UF/DF Memperkecil-Pemodelan dengan Kaset Saluran Layar Alternatif
Apa yang harus dilakukan jika ruang desain yang ditetapkan selama karakterisasi proses lebih luas atau lebih sempit daripada rentang parameter operasi yang digunakan untuk pembuatan batch uji klinis Fase III?
Ⅰ. Analisis Masalah
Pertimbangan:Pertanyaannya berkaitan dengan keterwakilan model{0}}perkecil skala untuk proses ultrafiltrasi/diafiltrasi (UF/DF). Karena kaset ultrafiltrasi saluran layar C-dengan ukuran pori/MWCO yang diperlukan tidak tersedia, kaset ultrafiltrasi saluran layar A-direncanakan untuk digunakan sebagai pengganti. Pertanyaan kuncinya adalah apakah-kaset layar A dapat berfungsi sebagai model-penurunan skala yang representatif.
Untuk menjawab pertanyaan ini, pertama-tama kita perlu memahami apakah terdapat perbedaan antara kaset ultrafiltrasi dengan desain saluran layar yang berbeda dan apa dampak perbedaan ini terhadap proses UF/DF.
1. Pemilihan Berbagai Jenis Saluran Layar dalam Kaset Ultrafiltrasi
Mengenai pengetahuan tentang berbagai jenis saluran layar dalam kaset ultrafiltrasi, penjelasan rinci diberikan dalam (Dokumen 1: Pengembangan Proses Ultrafiltrasi/Diafiltrasi pada Aplikasi Konsentrasi/Viskositas Tinggi):
Saat ini kami menawarkan empat layar berbeda: (A, C, D dan V) dalam rentang format kaset Pellicon®.
Sebuah layar: Saringan ketat yang digunakan untuk larutan protein encer atau larutan dengan viskositas rendah. Tenunan ketat tidak cocok untuk larutan protein dengan konsentrasi tinggi karena penurunan tekanan terlalu tinggi pada viskositas yang lebih besar. Namun, layar ini biasanya memberikan kinerja fluks yang unggul.
layar C:Saringan kasar yang digunakan untuk aliran produk dengan viskositas hingga 15 cP. Layar C memberikan kinerja fluks yang baik tetapi penurunan tekanan berada di atas batas penggunaan ketika viskositas meningkat.
layar V: Layar C yang ditangguhkan. Layar V memberikan penurunan tekanan yang lebih rendah dibandingkan layar C, namun kinerja fluksnya jauh lebih rendah dibandingkan layar C.
layar D: Layar baru ini memiliki jaring yang lebih kasar dan tenunan yang diubah dibandingkan dengan layar C standar. Ini dirancang untuk menawarkan penurunan tekanan yang lebih rendah tanpa penalti kinerja fluks yang besar seperti yang ditemukan saat menggunakan teknologi layar gantung.
Berdasarkan uraian di atas tentang berbagai jenis layar dan informasi yang tersedia untuk umum, karakteristik saluran layar yang berbeda dapat diringkas sebagai berikut:
2. Dampak Berbagai Jenis Saluran Layar pada Proses UF/DF
Berdasarkan uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa berbagai jenis saluran layar secara langsung mempengaruhi kinerja proses UF/DF:
Dinamika fluida dan gaya geser:
Karena struktur layar (mesh) menentukan pola aliran fluida melintasi permukaan membran, serta derajat turbulensi dan gaya geser yang dihasilkan.
Efisiensi perpindahan massa:
Jenis saringan mempengaruhi polarisasi konsentrasi dan pengendalian pengotoran membran.
Kinerja proses:
Seperti fluks akhir, tingkat retensi, dan kualitas produk (misalnya, agregasi-yang diinduksi geser).
(Referensi 2: "Pengaruh geseran yang diinduksi saluran-pada biologi selama diafiltrasi ultrafiltrasi (UF/DF), 2016")menunjukkan dampak gaya geser yang disebabkan oleh desain saluran layar yang berbeda terhadap kualitas produk biofarmasi seperti antibodi monoklonal dan protein fusi.
Dalam studi ini, dalam kondisi produksi standar fluks umpan tetap (300 LMH) dan tekanan transmembran (1,4 bar), modul membran dari tiga produsen-MilliporeSigma, Pall, dan NovaSep-dievaluasi, termasuk konfigurasi layar sedang, layar suspensi-ringan, dan-saluran terbuka. Empat perwakilan biologis, termasuk IgG4 yang sensitif terhadap geser, IgG1 yang toleran terhadap geser, dan protein fusi, digunakan sebagai sampel uji. Metode analisis seperti uji kemampuan filter SEC, MFI, DLS, dan Vmax diterapkan untuk menilai secara sistematis kinerja hidraulik berbagai desain saluran dan dampaknya terhadap kualitas produk.
Hasil percobaan menunjukkan bahwa struktur saluran (layar) secara langsung menentukan intensitas geser dan efisiensi perpindahan massa. Saluran layar medium menunjukkan koefisien perpindahan massa tertinggi; namun, baik tegangan geser dinding maupun tegangan geser total meningkat secara signifikan. Sebaliknya, konfigurasi saluran-terbuka (tanpa layar) menghasilkan tegangan geser paling rendah, namun memiliki kinerja perpindahan massa yang sangat buruk, memerlukan siklus resirkulasi yang berlebihan dan mengakibatkan efisiensi proses yang rendah. Saluran layar suspensi ringan (Pellicon D) menunjukkan kinerja terbaik secara keseluruhan. Koefisien perpindahan massanya hanya 22% lebih rendah dibandingkan dengan layar medium, namun 260% lebih tinggi dibandingkan dengan desain saluran-terbuka. Sementara itu, tegangan geser totalnya adalah yang paling rendah di antara semua konfigurasi, yaitu hanya 1120 Pa. Dalam hal kualitas produk, protein sensitif terhadap geser yang diproses menggunakan penyaringan medium menunjukkan peningkatan agregat terlarut sebesar 78%–186%, serta peningkatan signifikan pada partikel sub{14}}terlihat. Nilai Vmax untuk filtrasi sterilisasi 0,2 μm sangat rendah, menunjukkan pengotoran membran yang parah dan kemampuan filter yang buruk. Sebaliknya, sampel yang diproses dengan saluran layar suspensi ringan hanya menunjukkan peningkatan agregasi sebesar 0%–25%, penurunan tingkat partikel secara signifikan, dan peningkatan kinerja filtrasi sebesar 3–18×. Studi konsentrasi-tinggi lebih lanjut menegaskan bahwa saluran layar suspensi ringan mempertahankan tekanan transmembran yang stabil dan dapat dengan mudah mencapai konsentrasi di atas 200 g/L. Sebagai perbandingan, saluran saringan medium menunjukkan peningkatan tekanan yang tajam pada konsentrasi tinggi, sehingga sulit mencapai konsentrasi target dan mengakibatkan penurunan kualitas produk.
(Referensi 3: "Perilaku ultrafiltrasi vektor virus terkait adeno-rekombinan yang digunakan dalam terapi gen", 2021)membandingkan dampak desain saluran layar C-dan D{-layar pada proses UF/DF vektor AAV.
Hasilnya menunjukkan bahwa ketika layar D-digunakan, tekanan transmembran kritis (TMP) lebih rendah, dan fluks rata-rata berkurang sebesar 14%.
Gambar. 2C menyajikan data fluks versus TMP menggunakan membran 30 kDa dengan layar "D". Layar D atau layar V tidak cocok untuk ultrafiltrasi aliran umpan dengan viskositas rendah dalam pekerjaan ini. Penelitian sebelumnya oleh kelompok kami telah menggunakan saluran yang disaring ini untuk antibodi monoklonal konsentrasi tinggi dan protein fusi Fc-[13,33]. Untuk AAV2 dengan perangkat layar "D", TMP kritis dicapai pada TMP yang lebih rendah dibandingkan dengan perangkat layar "C" yang ditunjukkan pada Gambar. 2A. Konsisten dengan harapan teoretis, fluks dengan perangkat layar "D" rata-rata 14% lebih rendah pada laju aliran umpan Q=350 L/jam/m2 dan Q=500 L/jam/m2 (p < 0,05) dibandingkan dengan perangkat layar "C", namun tidak ada perbedaan antara perangkat layar "C" (RC2A) dan perangkat layar "D" (RC2B) pada laju aliran umpan Q=120 L/jam/m2 (p > 0,05) (Gambar. 2C).
ⅡRekomendasi implementasi:
Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa jenis layar merupakan faktor penting yang memengaruhi kinerja proses dan kualitas produk, dan harus dipertimbangkan secara tepat dalam-model penurunan skala. Oleh karena itu, sebagai tanggapan atas pertanyaan tersebut, jika kaset membran layar C-yang identik tidak tersedia, maka tidak tepat jika hanya melakukan substitusi langsung berdasarkan "ukuran pori yang sama tetapi jenis layar yang berbeda", seperti menggantinya dengan kaset membran layar A-.
Substitusi langsung (yaitu menggunakan parameter operasi yang sama) umumnya tidak representatif, terutama dalam kasus berikut:
· Bila produk sensitif-terhadap geseran (misalnya, antibodi monoklonal, protein fusi, vektor virus).
· Saat prediksi akurat mengenai-kinerja proses berskala besar diperlukan, termasuk fluks, waktu filtrasi, dan perilaku pengotoran.
· Ketika studi karakterisasi proses dilakukan untuk menentukan ruang desain parameter proses kritis (CPP), seperti tekanan transmembran (TMP) dan kecepatan aliran silang.
Lalu apakah ada pilihan alternatif atau langkah implementasi lain yang sesuai? Setelah berdiskusi, tim Xingchen merekomendasikan pendekatan berikut:
1．Identifikasi kaset membran alternatif yang setara secara fungsional
Hal ini melibatkan identifikasi-kaset membran skala kecil dari pemasok lain yang menunjukkan karakteristik hidrodinamik serupa, khususnya perilaku geser.
Disarankan untuk berkonsultasi dengan pemasok kaset membran ultrafiltrasi dan meminta produk-skala laboratorium yang dirancang berdasarkan prinsip serupa dan menunjukkan dinamika aliran yang sebanding dengan kaset saluran layar C-yang digunakan dalam produksi.
Parameter utama calon kaset harus dibandingkan dengan kaset layar C-target, termasuk tinggi saluran (atau diameter hidrolik), struktur layar (misalnya, jenis layar), bahan membran, dan ukuran pori, karena faktor-faktor ini menentukan gaya geser yang dihasilkan dalam kaset ultrafiltrasi.
2.Gunakan kaset layar A-dan kompensasikan perbedaan hidrodinamik dengan menyesuaikan parameter pengoperasian
Secara teori, konfigurasi layar A-biasanya memiliki saluran aliran yang lebih rapat dibandingkan layar C-, yang dapat menghasilkan tegangan geser yang lebih tinggi. Oleh karena itu, perbedaan geser antara kedua sistem pada laju aliran umpan yang sama harus diperkirakan melalui perhitungan atau simulasi dinamika fluida komputasi (CFD).
Laju aliran umpan (Q) dari sistem penyaring-A-skala kecil kemudian harus disesuaikan sehingga tegangan geser yang dihasilkan pada permukaan membran cocok dengan tegangan geser yang dihasilkan oleh sistem penyaring-skala C{-skala besar dalam kondisi aliran operasi target.
Berdasarkan kondisi geser yang disesuaikan, lakukan{0}}eksperimen skala kecil untuk mengukur indikator kinerja utama seperti fluks dan tingkat retensi. Hasil ini kemudian harus dibandingkan dengan data historis atau data eksperimen paralel dari sistem layar-C-berskala besar untuk memvalidasi kemampuan prediktifnya.
3.Fokus pada aspek tertentu dan buat model-perkecil skala keterwakilan
Jika fokus karakterisasi proses bukan pada produk yang sensitif terhadap geser, atau jika tujuan utamanya adalah mengevaluasi karakteristik retensi membran dan bukan hidrodinamik, maka dampak perbedaan layar mungkin relatif kecil.
Oleh karena itu, penting untuk menunjukkan bahwa, dalam lingkup penelitian Anda, jenis layar bukanlah sumber variabilitas yang penting. Misalnya, jika tujuan utamanya adalah untuk menyelidiki pengaruh pemotongan berat molekul membran (MWCO) pada retensi protein target, dan proses beroperasi pada kondisi geser rendah, maka penggunaan layar A-untuk penyaringan awal mungkin dapat diterima.
Namun, harus diakui bahwa penelitian selanjutnya yang melibatkan fluks, pengotoran, waktu konsentrasi, atau agregasi produk mungkin bias karena perbedaan jenis saringan.
