Měřítko UF/DF-Modelování dolů s alternativními kazetami s kanálem obrazovky

Co by se mělo udělat, pokud je návrhový prostor stanovený během charakterizace procesu širší nebo užší než rozsahy provozních parametrů používané pro výrobu šarží klinického hodnocení fáze III?

Ⅰ. Analýza problému

Zvažování:Otázka se týká reprezentativnosti zmenšeného-modelu pro proces ultrafiltrace/diafiltrace (UF/DF). Protože není k dispozici ultrafiltrační kazeta s kanálem C-s požadovanou velikostí pórů/MWCO, plánuje se jako náhrada použít ultrafiltrační kazetu s kanálem obrazovky A-. Klíčovou otázkou je, zda A-kazeta s obrazovkou může sloužit jako reprezentativní zmenšený-model.

Abychom na tuto otázku odpověděli, musíme nejprve pochopit, zda existují rozdíly mezi ultrafiltračními kazetami s různými konstrukcemi sítových kanálů a jaký dopad mohou mít tyto rozdíly na proces UF/DF.

1. Výběr různých typů kanálů obrazovky v ultrafiltračních kazetách

 

Pokud jde o znalost různých typů sítových kanálů v ultrafiltračních kazetách, podrobný popis je uveden v (Dokument 1: Vývoj procesu ultrafiltrace/diafiltrace aplikací s vysokou koncentrací/viskozitou):

V současné době nabízíme čtyři různé obrazovky: (A, C, D a V) v řadě formátů kazet Pellicon®.

 

Obrazovka: Těsné síto, které se používá pro zředěný proteinový roztok nebo roztoky s nízkou viskozitou. Pevná vazba není vhodná pro vysoce koncentrované proteinové roztoky, protože při vyšších viskozitách je tlaková ztráta nepřijatelně vysoká. Tato clona však obvykle poskytuje vynikající výkon toku.

 

C obrazovka:Hrubé síto, které se používá pro proudy produktů s viskozitou do 15 cP. Síto C poskytuje dobrý výkon tavidla, ale při zvýšení viskozity je pokles tlaku nad limitem použití.

 

V obrazovka: Závěsná C obrazovka. V síto poskytuje nižší tlakové ztráty než C síto, ale výkon toku je mnohem nižší ve srovnání s C sítem.

 

D obrazovka: Toto nové síto má hrubší síť a změněnou vazbu ve srovnání se standardním sítem C. Byl navržen tak, aby nabízel nižší tlakovou ztrátu bez velkého snížení výkonu toku zjištěného při použití technologie zavěšeného síta.

 

Na základě výše uvedeného popisu různých typů obrazovek a veřejně dostupných informací lze charakteristiky různých kanálů obrazovek shrnout následovně:

 

2. Vliv různých typů kanálů obrazovky na procesy UF/DF

Na základě výše uvedených popisů lze rozumně odvodit, že různé typy kanálů obrazovky přímo ovlivňují výkon procesu UF/DF:

 

Dynamika tekutin a smyková síla:
 

Protože struktura síta (síťoviny) určuje vzor proudění tekutiny přes povrch membrány, stejně jako stupeň turbulence a výsledné generované smykové síly.

 

Účinnost přenosu hmoty:
 

Typ síta ovlivňuje koncentrační polarizaci a kontrolu zanášení membrány.

 

Výkon procesu:
 

Jako je konečný tok, míra retence a kvalita produktu (např. smykem{2}}indukovaná agregace).

 

(Odkaz 2: "Vliv kanálem-indukovaného smyku na biologické látky během ultrafiltrační diafiltrace (UF/DF), 2016")demonstruje dopad smykových sil vyvolaných různými konstrukcemi screeningových kanálů na kvalitu biofarmaceutických produktů, jako jsou monoklonální protilátky a fúzní proteiny.

V této studii byly za standardizovaných výrobních podmínek pevného přívodního toku (300 LMH) a transmembránového tlaku (1,4 baru) hodnoceny membránové moduly od tří výrobců-MilliporeSigma, Pall a NovaSep-, včetně konfigurací střední obrazovky, lehkého-závěsu a otevřených{5}}kanálů. Jako testovací vzorky byly použity čtyři reprezentativní biologické látky, včetně IgG4 citlivých na střih, IgG1 tolerantní ke smyku- a fúzních proteinů. Analytické metody, jako jsou testy filtrovatelnosti SEC, MFI, DLS a Vmax, byly použity k systematickému hodnocení hydraulického výkonu různých konstrukcí kanálů a jejich dopadu na kvalitu produktu.

Experimentální výsledky ukazují, že struktura kanálu (síta) přímo určuje intenzitu smyku a účinnost přenosu hmoty. Kanál středního síta vykazoval nejvyšší koeficient přenosu hmoty; avšak smykové napětí stěny i celkové smykové napětí byly významně zvýšené. Naproti tomu konfigurace s otevřeným-kanálem (bez obrazovky) generovala nejnižší smykové napětí, ale trpěla extrémně špatným výkonem přenosu hmoty, což vyžadovalo nadměrné cykly recirkulace a mělo za následek nízkou efektivitu procesu. Kanál síta s lehkým závěsem (Pellicon D) vykazoval nejlepší celkový výkon. Jeho koeficient přenosu hmoty byl pouze o 22 % nižší než u střední obrazovky, ale o 260 % ​​vyšší než u designu s otevřeným-kanálem. Mezitím bylo jeho celkové smykové napětí nejnižší ze všech konfigurací, pouze 1120 Pa. Pokud jde o kvalitu produktu, proteiny citlivé na smyk zpracované pomocí středního síta vykázaly 78%–186% nárůst rozpustných agregátů spolu s významným nárůstem sub{14}}viditelných částic. Hodnota Vmax pro 0,2 μm sterilizační filtraci byla velmi nízká, což ukazuje na silné znečištění membrány a špatnou filtrovatelnost. Naproti tomu vzorky zpracované sítovým kanálem pro světelnou suspenzi vykazovaly pouze 0%–25% zvýšení agregace, významně snížené hladiny částic a 3–18násobné zlepšení filtračního výkonu. Studie vysoké koncentrace -další potvrdily, že světelný závěsný kanálek ​​obrazovky udržoval stabilní transmembránový tlak a mohl snadno dosáhnout koncentrací nad 200 g/l. Pro srovnání, kanál středního síta vykazoval prudký nárůst tlaku při vysokých koncentracích, což ztěžovalo dosažení cílových koncentrací a vedlo ke zhoršení kvality produktu.

 

(Reference 3: "Ultrafiltrační chování rekombinantních adeno-asociovaných virových vektorů používaných v genové terapii", 2021)porovnali dopad návrhů kanálů C-screen a D{1}}screen na proces UF/DF vektorů AAV.

Výsledky ukázaly, že při použití D-síta byl kritický transmembránový tlak (TMP) nižší a průměrný tok se snížil o 14 %.

Obr. 2C ukazuje tok versus data TMP s použitím 30 kDa membrány s "D" obrazovkou. Síto D nebo V síto by v této práci nebylo vhodné pro ultrafiltraci nízkoviskózních vstupních proudů. Minulá práce naší skupiny používala tyto screenované kanály pro vysoké koncentrace monoklonálních protilátek a Fc-fúzních proteinů [13,33]. U AAV2 se zařízením s obrazovkou „D“ bylo kritického TMP dosaženo při nižší TMP než u zařízení s obrazovkou „C“ znázorněného na obr.. 2A. V souladu s teoretickými očekáváními byl tok u zařízení s obrazovkou „D“ v průměru o 14 % nižší při průtoku Q=350 L/h/m2 a Q=500 L/h/m2 (p < 0,05) ve srovnání se zařízením s obrazovkou „C“, ale nebyl žádný rozdíl mezi zařízením s obrazovkou „C“ (RC2A) (Q{2B9) u zařízení s průtokem {RC2B}}. L/h/m2 (p > 0,05) (obr. . 2C).

ⅡImplementační doporučení:

Lze tedy dojít k závěru, že typ obrazovky je kritickým faktorem ovlivňujícím výkon procesu i kvalitu produktu a musí být řádně zvažován v modelech zmenšení-zmenšení. Pokud tedy v reakci na dotaz není k dispozici identická kazeta s membránou C-, není vhodné jednoduše provést přímou náhradu založenou na „stejné velikosti pórů, ale odlišného typu obrazovky“, jako je její nahrazení kazetou s membránou obrazovky A-.

Přímá substituce (tj. použití stejných provozních parametrů) není obecně reprezentativní, zejména v následujících případech:

· Když je produkt citlivý na smyk- (např. monoklonální protilátky, fúzní proteiny, virové vektory).

· Když je vyžadována přesná předpověď výkonnosti procesu ve velkém{0}}měřítku, včetně toku, doby filtrace a zanášení.

· Když se provádějí studie charakterizace procesu za účelem definování prostoru návrhu kritických parametrů procesu (CPP), jako je transmembránový tlak (TMP) a rychlost příčného toku.

Existují tedy nějaké další vhodné alternativní možnosti nebo prováděcí opatření? Po diskusi doporučuje tým Xingchen následující přístup:

 

1．Identifikujte funkčně ekvivalentní alternativní membránové kazety

To zahrnuje identifikaci malých-membránových kazet od jiných dodavatelů, které vykazují podobné hydrodynamické vlastnosti, zejména chování ve smyku.

Doporučuje se konzultovat dodavatele ultrafiltračních membránových kazet a požadovat laboratorní-výrobky, které jsou navrženy na podobných principech a vykazují dynamiku proudění srovnatelnou s C-kanálovou kazetou používanou při výrobě.

Key parameters of candidate cassettes should be compared with the target C-screen cassette, including channel height (or hydraulic diameter), screen structure (e.g., screen type), membrane material, and pore size, as these factors determine the shear forces generated in ultrafiltration cassettes.

 

2. Použijte kazetu A-a kompenzujte hydrodynamické rozdíly úpravou provozních parametrů

Teoreticky má konfigurace A-síta obvykle užší průtokový kanál než síta C-, což může mít za následek vyšší smykové napětí. Proto by měl být smykový rozdíl mezi dvěma systémy při stejné rychlosti průtoku odhadnut pomocí výpočtu nebo simulace výpočetní dynamiky tekutin (CFD).

Rychlost přívodu (Q) sítového systému malého-měřítka A-by měla být poté nastavena tak, aby smykové napětí generované na povrchu membrány odpovídalo smykovému napětí vytvářenému velkorozměrovým-sítovým systémem C- za cílových provozních podmínek průtoku.

Za upravených smykových podmínek provádějte malé-experimenty k měření klíčových ukazatelů výkonu, jako je tok a míra udržení. Tyto výsledky by pak měly být porovnány s historickými daty nebo paralelními experimentálními daty z velkého-systému C{3}}obrazovky, aby se ověřila jeho prediktivní schopnost.

 

3. Zaměřte se na konkrétní aspekty a zaveďte zmenšený model-reprezentativnosti

Pokud se charakterizace procesu nezaměřuje na produkty citlivé na smyk{0}} nebo pokud je primárním cílem vyhodnotit retenční vlastnosti membrány spíše než hydrodynamiku, pak může být dopad rozdílů na obrazovce relativně malý.

Proto je nutné prokázat, že v rámci vaší studie není typ obrazovky kritickým zdrojem variability. Pokud je například hlavním cílem prozkoumat účinek mezní hodnoty molekulové hmotnosti-membrány (MWCO) na retenci cílového proteinu a proces funguje za nízkých-smykových podmínek, může být použití A-screenu pro předběžný screening přijatelné.

Je však třeba si uvědomit, že jakékoli následné studie zahrnující tok, zanášení, dobu koncentrace nebo agregaci produktu mohou být zkreslené kvůli rozdílům v typu screeningu.