Escala UF/DF-Modelat a la baixa amb cassets de canal de pantalla alternatius
Què s'ha de fer si l'espai de disseny establert durant la caracterització del procés és més ampli o més estret que els rangs de paràmetres operatius utilitzats per a la fabricació de lots d'assaigs clínics de fase III?
Ⅰ. Anàlisi de problemes
Consideració:La pregunta es refereix a la representativitat d'un model reduït-per un procés d'ultrafiltració/diafiltració (UF/DF). Com que no hi ha disponible un casset d'ultrafiltració de canal de pantalla C- amb la mida de porus/MWCO requerida, es preveu utilitzar un casset d'ultrafiltració de canal de pantalla A- com a substitut. La pregunta clau és si el casset A-pantalla pot servir com a model representatiu d'escala-reduïda.
Per respondre a aquesta pregunta, primer hem d'entendre si hi ha diferències entre els cassets d'ultrafiltració amb diferents dissenys de canals de pantalla i quin impacte poden tenir aquestes diferències en el procés UF/DF.
1. Selecció de diferents tipus de canals de pantalla en cassets d'ultrafiltració
Pel que fa al coneixement dels diferents tipus de canals de pantalla en cassets d'ultrafiltració, es proporciona una descripció detallada a (Document 1: Desenvolupament de processos d'ultrafiltració/diafiltració d'aplicacions d'alta concentració/viscositat):
Actualment oferim quatre pantalles diferents: (A, C, D i V) a la gamma de formats de casset Pellicon®.
Una pantalla: Una pantalla hermètica que s'utilitza per a solucions de proteïnes diluïdes o solucions de baixa viscositat. El teixit ajustat no és adequat per a solucions de proteïnes altament concentrades, ja que la caiguda de pressió és inacceptablement alta a viscositats més grans. Tanmateix, aquesta pantalla normalment ofereix un rendiment de flux superior.
Pantalla C:Una pantalla gruixuda que s'utilitza per a fluxos de productes amb viscositat de fins a 15 cP. La pantalla C proporciona un bon rendiment de flux, però la caiguda de pressió està per sobre del límit d'ús quan augmenta la viscositat.
pantalla V: una pantalla C suspesa. La pantalla V ofereix caigudes de pressió més baixes que la pantalla C, però el rendiment del flux és molt inferior en comparació amb la pantalla C.
pantalla D: Aquesta nova pantalla té una malla més gruixuda i un teixit alterat en comparació amb la pantalla C estàndard. Va ser dissenyat per oferir una caiguda de pressió més baixa sense la gran penalització del rendiment del flux que es troba quan s'utilitza una tecnologia de pantalla suspesa.
A partir de la descripció anterior dels diferents tipus de pantalla i de la informació disponible públicament, les característiques dels diferents canals de pantalla es poden resumir de la següent manera:
2. Impacte dels diferents tipus de canals de pantalla en els processos UF/DF
A partir de les descripcions anteriors, es pot inferir raonablement que diferents tipus de canals de pantalla afecten directament el rendiment del procés UF/DF:
Dinàmica de fluids i força de tall:
Perquè l'estructura de la pantalla (malla) determina el patró de flux del fluid a través de la superfície de la membrana, així com el grau de turbulència i les forces de cisalla resultants generades.
Eficiència de transferència de massa:
El tipus de pantalla afecta la polarització de la concentració i el control de la contaminació de la membrana.
Rendiment del procés:
Com ara el flux final, la taxa de retenció i la qualitat del producte (p. ex., l'agregació induïda per cisalla-).
(Referència 2: "Efecte de la cisalla induïda pel canal-en els productes biològics durant la diafiltració per ultrafiltració (UF/DF), 2016")demostra l'impacte de les forces de cisalla induïdes per diferents dissenys de canals de pantalla en la qualitat dels productes biofarmacèutics com els anticossos monoclonals i les proteïnes de fusió.
En aquest estudi, en condicions de producció estandarditzades de flux d'alimentació fixa (300 LMH) i pressió transmembrana (1,4 bar), es van avaluar mòduls de membrana de tres fabricants -MilliporeSigma, Pall i NovaSep-, incloent configuracions de pantalla mitjana, pantalla de suspensió lleugera-i-obert. Es van utilitzar com a mostres de prova quatre productes biològics representatius, incloses IgG4-sensible a la cisalla, IgG1 tolerant a la cisalla-i proteïnes de fusió. Es van aplicar mètodes analítics com les proves de filtrabilitat SEC, MFI, DLS i Vmax per avaluar sistemàticament el rendiment hidràulic de diferents dissenys de canals i el seu impacte en la qualitat del producte.
Els resultats experimentals mostren que l'estructura del canal (pantalla) determina directament la intensitat de cisalla i l'eficiència de transferència de massa. El canal de pantalla mitjana va mostrar el coeficient de transferència de massa més alt; tanmateix, tant l'esforç de tall de la paret com l'esforç de cisalla total es van elevar significativament. En canvi, la configuració de canal obert-(sense pantalla) va generar la tensió de cisalla més baixa, però va patir un rendiment de transferència de massa extremadament pobre, que va requerir cicles de recirculació excessius i va provocar una baixa eficiència del procés. El canal de pantalla de suspensió lleugera (Pellicon D) va demostrar el millor rendiment global. El seu coeficient de transferència de massa només era un 22% inferior al de la pantalla mitjana, però un 260% més gran que el del disseny de canal-obert. Mentrestant, la seva tensió de cisalla total va ser la més baixa de totes les configuracions, amb només 1.120 Pa. Pel que fa a la qualitat del producte, les proteïnes sensibles al cisalla-processades amb la pantalla mitjana van mostrar un augment del 78% al 186% dels agregats solubles, juntament amb un augment significatiu de les partícules sub{14}visibles. El valor de Vmax per a la filtració esterilitzadora de 0, 2 μm va ser molt baix, cosa que indica una incrustació severa de la membrana i una mala filtrabilitat. Per contra, les mostres processades amb el canal de pantalla de suspensió lleugera van mostrar només un augment del 0% al 25% en l'agregació, els nivells de partícules reduïts significativament i una millora de 3 a 18 vegades en el rendiment de filtració. Els estudis de concentració d'alta -concentració van confirmar a més que el canal de pantalla de suspensió lleugera mantenia una pressió transmembrana estable i podia aconseguir fàcilment concentracions superiors a 200 g/L. En comparació, el canal de pantalla mitjana va mostrar un fort augment de la pressió a altes concentracions, cosa que va dificultar l'assoliment de concentracions objectiu i va provocar una degradació de la qualitat del producte.
(Referència 3: "Comportament d'ultrafiltració de vectors virals associats adeno-recombinants utilitzats en teràpia gènica", 2021)va comparar l'impacte dels dissenys de canals de pantalla C{- i D- en el procés UF/DF dels vectors AAV.
Els resultats van mostrar que quan es va utilitzar la pantalla D-, la pressió transmembrana crítica (TMP) era més baixa i el flux mitjà es va reduir un 14%.
La figura . 2C presenta dades de flux versus TMP utilitzant la membrana de 30 kDa amb la pantalla "D". La pantalla D o la pantalla V no seria adequada per a la ultrafiltració de corrents d'alimentació de baixa viscositat en aquest treball. Els treballs anteriors del nostre grup han utilitzat aquests canals seleccionats per a anticossos monoclonals d'alta concentració i proteïnes de fusió Fc- [13,33]. Per a l'AAV2 amb el dispositiu de pantalla "D", el TMP crític es va assolir a un TMP inferior al del dispositiu de pantalla "C" que es mostra a la figura . 2A. D'acord amb les expectatives teòriques, el flux amb el dispositiu de pantalla "D" va ser de mitjana un 14% més baix a cabals d'alimentació de Q=350 L/h/m2 i Q=500 L/h/m2 (p < 0,05) en comparació amb el dispositiu de pantalla "C", però no hi havia cap diferència entre la pantalla "C" (RC2A) i la pantalla de flux d'alimentació (RC2A) del dispositiu "RC2B)=120 L/h/m2 (p > 0,05) (Fig{. 2C).
Ⅱ Recomanacions d'implementació:
Per tant, es pot concloure que el tipus de pantalla és un factor crític que afecta tant el rendiment del procés com la qualitat del producte, i que s'ha de tenir en compte adequadament en els models{0}}reduïts. En conseqüència, en resposta a la consulta, si no es disposa d'un casset de membrana de pantalla C- idèntic, no és apropiat simplement realitzar una substitució directa basada en "la mateixa mida de porus però un tipus de pantalla diferent", com ara substituir-lo per un casset de membrana de pantalla A-.
La substitució directa (és a dir, utilitzant els mateixos paràmetres de funcionament) generalment no és representativa, especialment en els casos següents:
· Quan el producte és sensible a la cisalla-(p. ex., anticossos monoclonals, proteïnes de fusió, vectors virals).
· Quan es requereix una predicció precisa del rendiment del procés-a gran escala, inclòs el flux, el temps de filtració i el comportament de l'encrassement.
· Quan es realitzen estudis de caracterització de processos per definir l'espai de disseny dels paràmetres crítics del procés (CPP), com la pressió transmembrana (TMP) i la velocitat del flux creuat.
Aleshores, hi ha altres opcions alternatives o mesures d'implementació adequades? Després de la discussió, l'equip de Xingchen recomana el següent enfocament:
1. Identificar cassets de membrana alternatius funcionalment equivalents
Això implica identificar cassets de membrana a petita-escala d'altres proveïdors que presenten característiques hidrodinàmiques similars, especialment un comportament de cisalla.
Es recomana consultar els proveïdors de cassettes de membrana d'ultrafiltració i sol·licitar productes a escala de laboratori-dissenyats en base a principis similars i que mostrin una dinàmica de flux comparable al casset de canal de pantalla C-que s'utilitza a la producció.
Els paràmetres clau dels cassets candidats s'han de comparar amb el casset C-de pantalla objectiu, com ara l'alçada del canal (o diàmetre hidràulic), l'estructura de la pantalla (p. ex., el tipus de pantalla), el material de la membrana i la mida dels porus, ja que aquests factors determinen les forces de cisalla generades als cassets d'ultrafiltració.
2.Utilitzeu un casset de pantalla A-i compenseu les diferències hidrodinàmiques ajustant els paràmetres de funcionament
En teoria, la configuració de la pantalla A-acostuma a tenir un canal de flux més estret que la pantalla C-, cosa que pot provocar un esforç tallant més alt. Per tant, la diferència de cisalla entre els dos sistemes amb el mateix cabal d'alimentació s'hauria d'estimar mitjançant càlcul o simulació de dinàmica de fluids computacional (CFD).
A continuació, s'ha d'ajustar el cabal d'alimentació (Q) del sistema de pantalla A-a petita escala A-de manera que l'esforç de cisalla generat a la superfície de la membrana coincideixi amb l'esforç de cisalla produït pel sistema de pantalla C-a gran-escala en les condicions de flux operatiu objectiu.
En les condicions de cisalla ajustades, feu experiments a -petita escala per mesurar indicadors clau de rendiment, com ara el flux i la taxa de retenció. Després, aquests resultats s'han de comparar amb dades històriques o dades experimentals paral·leles del sistema de pantalla C-a gran escala- per validar la seva capacitat predictiva.
3.Centreu-vos en aspectes específics i establiu un model d'escala-reduïda de representativitat
Si l'enfocament de la caracterització del procés no està en els productes sensibles al cisalla-, o si l'objectiu principal és avaluar les característiques de retenció de la membrana en lloc de la hidrodinàmica, llavors l'impacte de les diferències de pantalla pot ser relativament menor.
Per tant, cal demostrar que, dins de l'àmbit del vostre estudi, el tipus de pantalla no és una font crítica de variabilitat. Per exemple, si l'objectiu principal és investigar l'efecte del tall-del pes molecular de la membrana (MWCO) sobre la retenció d'una proteïna objectiu i el procés funciona en condicions de baix-cisalla, llavors pot ser acceptable utilitzar una pantalla A-per al cribratge preliminar.
No obstant això, cal reconèixer que qualsevol estudi posterior que inclogui flux, contaminació, temps de concentració o agregació de productes pot estar esbiaixat a causa de les diferències en el tipus de pantalla.
