Κλίμακα UF/DF-Κάτω μοντελοποίηση με εναλλακτικές κασέτες καναλιών οθόνης
Τι πρέπει να γίνει εάν ο χώρος σχεδιασμού που δημιουργήθηκε κατά τον χαρακτηρισμό της διαδικασίας είναι είτε ευρύτερος είτε στενότερος από το εύρος παραμέτρων λειτουργίας που χρησιμοποιείται για την κατασκευή παρτίδων κλινικών δοκιμών Φάσης III;
Ⅰ. Ανάλυση Προβλήματος
Θεώρηση:Η ερώτηση αφορά την αντιπροσωπευτικότητα ενός-υποβαθμισμένου μοντέλου για μια διαδικασία υπερδιήθησης/διαδιήθησης (UF/DF). Δεδομένου ότι μια κασέτα υπερδιήθησης καναλιού C{2}}με το απαιτούμενο μέγεθος πόρων/MWCO δεν είναι διαθέσιμη, μια κασέτα υπερδιήθησης καναλιού Α{3}}οθόνης σχεδιάζεται να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο. Το βασικό ερώτημα είναι εάν η κασέτα οθόνης A-μπορεί να χρησιμεύσει ως αντιπροσωπευτικό μοντέλο κλίμακας-κάτω.
Για να απαντήσουμε σε αυτήν την ερώτηση, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε εάν υπάρχουν διαφορές μεταξύ κασετών υπερδιήθησης με διαφορετικά σχέδια καναλιών οθόνης και τι αντίκτυπο μπορεί να έχουν αυτές οι διαφορές στη διαδικασία UF/DF.
1. Επιλογή διαφορετικών τύπων καναλιών οθόνης σε κασέτες υπερδιήθησης
Όσον αφορά τη γνώση των διαφορετικών τύπων καναλιών οθόνης σε κασέτες υπερδιήθησης, παρέχεται λεπτομερής περιγραφή στο (Έγγραφο 1: Διαδικασία υπερδιήθησης/διαδιήθησης Ανάπτυξη εφαρμογών υψηλής συγκέντρωσης/ιξώδους):
Αυτήν τη στιγμή προσφέρουμε τέσσερις διαφορετικές οθόνες: (A, C, D και V) στη σειρά μορφών κασέτας Pellicon®.
Μια οθόνη: Στεγανή οθόνη που χρησιμοποιείται για διαλύματα αραιής πρωτεΐνης ή διαλύματα χαμηλού ιξώδους. Η σφιχτή πλέξη δεν είναι κατάλληλη για διαλύματα πρωτεΐνης υψηλής συγκέντρωσης καθώς η πτώση πίεσης είναι απαράδεκτα υψηλή σε μεγαλύτερα ιξώδη. Ωστόσο, αυτή η οθόνη παρέχει συνήθως ανώτερη απόδοση ροής.
Οθόνη C:Μια χονδροειδής οθόνη που χρησιμοποιείται για ροές προϊόντων με ιξώδες έως 15 cP. Η οθόνη C παρέχει καλή απόδοση ροής, αλλά η πτώση πίεσης είναι πάνω από το όριο χρήσης όταν αυξάνεται το ιξώδες.
Οθόνη V: Αναρτημένη οθόνη C. Η οθόνη V δίνει χαμηλότερες πτώσεις πίεσης από την οθόνη C, αλλά η απόδοση ροής είναι πολύ χαμηλότερη σε σύγκριση με την οθόνη C.
Οθόνη D: Αυτή η νέα οθόνη έχει πιο χοντρό πλέγμα και αλλοιωμένη ύφανση σε σύγκριση με την τυπική οθόνη C. Σχεδιάστηκε για να προσφέρει χαμηλότερη πτώση πίεσης χωρίς τη μεγάλη ποινή απόδοσης ροής που παρατηρείται όταν χρησιμοποιείται τεχνολογία αναρτημένης οθόνης.
Με βάση την παραπάνω περιγραφή των διαφορετικών τύπων οθόνης και των δημοσίως διαθέσιμων πληροφοριών, τα χαρακτηριστικά των διαφορετικών καναλιών οθόνης μπορούν να συνοψιστούν ως εξής:
2. Επίδραση διαφορετικών τύπων καναλιών οθόνης στις διεργασίες UF/DF
Με βάση τις παραπάνω περιγραφές, μπορεί εύλογα να συναχθεί ότι διαφορετικοί τύποι καναλιών οθόνης επηρεάζουν άμεσα την απόδοση της διαδικασίας UF/DF:
Ρευστοδυναμική και διατμητική δύναμη:
Επειδή η δομή του πλέγματος (πλέγμα) καθορίζει το μοτίβο ροής του ρευστού στην επιφάνεια της μεμβράνης, καθώς και τον βαθμό αναταράξεων και τις προκύπτουσες δυνάμεις διάτμησης που δημιουργούνται.
Αποδοτικότητα μαζικής μεταφοράς:
Ο τύπος της οθόνης επηρεάζει την πόλωση της συγκέντρωσης και τον έλεγχο της ρύπανσης της μεμβράνης.
Απόδοση διαδικασίας:
Όπως η τελική ροή, ο ρυθμός συγκράτησης και η ποιότητα του προϊόντος (π.χ. συνάθροιση που προκαλείται από διάτμηση-).
(Αναφορά 2: "Επίδραση της επαγόμενης διάτμησης από κανάλι-σε βιολογικά κατά τη διαδιήθηση υπερδιήθησης (UF/DF), 2016")καταδεικνύει την επίδραση των δυνάμεων διάτμησης που προκαλούνται από διαφορετικούς σχεδιασμούς καναλιών οθόνης στην ποιότητα των βιοφαρμακευτικών προϊόντων, όπως τα μονοκλωνικά αντισώματα και οι πρωτεΐνες σύντηξης.
Σε αυτήν τη μελέτη, υπό τυποποιημένες συνθήκες παραγωγής σταθερής ροής τροφοδοσίας (300 LMH) και διαμεμβρανικής πίεσης (1,4 bar), αξιολογήθηκαν μονάδες μεμβράνης από τρεις κατασκευαστές-MiliporeSigma, Pall και NovaSep-, συμπεριλαμβανομένης της μεσαίας οθόνης, της ελαφριάς-οθόνης ανάρτησης και του ανοιχτού καναλιού{5}. Τέσσερα αντιπροσωπευτικά βιολογικά, συμπεριλαμβανομένων των-ευαίσθητων στη διάτμηση IgG4, των ανεκτών στη διάτμηση-IgG1 και των πρωτεϊνών σύντηξης, χρησιμοποιήθηκαν ως δείγματα δοκιμής. Αναλυτικές μέθοδοι όπως δοκιμές φιλτραρίσματος SEC, MFI, DLS και Vmax εφαρμόστηκαν για τη συστηματική αξιολόγηση της υδραυλικής απόδοσης διαφορετικών σχεδίων καναλιών και των επιπτώσεών τους στην ποιότητα του προϊόντος.
Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι η δομή του καναλιού (οθόνης) καθορίζει άμεσα την ένταση διάτμησης και την απόδοση μεταφοράς μάζας. Το κανάλι μεσαίας οθόνης παρουσίασε τον υψηλότερο συντελεστή μεταφοράς μάζας. Ωστόσο, τόσο η διατμητική τάση τοιχώματος όσο και η ολική διατμητική τάση ήταν σημαντικά αυξημένες. Αντίθετα, η διαμόρφωση ανοιχτού καναλιού (χωρίς οθόνη) παρήγαγε τη χαμηλότερη διατμητική τάση, αλλά υπέφερε από εξαιρετικά κακή απόδοση μεταφοράς μάζας, απαιτώντας υπερβολικούς κύκλους ανακυκλοφορίας και με αποτέλεσμα χαμηλή απόδοση διεργασίας. Το κανάλι φωτεινής οθόνης ανάρτησης (Pellicon D) έδειξε την καλύτερη συνολική απόδοση. Ο συντελεστής μεταφοράς μάζας ήταν μόνο 22% χαμηλότερος από αυτόν της μεσαίας οθόνης, αλλά 260% υψηλότερος από αυτόν της σχεδίασης ανοιχτού καναλιού-. Εν τω μεταξύ, η συνολική διατμητική του τάση ήταν η χαμηλότερη μεταξύ όλων των διαμορφώσεων, μόλις 1120 Pa. Όσον αφορά την ποιότητα του προϊόντος, οι ευαίσθητες στη διάτμηση πρωτεΐνες που επεξεργάστηκαν με τη χρήση της μεσαίας οθόνης παρουσίασαν αύξηση 78%–186% στα διαλυτά συσσωματώματα, μαζί με σημαντική αύξηση στα υπο{{14}σωματίδια. Η τιμή Vmax για τη διήθηση αποστείρωσης 0,2 μm ήταν πολύ χαμηλή, υποδεικνύοντας σοβαρή ρύπανση της μεμβράνης και κακή ικανότητα φιλτραρίσματος. Αντίθετα, τα δείγματα που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με το κανάλι οθόνης ανάρτησης φωτός έδειξαν μόνο 0%–25% αύξηση στη συσσωμάτωση, σημαντικά μειωμένα επίπεδα σωματιδίων και 3–18× βελτίωση στην απόδοση διήθησης. Μελέτες συγκέντρωσης υψηλών-συγκέντρωσης επιβεβαίωσαν περαιτέρω ότι το κανάλι της οθόνης φωτός εναιώρησης διατηρούσε σταθερή διαμεμβρανική πίεση και μπορούσε εύκολα να επιτύχει συγκεντρώσεις πάνω από 200 g/L. Συγκριτικά, το κανάλι μεσαίας οθόνης παρουσίασε απότομη αύξηση της πίεσης σε υψηλές συγκεντρώσεις, καθιστώντας δύσκολη την επίτευξη των συγκεντρώσεων στόχου και με αποτέλεσμα την υποβάθμιση της ποιότητας του προϊόντος.
(Αναφορά 3: "Συμπεριφορά υπερδιήθησης ανασυνδυασμένων αδενο-συσχετισμένων φορέων ιών που χρησιμοποιούνται στη γονιδιακή θεραπεία", 2021)συνέκρινε την επίδραση των σχεδίων καναλιών οθόνης C-και D-στην διαδικασία UF/DF των διανυσμάτων AAV.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι όταν χρησιμοποιήθηκε η οθόνη D-, η κρίσιμη διαμεμβρανική πίεση (TMP) ήταν χαμηλότερη και η μέση ροή μειώθηκε κατά 14%.
Το Σχήμα. 2Γ παρουσιάζει τη ροή έναντι των δεδομένων TMP χρησιμοποιώντας τη μεμβράνη 30 kDa με την οθόνη "D". Η οθόνη D ή η οθόνη V δεν θα ήταν κατάλληλη για υπερδιήθηση ρευμάτων τροφοδοσίας χαμηλού ιξώδους σε αυτήν την εργασία. Προηγούμενες εργασίες της ομάδας μας χρησιμοποίησαν αυτά τα κανάλια που εξετάστηκαν για μονοκλωνικά αντισώματα υψηλής συγκέντρωσης και πρωτεΐνες σύντηξης Fc- [13,33]. Για το AAV2 με τη συσκευή οθόνης "D", το κρίσιμο TMP επιτεύχθηκε σε χαμηλότερο TMP από αυτό με τη συσκευή οθόνης "C" που φαίνεται στο Σχήμα. 2Α. Σύμφωνα με τις θεωρητικές προσδοκίες, η ροή με τη συσκευή οθόνης "D" ήταν κατά μέσο όρο 14% χαμηλότερη σε ρυθμούς ροής τροφοδοσίας Q=350 L/h/m2 και Q=500 L/h/m2 (p < 0,05) σε σύγκριση με τη συσκευή οθόνης "C", αλλά δεν υπήρχε διαφορά μεταξύ της συσκευής οθόνης "C" και του ρυθμού ροής οθόνης "RCA" (RCA) στην οθόνη "B2" του Q=120 L/h/m2 (p > 0,05) (Εικ.. 2C).
ⅡΣυστάσεις εφαρμογής:
Ως εκ τούτου, μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι ο τύπος οθόνης είναι ένας κρίσιμος παράγοντας που επηρεάζει τόσο την απόδοση της διαδικασίας όσο και την ποιότητα του προϊόντος και πρέπει να λαμβάνεται δεόντως υπόψη στα μοντέλα-μετά την κλίμακα. Συνεπώς, ως απάντηση στο ερώτημα, εάν δεν είναι διαθέσιμη μια πανομοιότυπη κασέτα μεμβράνης οθόνης C-, δεν είναι σκόπιμο να πραγματοποιηθεί απλώς μια άμεση αντικατάσταση με βάση "ίδιο μέγεθος πόρων αλλά διαφορετικό τύπο οθόνης", όπως η αντικατάστασή της με μια κασέτα μεμβράνης οθόνης Α{{3}.
Η άμεση αντικατάσταση (δηλαδή, η χρήση των ίδιων παραμέτρων λειτουργίας) γενικά δεν είναι αντιπροσωπευτική, ειδικά στις ακόλουθες περιπτώσεις:
· Όταν το προϊόν είναι ευαίσθητο στη διάτμηση-(π.χ. μονοκλωνικά αντισώματα, πρωτεΐνες σύντηξης, ιικοί φορείς).
· Όταν απαιτείται ακριβής πρόβλεψη-της απόδοσης διεργασιών μεγάλης κλίμακας, συμπεριλαμβανομένης της ροής, του χρόνου φιλτραρίσματος και της συμπεριφοράς ρύπανσης.
· Όταν διεξάγονται μελέτες χαρακτηρισμού διεργασιών για τον καθορισμό του χώρου σχεδιασμού των κρίσιμων παραμέτρων διεργασίας (CPPs), όπως η διαμεμβρανική πίεση (TMP) και η ταχύτητα διασταυρούμενης ροής.
Τότε υπάρχουν άλλες κατάλληλες εναλλακτικές επιλογές ή μέτρα εφαρμογής; Μετά από συζήτηση, η ομάδα Xingchen συνιστά την ακόλουθη προσέγγιση:
1. Προσδιορίστε λειτουργικά ισοδύναμες εναλλακτικές κασέτες μεμβράνης
Αυτό περιλαμβάνει τον εντοπισμό κασετών μεμβράνης μικρής-κλίμακας από άλλους προμηθευτές που παρουσιάζουν παρόμοια υδροδυναμικά χαρακτηριστικά, ιδιαίτερα συμπεριφορά διάτμησης.
Συνιστάται να συμβουλευτείτε τους προμηθευτές κασετών μεμβράνης υπερδιήθησης και να ζητήσετε προϊόντα εργαστηριακής κλίμακας-που έχουν σχεδιαστεί με βάση παρόμοιες αρχές και παρουσιάζουν δυναμική ροής συγκρίσιμη με την κασέτα καναλιού C{1}}που χρησιμοποιείται στην παραγωγή.
Οι βασικές παράμετροι των υποψήφιων κασετών θα πρέπει να συγκριθούν με την στοχευόμενη κασέτα οθόνης C-, συμπεριλαμβανομένου του ύψους καναλιού (ή της υδραυλικής διαμέτρου), της δομής της οθόνης (π.χ. τύπος οθόνης), του υλικού μεμβράνης και του μεγέθους των πόρων, καθώς αυτοί οι παράγοντες καθορίζουν τις δυνάμεις διάτμησης που δημιουργούνται στις κασέτες υπερδιήθησης.
2.Χρησιμοποιήστε μια κασέτα οθόνης Α-και αντισταθμίστε τις υδροδυναμικές διαφορές προσαρμόζοντας τις παραμέτρους λειτουργίας
Θεωρητικά, η διαμόρφωση οθόνης Α- έχει συνήθως πιο σφιχτό κανάλι ροής από την οθόνη C-, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε υψηλότερη διατμητική τάση. Επομένως, η διαφορά διάτμησης μεταξύ των δύο συστημάτων με τον ίδιο ρυθμό ροής τροφοδοσίας θα πρέπει να εκτιμηθεί μέσω υπολογισμού ή προσομοίωσης υπολογιστικής δυναμικής ρευστών (CFD).
Ο ρυθμός ροής τροφοδοσίας (Q) του συστήματος οθόνης μικρής-κλίμακας Α-θα πρέπει στη συνέχεια να ρυθμιστεί έτσι ώστε η διατμητική τάση που δημιουργείται στην επιφάνεια της μεμβράνης να ταιριάζει με τη διατμητική τάση που παράγεται από το σύστημα οθόνης μεγάλης κλίμακας C- υπό τις στοχευόμενες συνθήκες ροής λειτουργίας.
Κάτω από τις συνθήκες προσαρμοσμένης διάτμησης, πραγματοποιήστε πειράματα μικρής-κλίμακας για να μετρήσετε βασικούς δείκτες απόδοσης, όπως η ροή και ο ρυθμός κατακράτησης. Αυτά τα αποτελέσματα θα πρέπει στη συνέχεια να συγκριθούν με δεδομένα ιστορικού ή παράλληλα πειραματικά δεδομένα από το σύστημα οθόνης C-μεγάλης κλίμακας για να επικυρωθεί η προγνωστική του ικανότητα.
3.Εστιάστε σε συγκεκριμένες πτυχές και δημιουργήστε ένα μοντέλο μειωμένης αντιπροσωπευτικότητας-κάτω
Εάν το επίκεντρο του χαρακτηρισμού της διεργασίας δεν είναι σε προϊόντα ευαίσθητα στη διάτμηση-ή εάν ο πρωταρχικός στόχος είναι η αξιολόγηση των χαρακτηριστικών συγκράτησης της μεμβράνης και όχι η υδροδυναμική, τότε ο αντίκτυπος των διαφορών της οθόνης μπορεί να είναι σχετικά μικρός.
Επομένως, είναι απαραίτητο να αποδείξετε ότι, στο πλαίσιο της μελέτης σας, ο τύπος οθόνης δεν αποτελεί κρίσιμη πηγή μεταβλητότητας. Για παράδειγμα, εάν ο κύριος στόχος είναι η διερεύνηση της επίδρασης της αποκοπής-μοριακού βάρους της μεμβράνης (MWCO) στη συγκράτηση μιας πρωτεΐνης-στόχου και η διαδικασία λειτουργεί υπό συνθήκες χαμηλής-διάτμησης, τότε μπορεί να είναι αποδεκτή η χρήση διαλογής Α- για προκαταρκτικό έλεγχο.
Ωστόσο, θα πρέπει να αναγνωριστεί ότι οποιεσδήποτε μετέπειτα μελέτες που αφορούν ροή, ρύπανση, χρόνο συγκέντρωσης ή συσσωμάτωση προϊόντος μπορεί να είναι προκατειλημμένες λόγω διαφορών στον τύπο οθόνης.
