Skala UF/DF-Modelowanie w dół za pomocą alternatywnych kaset z kanałami ekranowymi
Co należy zrobić, jeśli przestrzeń projektowa ustalona podczas charakteryzacji procesu jest szersza lub węższa niż zakresy parametrów operacyjnych stosowane do wytwarzania partii do badań klinicznych fazy III?
Ⅰ. Analiza problemu
Namysł:Pytanie dotyczy reprezentatywności-modelu zmniejszającego skalę dla procesu ultrafiltracji/diafiltracji (UF/DF). Ponieważ kaseta ultrafiltracyjna z kanałem C-screen o wymaganej wielkości porów/MWCO nie jest dostępna, planuje się zastosować kasetę ultrafiltracyjną z kanałem A-screen jako substytut. Kluczowym pytaniem jest, czy kaseta A-ekranu może służyć jako reprezentatywny model-w pomniejszeniu.
Aby odpowiedzieć na to pytanie, musimy najpierw zrozumieć, czy istnieją różnice między kasetami ultrafiltracyjnymi o różnych konstrukcjach kanałów sitowych i jaki wpływ te różnice mogą mieć na proces UF/DF.
1. Dobór różnych typów kanałów sitowych w kasetach ultrafiltracyjnych
Jeśli chodzi o wiedzę na temat różnych typów kanałów sitowych w kasetach ultrafiltracyjnych, szczegółowy opis znajduje się w (Dokument 1: Rozwój procesu ultrafiltracji/diafiltracji w zastosowaniach o wysokim stężeniu/lepkości):
Obecnie oferujemy cztery różne ekrany: (A, C, D i V) w gamie formatów kasetowych Pellicon®.
Ekran: Szczelne sito stosowane do rozcieńczonych roztworów białek lub roztworów o niskiej lepkości. Ciasny splot nie nadaje się do silnie stężonych roztworów białek, ponieważ spadek ciśnienia jest niedopuszczalnie wysoki przy większych lepkościach. Jednak ten ekran zazwyczaj zapewnia doskonałą wydajność strumienia.
Ekran C:Sito zgrubne stosowane do strumieni produktów o lepkości do 15 cP. Ekran C zapewnia dobrą wydajność strumienia, ale spadek ciśnienia przekracza granicę użytkowania, gdy wzrasta lepkość.
Ekran V: Zawieszony ekran C. Ekran V zapewnia mniejsze spadki ciśnienia niż ekran C, ale wydajność strumienia jest znacznie niższa w porównaniu z ekranem C.
ekran D: To nowe sito ma grubszą siatkę i zmieniony splot w porównaniu do standardowego sita C. Został zaprojektowany tak, aby oferować niższy spadek ciśnienia bez dużych spadków wydajności strumienia, które można zaobserwować w przypadku stosowania technologii ekranów podwieszanych.
Na podstawie powyższego opisu różnych typów ekranów i publicznie dostępnych informacji, charakterystykę różnych kanałów ekranowych można podsumować w następujący sposób:
2. Wpływ różnych typów kanałów ekranowych na procesy UF/DF
Na podstawie powyższych opisów można rozsądnie wywnioskować, że różne typy kanałów ekranujących bezpośrednio wpływają na wydajność procesu UF/DF:
Dynamika płynów i siła ścinająca:
Ponieważ struktura ekranu (siatki) determinuje wzór przepływu płynu po powierzchni membrany, a także stopień turbulencji i powstające siły ścinające.
Wydajność przenoszenia masy:
Rodzaj ekranu wpływa na polaryzację stężenia i kontrolę zanieczyszczeń membrany.
Wydajność procesu:
Takie jak końcowy strumień, współczynnik retencji i jakość produktu (np. agregacja-indukowana ścinaniem).
(Odnośnik 2: „Wpływ-indukowanego kanału ścinania na leki biologiczne podczas diafiltracji ultrafiltracyjnej (UF/DF), 2016”)pokazuje wpływ sił ścinających wywołanych różnymi konstrukcjami kanałów przesiewowych na jakość produktów biofarmaceutycznych, takich jak przeciwciała monoklonalne i białka fuzyjne.
W tym badaniu, w standardowych warunkach produkcyjnych, przy stałym strumieniu zasilania (300 LMH) i ciśnieniu transmembranowym (1,4 bara), oceniano moduły membranowe trzech producentów-MilliporeSigma, Pall i NovaSep-, w tym konfiguracje średniego ekranu, lekkiego-zawieszenia i konfiguracji z otwartym-kanałem. Jako próbki testowe wykorzystano cztery reprezentatywne leki biologiczne, w tym IgG4-wrażliwe na ścinanie, IgG1-tolerujące ścinanie i białka fuzyjne. Zastosowano metody analityczne, takie jak testy filtrowalności SEC, MFI, DLS i Vmax, aby systematycznie oceniać wydajność hydrauliczną różnych konstrukcji kanałów i ich wpływ na jakość produktu.
Wyniki eksperymentów wykazały, że struktura kanału (sitra) bezpośrednio determinuje intensywność ścinania i efektywność przenoszenia masy. Najwyższy współczynnik przenikania masy charakteryzował się kanał średniego sita; jednakże zarówno naprężenie ścinające ściany, jak i całkowite naprężenie ścinające były znacząco podwyższone. Natomiast konfiguracja z otwartym-kanałem (bez ekranu) generowała najniższe naprężenia ścinające, ale charakteryzowała się wyjątkowo słabą wydajnością przenoszenia masy, wymagającą nadmiernych cykli recyrkulacji i skutkującą niską wydajnością procesu. Kanał z lekkim zawieszeniem sitowym (Pellicon D) wykazał najlepszą ogólną wydajność. Jego współczynnik przenikania masy był tylko o 22% niższy niż w przypadku ekranu średniego, ale o 260% wyższy niż w przypadku konstrukcji z otwartym-kanałem. Tymczasem jego całkowite naprężenie ścinające było najniższe ze wszystkich konfiguracji i wynosiło zaledwie 1120 Pa. Pod względem jakości produktu białka{{11}wrażliwe na ścinanie przetwarzane przy użyciu średniego ekranu wykazały wzrost zawartości rozpuszczalnych agregatów o 78%–186% wraz ze znacznym wzrostem-niewidocznych cząstek. Wartość Vmax dla filtracji sterylizującej 0,2 µm była bardzo niska, co wskazywało na poważne zanieczyszczenie membrany i słabą filtrowalność. Natomiast próbki poddane obróbce za pomocą kanału z lekkim zawieszeniem sitowym wykazały jedynie wzrost agregacji o 0–25%, znacznie obniżony poziom cząstek i 3–18-krotną poprawę wydajności filtracji. Badania dotyczące wysokich-stężeń potwierdziły ponadto, że kanał przesiewający z zawiesiną światła utrzymuje stabilne ciśnienie transbłonowe i może z łatwością osiągać stężenia powyżej 200 g/l. Dla porównania, kanał średniego sita wykazywał gwałtowny wzrost ciśnienia przy wysokich stężeniach, co utrudniało osiągnięcie stężeń docelowych i skutkowało gorszą jakością produktu.
(Odnośnik 3: „Zachowanie ultrafiltracyjne rekombinowanych wektorów wirusowych-skojarzonych z adenotypem stosowanych w terapii genowej”, 2021)porównali wpływ projektów kanałów C-screen i D-screen na proces UF/DF wektorów AAV.
Wyniki pokazały, że w przypadku użycia ekranu D-krytyczne ciśnienie przezbłonowe (TMP) było niższe, a średni strumień zmniejszony o 14%.
Ryc.{{0}C przedstawia strumień w funkcji danych TMP przy użyciu membrany 30 kDa z ekranem „D”. W tej pracy sito D lub V nie byłoby odpowiednie do ultrafiltracji strumieni zasilających o niskiej lepkości. W poprzednich pracach naszej grupy te sprawdzone kanały wykorzystywały przeciwciała monoklonalne o wysokim stężeniu i białka fuzyjne Fc- [13,33]. W przypadku AAV2 z urządzeniem z ekranem „D” krytyczny TMP został osiągnięty przy niższym TMP niż w przypadku urządzenia z ekranem „C” pokazanego na ryc.. 2A. Zgodnie z oczekiwaniami teoretycznymi, strumień w przypadku urządzenia z przesiewaczem „D” był średnio o 14% niższy przy natężeniu przepływu nadawy Q=350 L/h/m2 i Q=500 L/h/m2 (p < 0,05) w porównaniu z urządzeniem z przesiewaczem „C”, ale nie było różnicy pomiędzy przesiewaczem „C” (RC2A) i urządzeniami z przesiewaczem „D” (RC2B) przy natężeniu przepływu nadawy Q=120 L/h/m2 (p > 0,05) (rys.. 2C).
ⅡZalecenia wdrożeniowe:
Można zatem stwierdzić, że rodzaj ekranu jest krytycznym czynnikiem wpływającym zarówno na wydajność procesu, jak i jakość produktu i należy go odpowiednio uwzględnić w-modelach zmniejszających skalę. W związku z tym w odpowiedzi na zapytanie stwierdzam, że jeśli identyczna kaseta z membraną C-screen nie jest dostępna, niewłaściwe jest proste dokonanie bezpośredniego zastąpienia w oparciu o „ten sam rozmiar porów, ale inny typ ekranu”, na przykład zastąpienie jej kasetą z membraną A-screen.
Bezpośrednie zastąpienie (tj. przy użyciu tych samych parametrów operacyjnych) zasadniczo nie jest reprezentatywne, zwłaszcza w następujących przypadkach:
· Gdy produkt jest-wrażliwy na ścinanie (np. przeciwciała monoklonalne, białka fuzyjne, wektory wirusowe).
· Gdy wymagane jest dokładne przewidywanie wydajności procesu-na dużą skalę, w tym strumienia, czasu filtracji i zanieczyszczania.
· Kiedy prowadzone są badania charakteryzujące proces w celu zdefiniowania przestrzeni projektowej krytycznych parametrów procesu (CPP), takich jak ciśnienie transmembranowe (TMP) i prędkość przepływu krzyżowego.
Czy istnieją zatem inne odpowiednie alternatywne opcje lub środki wykonawcze? Po dyskusji zespół Xingchen zaleca następujące podejście:
1. Zidentyfikować funkcjonalnie równoważne alternatywne kasety membranowe
Obejmuje to identyfikację-kaset membranowych na małą skalę od innych dostawców, które wykazują podobne właściwości hydrodynamiczne, zwłaszcza odporność na ścinanie.
Zaleca się konsultację z dostawcami kaset z membranami ultrafiltracyjnymi i zamówienie produktów w skali laboratoryjnej, które zostały zaprojektowane w oparciu o podobne zasady i wykazują dynamikę przepływu porównywalną z kasetą kanałową C-screen używaną w produkcji.
Kluczowe parametry kandydujących kaset należy porównać z docelową kasetą z ekranem C-, w tym wysokość kanału (lub średnicę hydrauliczną), strukturę ekranu (np. typ ekranu), materiał membrany i wielkość porów, ponieważ czynniki te determinują siły ścinające generowane w kasetach ultrafiltracyjnych.
2.Użyj kasety z-ekranem i skompensuj różnice hydrodynamiczne, dostosowując parametry operacyjne
Teoretycznie konfiguracja ekranu A-ma zazwyczaj węższy kanał przepływu niż ekran C-, co może powodować większe naprężenia ścinające. Dlatego różnicę ścinania między dwoma systemami przy tym samym natężeniu przepływu surowca należy oszacować za pomocą obliczeń lub symulacji obliczeniowej dynamiki płynów (CFD).
Następnie należy wyregulować natężenie przepływu surowca (Q) małego-systemu przesiewacza A-w taki sposób, aby naprężenie ścinające generowane na powierzchni membrany odpowiadało naprężeniu ścinającemu wytwarzanemu przez system przesiewacza C-o dużej skali w docelowych warunkach przepływu roboczego.
W skorygowanych warunkach ścinania przeprowadź eksperymenty-na małą skalę, aby zmierzyć kluczowe wskaźniki wydajności, takie jak przepływ i współczynnik retencji. Wyniki te należy następnie porównać z danymi historycznymi lub równoległymi danymi eksperymentalnymi z wielkoskalowego systemu-C-ekranowego, aby potwierdzić jego zdolność predykcyjną.
3.Skoncentruj się na konkretnych aspektach i ustal model-zmniejszonej skali reprezentatywności
Jeśli charakterystyka procesu nie skupia się na produktach wrażliwych na ścinanie- lub jeśli głównym celem jest ocena właściwości retencji membrany, a nie hydrodynamiki, wówczas wpływ różnic w sicie może być stosunkowo niewielki.
Dlatego konieczne jest wykazanie, że w ramach badania typ ekranu nie jest krytycznym źródłem zmienności. Na przykład, jeśli głównym celem jest zbadanie wpływu odcięcia-masy cząsteczkowej błony (MWCO) na retencję docelowego białka, a proces przebiega w warunkach niskiego-ścinania, wówczas dopuszczalne może być zastosowanie ekranu A-do wstępnej selekcji.
Należy jednak pamiętać, że wszelkie późniejsze badania dotyczące strumienia, osadzania się, czasu koncentracji lub agregacji produktu mogą być obarczone błędem ze względu na różnice w typie sita.
