Scalare UF/DF-Modelare în jos cu casete alternative pentru canale de ecran

Ce ar trebui făcut dacă spațiul de proiectare stabilit în timpul caracterizării procesului este fie mai larg, fie mai îngust decât intervalele de parametri de operare utilizate pentru fabricarea loturilor de studii clinice de fază III?

Ⅰ. Analiza problemei

Considerare:Întrebarea se referă la reprezentativitatea unui model de reducere-pentru un proces de ultrafiltrare/diafiltrare (UF/DF). Deoarece o casetă de ultrafiltrare cu canal de ecran C-cu dimensiunea necesară a porilor/MWCO nu este disponibilă, este planificată să fie utilizată ca înlocuitor o casetă de ultrafiltrare cu canal de ecran A{-. Întrebarea cheie este dacă caseta cu ecran A-poate servi ca model reprezentativ-în jos.

Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie mai întâi să înțelegem dacă există diferențe între casetele de ultrafiltrare cu design diferite de canale de ecran și ce impact pot avea aceste diferențe asupra procesului UF/DF.

1. Selectarea diferitelor tipuri de canale de ecran în casetele de ultrafiltrare

 

În ceea ce privește cunoașterea diferitelor tipuri de canale de ecran în casetele de ultrafiltrare, o descriere detaliată este furnizată în (Documentul 1: Dezvoltarea procesului de ultrafiltrare/diafiltrare a aplicațiilor cu concentrație mare/vâscozitate):

În prezent oferim patru ecrane diferite: (A, C, D și V) în gama de format de casetă Pellicon®.

 

Un ecran: Un ecran etanș care este utilizat pentru soluții de proteine ​​diluate sau soluții cu vâscozitate scăzută. Țesătura strânsă nu este potrivită pentru soluții de proteine ​​foarte concentrate, deoarece căderea de presiune este inacceptabil de mare la vâscozități mai mari. Cu toate acestea, acest ecran oferă de obicei performanțe superioare de flux.

 

Ecranul C:O sită grosieră care este utilizată pentru fluxuri de produse cu vâscozitate de până la 15 cP. Ecranul C oferă o performanță bună a fluxului, dar căderea de presiune este peste limita de utilizare atunci când vâscozitatea crește.

 

Ecran V: Un ecran C suspendat. Ecranul V oferă căderi de presiune mai mici decât ecranul C, dar performanța fluxului este mult mai scăzută în comparație cu ecranul C.

 

Ecran D: Acest nou ecran are o plasă mai grosieră și o țesătură alterată în comparație cu ecranul C standard. A fost conceput pentru a oferi o cădere de presiune mai mică, fără penalizarea mare a performanței fluxului găsită atunci când se utilizează o tehnologie de ecran suspendat.

 

Pe baza descrierii de mai sus a diferitelor tipuri de ecran și a informațiilor disponibile publicului, caracteristicile diferitelor canale de ecran pot fi rezumate după cum urmează:

 

2. Impactul diferitelor tipuri de canale de ecran asupra proceselor UF/DF

Pe baza descrierilor de mai sus, se poate deduce în mod rezonabil că diferitele tipuri de canale de ecran afectează direct performanța procesului UF/DF:

 

Dinamica fluidelor și forța tăietoare:
 

Deoarece structura ecranului (plasă) determină modelul de curgere al fluidului pe suprafața membranei, precum și gradul de turbulență și forțele de forfecare rezultate generate.

 

Eficiența transferului de masă:
 

Tipul de ecran afectează polarizarea concentrației și controlul murdării membranei.

 

Performanța procesului:
 

Cum ar fi fluxul final, rata de retenție și calitatea produsului (de exemplu, agregarea indusă de forfecare-).

 

(Referința 2: „Efectul forfecării induse de canal- asupra substanțelor biologice în timpul diafiltrației prin ultrafiltrare (UF/DF), 2016”)demonstrează impactul forțelor de forfecare induse de diferite modele de canale de ecran asupra calității produselor biofarmaceutice, cum ar fi anticorpii monoclonali și proteinele de fuziune.

În acest studiu, în condiții de producție standardizate de flux de alimentare fix (300 LMH) și presiune transmembranară (1,4 bar), au fost evaluate module de membrană de la trei producători-MilliporeSigma, Pall și NovaSep-, inclusiv configurații cu ecran mediu, ecran cu suspensie ușoară-și canal deschis-. Ca probe de testare au fost utilizate patru substanțe biologice reprezentative, inclusiv IgG4-sensibilă la forfecare, IgG1 tolerantă la forfecare-și proteine ​​de fuziune. Au fost aplicate metode analitice precum testele de filtrabilitate SEC, MFI, DLS și Vmax pentru a evalua sistematic performanța hidraulică a diferitelor modele de canale și impactul acestora asupra calității produsului.

Rezultatele experimentale arată că structura canalului (ecranului) determină în mod direct intensitatea de forfecare și eficiența transferului de masă. Canalul ecranului mediu a prezentat cel mai mare coeficient de transfer de masă; totuși, atât efortul de forfecare a peretelui, cât și efortul total de forfecare au fost semnificativ crescute. În schimb, configurația cu canal deschis-(fără ecran) a generat cea mai mică efort de forfecare, dar a suferit de o performanță extrem de slabă a transferului de masă, necesitând cicluri excesive de recirculare și ducând la o eficiență scăzută a procesului. Canalul ecranului cu suspensie ușoară (Pellicon D) a demonstrat cea mai bună performanță generală. Coeficientul său de transfer de masă a fost cu doar 22% mai mic decât cel al ecranului mediu, dar cu 260% mai mare decât cel al designului cu canal deschis-. Între timp, tensiunea totală de forfecare a fost cea mai scăzută dintre toate configurațiile, la doar 1120 Pa. În ceea ce privește calitatea produsului, proteinele sensibile la forfecare procesate folosind sita medie au prezentat o creștere cu 78%-186% a agregatelor solubile, împreună cu o creștere semnificativă a particulelor sub{14}vizibile. Valoarea Vmax pentru filtrarea de sterilizare de 0,2 μm a fost foarte scăzută, indicând murdărirea severă a membranei și filtrabilitate slabă. Prin contrast, probele procesate cu canalul de ecran de suspensie ușoară au arătat doar o creștere de 0%-25% a agregarii, niveluri de particule reduse semnificativ și o îmbunătățire de 3-18 ori a performanței de filtrare. Studiile de concentrație înaltă-concentrație au confirmat în continuare că canalul ecranului de suspensie ușoară a menținut o presiune transmembranară stabilă și ar putea atinge cu ușurință concentrații de peste 200 g/L. În comparație, canalul de ecran mediu a prezentat o creștere bruscă a presiunii la concentrații mari, făcând dificilă atingerea concentrațiilor țintă și rezultând în calitatea produsului degradată.

 

(Referința 3: „Comportamentul de ultrafiltrare al vectorilor virali adeno-asociați recombinanți utilizați în terapia genică”, 2021)a comparat impactul modelelor de canale C-ecran și D-spre procesul UF/DF al vectorilor AAV.

Rezultatele au arătat că atunci când a fost folosit ecranul D-, presiunea critică transmembranară (TMP) a fost mai mică, iar fluxul mediu a fost redus cu 14%.

Fig. 2C prezintă flux versus date TMP utilizând membrana de 30 kDa cu ecranul „D”. Sita D sau sita V nu ar fi potrivită pentru ultrafiltrarea fluxurilor de alimentare cu vâscozitate scăzută în această lucrare. Lucrările anterioare ale grupului nostru au folosit aceste canale ecranate pentru anticorpi monoclonali de concentrație mare și proteine ​​de fuziune Fc-[13,33]. Pentru AAV2 cu dispozitivul cu ecran „D”, TMP-ul critic a fost atins la TMP mai mic decât cel cu dispozitivul cu ecran „C” prezentat în Fig. 2A. În concordanță cu așteptările teoretice, fluxul cu dispozitivul cu ecran „D” a fost în medie cu 14% mai mic la debitele de alimentare de Q=350 L/h/m2 și Q=500 L/h/m2 (p < 0,05) în comparație cu dispozitivul cu ecran „C”, dar nu a existat nicio diferență între ecranul „C” (RC2A) și dispozitivul cu debitul de alimentare (RC2A) al dispozitivului (RC2B)=120 L/h/m2 (p > 0,05) (Fig{. 2C).

ⅡRecomandări de implementare:

Prin urmare, se poate trage concluzia că tipul de ecran este un factor critic care afectează atât performanța procesului, cât și calitatea produsului și trebuie luat în considerare în mod corespunzător în modelele la -scădere. În consecință, ca răspuns la întrebare, dacă nu este disponibilă o casetă identică cu membrană C-, nu este adecvat să se efectueze pur și simplu o înlocuire directă bazată pe „aceeași dimensiune a porilor, dar tip diferit de ecran”, cum ar fi înlocuirea acesteia cu o casetă cu membrană A-.

Înlocuirea directă (adică, folosind aceiași parametri de funcționare) nu este în general reprezentativă, mai ales în următoarele cazuri:

· Când produsul este sensibil-la forfecare (de exemplu, anticorpi monoclonali, proteine ​​de fuziune, vectori virali).

· Când este necesară o predicție precisă a-performanței procesului la scară largă, inclusiv fluxul, timpul de filtrare și comportamentul de murdărie.

· Când sunt efectuate studii de caracterizare a procesului pentru a defini spațiul de proiectare al parametrilor critici ai procesului (CPP), cum ar fi presiunea transmembranară (TMP) și viteza fluxului transversal.

Atunci există alte opțiuni alternative adecvate sau măsuri de implementare? După discuții, echipa Xingchen recomandă următoarea abordare:

 

1. Identificați casete alternative cu membrană echivalente funcțional

Aceasta implică identificarea casetelor cu membrană la scară mică-de la alți furnizori care prezintă caracteristici hidrodinamice similare, în special comportamentul la forfecare.

Se recomandă să consultați furnizorii de casete cu membrană de ultrafiltrare și să solicitați produse la scară{0}}de laborator care sunt proiectate pe principii similare și prezintă o dinamică a fluxului comparabilă cu caseta cu canal de ecran C-utilizată în producție.

Parametrii cheie ai casetelor candidate ar trebui comparați cu caseta de ecran C-țintă, inclusiv înălțimea canalului (sau diametrul hidraulic), structura ecranului (de exemplu, tipul ecranului), materialul membranei și dimensiunea porilor, deoarece acești factori determină forțele de forfecare generate în casetele de ultrafiltrare.

 

2.Utilizați o casetă cu ecran A-și compensați diferențele hidrodinamice prin ajustarea parametrilor de funcționare

În teorie, configurația ecranului A-are de obicei un canal de curgere mai strâns decât ecranul C-, ceea ce poate duce la o tensiune de forfecare mai mare. Prin urmare, diferența de forfecare dintre cele două sisteme la același debit de alimentare ar trebui estimată prin calcul sau simulare computațională a dinamicii fluidelor (CFD).

Debitul de alimentare (Q) al sistemului de sită-la scară mică A{-ar trebui apoi ajustat astfel încât solicitarea de forfecare generată la suprafața membranei să se potrivească cu efortul de forfecare produs de sistemul de sită-la scară mare C-în condițiile de curgere de funcționare țintă.

În condițiile de forfecare ajustate, efectuați experimente la scară mică-pentru a măsura indicatorii cheie de performanță, cum ar fi fluxul și rata de retenție. Aceste rezultate ar trebui apoi comparate cu datele istorice sau cu datele experimentale paralele din sistemul de ecran C-la scară largă C-, pentru a valida capacitatea sa de predicție.

 

3.Concentrează-te pe aspecte specifice și stabilește un model redus de reprezentativitate-în jos

Dacă se concentrează caracterizarea procesului nu se pune pe produsele sensibile la forfecare-sau dacă obiectivul principal este evaluarea caracteristicilor de retenție a membranei mai degrabă decât a hidrodinamicii, atunci impactul diferențelor de ecran poate fi relativ minor.

Prin urmare, este necesar să se demonstreze că, în cadrul studiului dumneavoastră, tipul de ecran nu este o sursă critică de variabilitate. De exemplu, dacă obiectivul principal este de a investiga efectul reducerii greutății moleculare a membranei-(MWCO) asupra reținerii unei proteine ​​țintă, iar procesul funcționează în condiții de-forfecare scăzută, atunci poate fi acceptabilă utilizarea unui ecran A-pentru screeningul preliminar.

Cu toate acestea, ar trebui să se recunoască faptul că orice studii ulterioare care implică flux, murdărire, timpul de concentrare sau agregarea produsului poate fi părtinitoare din cauza diferențelor de tip de ecran.