UF/DF Ölçekli-Alternatif Ekran Kanal Kasetleriyle Aşağı Modelleme
Proses karakterizasyonu sırasında oluşturulan tasarım alanı, Faz III klinik deney serilerinin imalatında kullanılan işletim parametre aralıklarından daha geniş veya dar ise ne yapılmalıdır?
Ⅰ. Sorun Analizi
Düşünce:Soru, bir ultrafiltrasyon/diafiltrasyon (UF/DF) işlemi için ölçeği-küçültme modelinin temsil edilebilirliği ile ilgilidir. Gerekli gözenek boyutuna/MWCO'ya sahip bir C-ekran kanallı ultrafiltrasyon kaseti mevcut olmadığından, bunun yerine bir A-ekran kanallı ultrafiltrasyon kasetinin kullanılması planlanmaktadır. Anahtar soru, A-ekran kasetinin temsili bir ölçeklendirme-küçültme modeli olarak hizmet edip edemeyeceğidir.
Bu soruyu cevaplamak için öncelikle farklı elek kanal tasarımlarına sahip ultrafiltrasyon kasetleri arasında fark olup olmadığını ve bu farklılıkların UF/DF sürecine ne gibi etkileri olabileceğini anlamamız gerekiyor.
1. Ultrafiltrasyon Kasetlerinde Farklı Elek Kanal Tiplerinin Seçimi
Ultrafiltrasyon kasetlerindeki farklı elek kanalı tiplerinin bilgisine ilişkin olarak, (Belge 1: Yüksek Konsantrasyon/Viskozite Uygulamalarının Ultrafiltrasyon/Diyafiltrasyon Prosesinin Geliştirilmesi) bölümünde ayrıntılı bir açıklama verilmektedir:
Şu anda dört farklı ekran sunuyoruz: Pellicon® kaset formatı aralığında (A, C, D ve V).
Bir ekran: Seyreltik protein çözeltisi veya düşük viskoziteli çözeltiler için kullanılan sıkı bir elek. Daha yüksek viskozitelerde basınç düşüşü kabul edilemeyecek kadar yüksek olduğundan, sıkı dokuma yüksek konsantrasyonlu protein çözeltileri için uygun değildir. Ancak bu ekran tipik olarak üstün akı performansı sağlar.
C ekranı:15 cP'ye kadar viskoziteye sahip ürün akışları için kullanılan kaba bir elek. C ekranı iyi akı performansı sağlar ancak viskozite arttığında basınç düşüşü kullanım sınırının üzerindedir.
V ekranı: Askıya alınmış bir C ekranı. V ekranı C ekranına göre daha düşük basınç düşüşü verir ancak akı performansı C ekranına göre çok daha düşüktür.
D ekranı: Bu yeni elek, standart C elek ile karşılaştırıldığında daha kaba bir ağa ve değiştirilmiş bir örgüye sahiptir. Askıya alınmış bir ekran teknolojisi kullanıldığında ortaya çıkan büyük akı performansı kaybı olmadan daha düşük basınç düşüşü sağlayacak şekilde tasarlanmıştır.
Farklı ekran türlerine ilişkin yukarıdaki açıklamalara ve kamuya açık bilgilere dayanarak, farklı ekran kanallarının özellikleri aşağıdaki şekilde özetlenebilir:
2. Farklı Ekran Kanal Tiplerinin UF/DF Süreçlerine Etkisi
Yukarıdaki açıklamalara dayanarak, farklı ekran kanalı türlerinin UF/DF işlem performansını doğrudan etkilediği sonucuna varılabilir:
Akışkanlar dinamiği ve kesme kuvveti:
Çünkü elek (ağ) yapısı, akışkanın membran yüzeyi boyunca akış şeklini, ayrıca türbülans derecesini ve bunun sonucunda oluşan kesme kuvvetlerini belirler.
Kütle aktarım verimliliği:
Ekran tipi konsantrasyon polarizasyonunu ve membran kirlenmesinin kontrolünü etkiler.
Süreç performansı:
Nihai akış, alıkoyma oranı ve ürün kalitesi (örneğin, kesme-indüklü toplanma) gibi.
(Referans 2: "Ultrafiltrasyon diyafiltrasyonu (UF/DF) sırasında kanal-indüklenen kaymanın biyolojik maddeler üzerindeki etkisi, 2016")farklı tarama kanalı tasarımlarının neden olduğu kesme kuvvetlerinin, monoklonal antikorlar ve füzyon proteinleri gibi biyofarmasötik ürünlerin kalitesi üzerindeki etkisini gösterir.
Bu çalışmada, sabit besleme akışı (300 LMH) ve zar ötesi basıncın (1,4 bar) standartlaştırılmış üretim koşulları altında, orta ekran, hafif-süspansiyon ekranı ve açık-kanal konfigürasyonları dahil olmak üzere üç üreticinin ({2}}MilliporeSigma, Pall ve NovaSep- membran modülleri değerlendirildi. Kesmeye-duyarlı IgG4, kesmeye-toleranslı IgG1 ve füzyon proteinlerini içeren dört temsili biyolojik, test numuneleri olarak kullanıldı. Farklı kanal tasarımlarının hidrolik performansını ve bunların ürün kalitesi üzerindeki etkisini sistematik olarak değerlendirmek için SEC, MFI, DLS ve Vmax filtrelenebilirlik testleri gibi analitik yöntemler uygulandı.
Deneysel sonuçlar, kanal (elek) yapısının kesme yoğunluğunu ve kütle transfer verimliliğini doğrudan belirlediğini göstermektedir. Orta elek kanalı en yüksek kütle transfer katsayısını sergilemiştir; ancak hem duvar kayma gerilimi hem de toplam kayma gerilimi önemli ölçüde arttı. Buna karşılık, açık-kanallı (ekransız) konfigürasyon en düşük kesme gerilimini oluşturdu ancak son derece zayıf kütle aktarım performansına sahipti, bu da aşırı devridaim döngüleri gerektirdi ve düşük işlem verimliliğine yol açtı. Hafif süspansiyonlu elek kanalı (Pellicon D) en iyi genel performansı gösterdi. Kütle aktarım katsayısı, orta ekranınkinden yalnızca %22 daha düşük, ancak açık-kanal tasarımınınkinden %260 daha yüksekti. Bu arada, toplam kayma gerilimi, yalnızca 1.120 Pa ile tüm konfigürasyonlar arasında en düşük olanıydı. Ürün kalitesi açısından, orta elek kullanılarak işlenen kesmeye{11}duyarlı proteinler, görünür parçacıklarda önemli bir artışın yanı sıra, çözünür agregatlarda %78 ila %186'lık bir artış gösterdi. 0,2 μm sterilizasyon filtrasyonu için Vmax değeri çok düşüktü, bu da ciddi membran kirlenmesine ve zayıf filtrelenebilirliğe işaret ediyordu. Buna karşılık, hafif süspansiyonlu elek kanalıyla işlenen numuneler, toplanmada yalnızca %0 ila %25'lik bir artış, önemli ölçüde azalmış parçacık seviyeleri ve filtreleme performansında 3 ila 18 kat iyileşme gösterdi. Yüksek konsantrasyon konsantrasyon çalışmaları ayrıca, hafif süspansiyonlu elek kanalının stabil zar ötesi basıncı koruduğunu ve 200 g/L'nin üzerindeki konsantrasyonlara kolaylıkla ulaşabileceğini doğruladı. Buna karşılık orta elek kanalı, yüksek konsantrasyonlarda basınçta keskin bir artış sergileyerek hedef konsantrasyonlara ulaşmayı zorlaştırdı ve ürün kalitesinin düşmesine neden oldu.
(Referans 3: "Gen terapisinde kullanılan rekombinant adeno-ilişkili viral vektörlerin ultrafiltrasyon davranışı", 2021)C-ekran ve D-ekran kanalı tasarımlarının AAV vektörlerinin UF/DF süreci üzerindeki etkisini karşılaştırdı.
Sonuçlar, D-ekranı kullanıldığında kritik zar ötesi basıncın (TMP) daha düşük olduğunu ve ortalama akının %14 oranında azaldığını gösterdi.
Şekil{0}}C, "D" ekranlı 30 kDa membranı kullanan akı ve TMP verilerini göstermektedir. D eleği veya V eleği bu çalışmada düşük viskoziteli besleme akışlarının ultrafiltrasyonu için uygun olmayacaktır. Grubumuzun geçmiş çalışmaları, yüksek konsantrasyonlu monoklonal antikorlar ve Fc-füzyon proteinleri için bu taranan kanalları kullanmıştı [13,33]. "D" ekranlı cihaza sahip AAV2 için kritik TMP'ye, Şekil. 2A'da gösterilen "C" ekranlı cihaza göre daha düşük TMP'de ulaşıldı. Teorik beklentilerle tutarlı olarak, "D" ekranlı cihazdaki akı, "C" ekranlı cihazla karşılaştırıldığında Q=350 L/h/m2 ve Q=500 L/h/m2 (p < 0,05) besleme akış hızlarında ortalama %14 daha düşüktü, ancak Q=120 besleme akış hızında "C" ekranlı cihaz (RC2A) ile "D" ekranlı cihazlar (RC2B) arasında hiçbir fark yoktu. L/sa/m2 (p > 0,05) (Şek. 2C).
ⅡUygulama önerileri:
Bu nedenle, ekran türünün hem süreç performansını hem de ürün kalitesini etkileyen kritik bir faktör olduğu ve ölçek küçültme modellerinde uygun şekilde dikkate alınması gerektiği sonucuna varılabilir. Buna göre, araştırmaya yanıt olarak, eğer aynı bir C-ekran membran kaseti mevcut değilse, bunu bir A-ekran membran kasetiyle değiştirmek gibi "aynı gözenek boyutu ancak farklı ekran tipine" dayalı olarak doğrudan bir ikame gerçekleştirmek uygun değildir.
Doğrudan ikame (yani aynı işletim parametrelerinin kullanılması), özellikle aşağıdaki durumlarda genellikle temsili değildir:
· Ürün kaymaya- duyarlı olduğunda (örn. monoklonal antikorlar, füzyon proteinleri, viral vektörler).
· Akı, filtreleme süresi ve kirlenme davranışı dahil olmak üzere büyük-ölçekli süreç performansının doğru tahmin edilmesi gerektiğinde.
· Transmembran basıncı (TMP) ve çapraz akış hızı gibi kritik proses parametrelerinin (CPP'ler) tasarım alanını tanımlamak için proses karakterizasyon çalışmaları yürütüldüğünde.
Peki başka uygun alternatif seçenekler veya uygulama tedbirleri var mı? Tartışmanın ardından Xingchen ekibi aşağıdaki yaklaşımı öneriyor:
1．İşlevsel olarak eşdeğer alternatif membran kasetlerini belirleyin
Bu, diğer tedarikçilere ait, benzer hidrodinamik özellikler, özellikle de kesme davranışı sergileyen küçük-ölçekli membran kasetlerinin belirlenmesini içerir.
Ultrafiltrasyon membran kaseti tedarikçilerine danışılması ve benzer ilkelere dayalı olarak tasarlanmış ve üretimde kullanılan C-ekran kanal kasetiyle karşılaştırılabilir akış dinamikleri sergileyen laboratuvar-ölçekli ürünler talep edilmesi önerilir.
Aday kasetlerin temel parametreleri, kanal yüksekliği (veya hidrolik çap), elek yapısı (örneğin, elek tipi), membran malzemesi ve gözenek boyutu dahil olmak üzere hedef C-elek kasetiyle karşılaştırılmalıdır çünkü bu faktörler ultrafiltrasyon kasetlerinde oluşturulan kesme kuvvetlerini belirler.
2.Bir A-ekran kaseti kullanın ve çalışma parametrelerini ayarlayarak hidrodinamik farklılıkları telafi edin
Teorik olarak, A-ekran konfigürasyonu genellikle C-ekranına göre daha sıkı bir akış kanalına sahiptir ve bu da daha yüksek kayma gerilimine neden olabilir. Bu nedenle, aynı besleme akış hızı altında iki sistem arasındaki kesme farkı, hesaplama veya hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) simülasyonu yoluyla tahmin edilmelidir.
Daha sonra, küçük-ölçekli A-elek sisteminin besleme akış hızı (Q), membran yüzeyinde oluşturulan kayma geriliminin, hedef çalışma akışı koşulları altında büyük-ölçekli C{-elek sistemi tarafından üretilen kayma gerilimiyle eşleşecek şekilde ayarlanmalıdır.
Ayarlanan kayma koşulları altında, akış ve tutma oranı gibi temel performans göstergelerini ölçmek için küçük-ölçekli deneyler yapın. Daha sonra bu sonuçlar, tahmin yeteneğini doğrulamak için geniş-ölçekli C{-ekran sisteminden alınan geçmiş verilerle veya paralel deneysel verilerle karşılaştırılmalıdır.
3.Belirli yönlere odaklanın ve temsil edilebilirliği azaltılmış-ölçekli bir model oluşturun
Proses karakterizasyonunun odak noktası kesmeye-hassas ürünler değilse veya birincil amaç hidrodinamikten ziyade membran tutma özelliklerini değerlendirmekse, elek farklılıklarının etkisi nispeten küçük olabilir.
Bu nedenle çalışmanız kapsamında ekran tipinin kritik bir değişkenlik kaynağı olmadığını ortaya koymanız gerekmektedir. Örneğin, asıl amaç membran moleküler ağırlık kesmesinin (MWCO) hedef proteinin tutulması üzerindeki etkisini araştırmaksa ve süreç düşük-kayma koşulları altında çalışıyorsa, o zaman ön tarama için bir A-ekranının kullanılması kabul edilebilir.
Ancak akı, kirlenme, konsantrasyon süresi veya ürün toplanmasını içeren sonraki çalışmaların tarama tipindeki farklılıklar nedeniyle taraflı olabileceği kabul edilmelidir.
