захранващ поток трябва да се оцени чрез изчисление или симулация на изчислителна динамика на флуида (CFD).
Скоростта на захранващия поток (Q) на малката -мащабна A-ситова система след това трябва да се регулира така, че напрежението на срязване, генерирано на повърхността на мембраната, да съответства на срязващото напрежение, произведено от -мащабната C-ситова система при целевите работни условия на потока.
При коригираните условия на срязване провеждайте-мащабни експерименти за измерване на ключови показатели за ефективност като поток и степен на задържане. След това тези резултати трябва да бъдат сравнени с исторически данни или паралелни експериментални данни от широко-мащабната C-екранна система, за да се потвърди нейната способност за прогнозиране.
3. Съсредоточете се върху конкретни аспекти и установете намален модел на представителност-надолу
Ако фокусът на характеризирането на процеса не е върху чувствителните-продукти или ако основната цел е да се оценят характеристиките на задържане на мембраната, а не хидродинамиката, тогава въздействието на разликите в екрана може да е относително незначително.
Следователно е необходимо да се докаже, че в рамките на вашето изследване типът екран не е критичен източник на променливост. Например, ако основната цел е да се изследва ефектът от прекъсване-на молекулно тегло на мембраната (MWCO) върху задържането на целевия протеин и процесът работи при условия на ниско-срязване, тогава използването на A-екран за предварителен скрининг може да бъде приемливо.
Въпреки това, трябва да се признае, че всички последващи изследвания, включващи поток, замърсяване, време на концентрация или агрегиране на продукта, могат да бъдат предубедени поради разликите в типа на екрана.
