UF/DF Scale-Dole modeliranje s alternativnim kazetama za zaslonski kanal
Što treba učiniti ako je prostor dizajna utvrđen tijekom karakterizacije procesa širi ili uži od raspona radnih parametara koji se koriste za proizvodnju serija kliničkih ispitivanja faze III?
Ⅰ. Analiza problema
Obzir:Pitanje se odnosi na reprezentativnost smanjenog -modela za proces ultrafiltracije/dijafiltracije (UF/DF). Budući da C-screen kanalna ultrafiltracijska kazeta s potrebnom veličinom pora/MWCO nije dostupna, planira se koristiti A-screen kanalna ultrafiltracijska kazeta kao zamjena. Ključno je pitanje može li kazeta s ekranom A- poslužiti kao reprezentativni smanjeni-model.
Da bismo odgovorili na ovo pitanje, najprije moramo razumjeti postoje li razlike između ultrafiltracijskih kazeta s različitim dizajnom sito kanala i kakav utjecaj te razlike mogu imati na UF/DF proces.
1. Odabir različitih vrsta sita kanala u ultrafiltracijskim kasetama
Što se tiče znanja o različitim tipovima sitastih kanala u ultrafiltracijskim kazetama, detaljan opis nalazi se u (Dokument 1: Razvoj procesa ultrafiltracije/dijafiltracije za aplikacije visoke koncentracije/viskoznosti):
Trenutno nudimo četiri različita zaslona: (A, C, D i V) u rasponu formata Pellicon® kazeta.
Zaslon: Čvrsto sito koje se koristi za razrijeđenu otopinu proteina ili otopine niske viskoznosti. Čvrsto tkanje nije prikladno za visoko koncentrirane otopine proteina jer je pad tlaka neprihvatljivo visok pri većim viskoznostima. Međutim, ovaj ekran obično pruža vrhunske performanse toka.
C zaslon:Grubo sito koje se koristi za tokove proizvoda viskoznosti do 15 cP. C ekran pruža dobre performanse protoka, ali pad tlaka je iznad granice upotrebe kada se viskoznost povećava.
V ekran: Viseći C ekran. V sito daje niže padove tlaka nego C sito, ali je učinak fluksa mnogo manji u usporedbi s C sitom.
D ekran: Ovo novo sito ima grublju mrežicu i izmijenjeno tkanje u usporedbi sa standardnim C sitom. Dizajniran je kako bi ponudio niži pad tlaka bez velikog gubitka performansi fluksa koji se javlja pri korištenju tehnologije visećeg zaslona.
Na temelju gornjeg opisa različitih vrsta zaslona i javno dostupnih informacija, karakteristike različitih kanala zaslona mogu se sažeti kako slijedi:
2. Utjecaj različitih vrsta kanalskih kanala na UF/DF procese
Na temelju gornjih opisa, može se razumno zaključiti da različite vrste kanala ekrana izravno utječu na izvedbu UF/DF procesa:
Dinamika fluida i posmična sila:
Budući da struktura zaslona (mreže) određuje uzorak protoka tekućine preko površine membrane, kao i stupanj turbulencije i rezultirajuće generirane sile smicanja.
Učinkovitost prijenosa mase:
Vrsta zaslona utječe na polarizaciju koncentracije i kontrolu onečišćenja membrane.
Izvedba procesa:
Kao što je konačni tok, stopa zadržavanja i kvaliteta proizvoda (npr. agregacija izazvana -smicanjem).
(Referenca 2: "Učinak kanal-induciranog smicanja na biološke lijekove tijekom ultrafiltracijske dijafiltracije (UF/DF), 2016.")pokazuje utjecaj posmičnih sila izazvanih različitim dizajnom kanala zaslona na kvalitetu biofarmaceutskih proizvoda kao što su monoklonska protutijela i fuzijski proteini.
U ovoj studiji, pod standardiziranim proizvodnim uvjetima fiksnog protoka napajanja (300 LMH) i transmembranskog tlaka (1,4 bara), procijenjeni su membranski moduli triju proizvođača-MilliporeSigma, Pall i NovaSep-, uključujući srednje sito, lagano-ovjesno sito i otvorene-kanalne konfiguracije. Četiri reprezentativna biološka lijeka, uključujući IgG4 osjetljiv na smicanje, IgG1 otporan na smicanje i fuzijske proteine, korištena su kao testni uzorci. Analitičke metode kao što su SEC, MFI, DLS i Vmax testovi filtrabilnosti primijenjeni su za sustavnu procjenu hidrauličkih performansi različitih dizajna kanala i njihov utjecaj na kvalitetu proizvoda.
Eksperimentalni rezultati pokazuju da struktura kanala (zaslona) izravno određuje intenzitet smicanja i učinkovitost prijenosa mase. Kanal srednjeg sita pokazao je najveći koeficijent prijenosa mase; međutim, i naprezanje smicanja zida i ukupno naprezanje smicanja bili su značajno povišeni. Nasuprot tome, konfiguracija s otvorenim-kanalom (bez zaslona) generirala je najniže smično naprezanje, ali je patila od izuzetno loših performansi prijenosa mase, zahtijevajući prekomjerne cikluse recirkulacije i rezultirajući niskom učinkovitošću procesa. Lagani ovjesni kanal (Pellicon D) pokazao je najbolju ukupnu izvedbu. Njegov koeficijent prijenosa mase bio je samo 22% niži od koeficijenta srednjeg zaslona, ali 260% viši od koeficijenta otvorenog-kanala. U međuvremenu, njegov ukupni smični napon bio je najniži među svim konfiguracijama, na samo 1120 Pa. Što se tiče kvalitete proizvoda, proteini osjetljivi na smicanje-obrađeni pomoću srednjeg sita pokazali su povećanje topivih agregata od 78%–186%, zajedno sa značajnim porastom sub-vidljivih čestica. Vrijednost Vmax za sterilizirajuću filtraciju od 0,2 μm bila je vrlo niska, što ukazuje na ozbiljno onečišćenje membrane i slabu sposobnost filtriranja. Nasuprot tome, uzorci obrađeni s kanalom sita sa svjetlosnom suspenzijom pokazali su samo 0%-25% povećanje agregacije, značajno smanjene razine čestica i 3-18x poboljšanje performansi filtracije. Ispitivanja koncentracije visoke-koncentracije dodatno su potvrdila da kanal za zaslon svjetlosne suspenzije održava stabilan transmembranski tlak i može lako postići koncentracije iznad 200 g/L. Za usporedbu, kanal srednjeg sita pokazao je naglo povećanje tlaka pri visokim koncentracijama, što je otežavalo postizanje ciljnih koncentracija i rezultiralo smanjenom kvalitetom proizvoda.
(Referenca 3: "Ultrafiltracijsko ponašanje rekombinantnih adeno-povezanih virusnih vektora koji se koriste u genskoj terapiji", 2021.)usporedio je utjecaj C-screen i D-screen dizajna kanala na UF/DF proces AAV vektora.
Rezultati su pokazali da je, kada je korišten D{0}}screen, kritični transmembranski tlak (TMP) bio niži, a prosječni protok smanjen za 14%.
Slika. 2C prikazuje podatke o protoku u odnosu na TMP korištenjem membrane od 30 kDa s ekranom "D". D sito ili V sito ne bi bili prikladni za ultrafiltraciju struja niske viskoznosti u ovom radu. Prošli rad naše skupine koristio je ove pregledane kanale za monoklonska protutijela visoke koncentracije i Fc-fuzijske proteine [13,33]. Za AAV2 s uređajem sa zaslonom "D", kritični TMP postignut je pri nižem TMP-u od onog s uređajem sa zaslonom "C" prikazanim na slici . 2A. U skladu s teorijskim očekivanjima, tok s uređajem sa zaslonom "D" bio je u prosjeku 14% niži pri brzinama protoka napajanja od Q=350 L/h/m2 i Q=500 L/h/m2 (p < 0,05) u usporedbi s uređajem s zaslonom "C", ali nije bilo razlike između uređaja sa zaslonom "C" (RC2A) i uređaja s zaslonom "D" (RC2B) pri brzini protoka napajanja od Q=120 L/h/m2 (p > 0,05) (Slika. 2C).
ⅡPreporuke za implementaciju:
Stoga se može zaključiti da je vrsta zaslona kritični čimbenik koji utječe i na izvedbu procesa i na kvalitetu proizvoda, te se mora pravilno uzeti u obzir u -smanjenim modelima. Sukladno tome, kao odgovor na upit, ako identična C-screen membranska kazeta nije dostupna, nije prikladno izvršiti jednostavnu izravnu zamjenu na temelju "iste veličine pora, ali različite vrste zaslona", kao što je zamjena s A-screen membranskom kazetom.
Izravna zamjena (tj. korištenje istih radnih parametara) općenito nije reprezentativna, posebno u sljedećim slučajevima:
· Kada je proizvod osjetljiv-na smicanje (npr. monoklonska protutijela, fuzijski proteini, virusni vektori).
· Kada je potrebno točno predviđanje izvedbe -procesa velikih razmjera, uključujući fluks, vrijeme filtracije i ponašanje onečišćenja.
· Kada se provode studije karakterizacije procesa za definiranje projektnog prostora kritičnih procesnih parametara (CPP), kao što su transmembranski tlak (TMP) i brzina poprečnog protoka.
Postoje li onda druge prikladne alternativne opcije ili provedbene mjere? Nakon rasprave, Xingchen tim preporučuje sljedeći pristup:
1．Identificirajte funkcionalno ekvivalentne alternativne membranske kazete
To uključuje prepoznavanje membranskih kazeta malih-razmjera drugih dobavljača koje pokazuju slične hidrodinamičke karakteristike, posebice ponašanje pri smicanju.
Preporuča se konzultirati dobavljače kazeta s ultrafiltracijskom membranom i zatražiti laboratorijske-proizvode koji su dizajnirani na sličnim principima i pokazuju dinamiku protoka usporedivu s C-screen kanalnom kazetom koja se koristi u proizvodnji.
Ključne parametre kazeta kandidata potrebno je usporediti s ciljnom C{0}}kazetom sita, uključujući visinu kanala (ili hidraulički promjer), strukturu sita (npr. vrstu sita), materijal membrane i veličinu pora, budući da ti čimbenici određuju sile smicanja koje se generiraju u ultrafiltracijskim kasetama.
2. Upotrijebite kasetu s ekranom A- i nadoknadite hidrodinamičke razlike podešavanjem radnih parametara
U teoriji, konfiguracija sita A- obično ima čvršći kanal protoka od sita C-, što može rezultirati većim smičnim naprezanjem. Stoga bi se razlika smicanja između dva sustava pri istoj brzini protoka punjenja trebala procijeniti proračunom ili simulacijom računalne dinamike fluida (CFD).
Brzina protoka dovoda (Q) malog -sustava A-sita tada bi se trebala prilagoditi tako da posmično naprezanje generirano na površini membrane odgovara smičnom naprezanju koje proizvodi veliki -sustav C-sita pod ciljanim radnim uvjetima protoka.
Pod prilagođenim uvjetima smicanja, provedite male-eksperimente za mjerenje ključnih pokazatelja izvedbe kao što su tok i stopa zadržavanja. Te rezultate zatim treba usporediti s povijesnim podacima ili usporednim eksperimentalnim podacima iz C-sustava velikog-razmjera kako bi se potvrdila njegova sposobnost predviđanja.
3. Usredotočite se na određene aspekte i uspostavite model smanjene reprezentativnosti-naniže
Ako fokus karakterizacije procesa nije na proizvodima osjetljivim-na smicanje ili ako je primarni cilj procijeniti karakteristike zadržavanja membrane, a ne hidrodinamike, tada bi utjecaj razlika u ekranu mogao biti relativno mali.
Stoga je potrebno pokazati da, u okviru vaše studije, vrsta zaslona nije kritični izvor varijabilnosti. Na primjer, ako je glavni cilj istražiti učinak smanjenja molekularne težine membrane (MWCO) na zadržavanje ciljnog proteina, a proces se odvija u uvjetima niskog -smicanja, tada bi korištenje A-projekta za preliminarni pregled moglo biti prihvatljivo.
Međutim, treba priznati da sve naknadne studije koje uključuju fluks, onečišćenje, vrijeme koncentracije ili agregaciju proizvoda mogu biti pristrane zbog razlika u vrsti sita.
