مقیاس UF/DF-مدل سازی پایین با نوار کاست های کانال صفحه نمایش جایگزین

اگر فضای طراحی ایجاد شده در طول مشخصه‌یابی فرآیند وسیع‌تر یا باریک‌تر از محدوده پارامترهای عملیاتی مورد استفاده برای تولید دسته‌های آزمایش بالینی فاز III باشد، چه باید کرد؟

Ⅰ. تجزیه و تحلیل مشکل

ملاحظه:سوال مربوط به بازنمایی یک مدل-مقیاس برای فرآیند اولترافیلتراسیون/دیافیلتراسیون (UF/DF) است. از آنجایی که یک کاست اولترافیلتراسیون کانال صفحه نمایش C- با اندازه منافذ مورد نیاز/MWCO در دسترس نیست، یک کاست اولترافیلتراسیون کانال صفحه نمایش A برنامه ریزی شده است که به عنوان جایگزین استفاده شود. سوال کلیدی این است که آیا نوار کاست صفحه نمایش A می‌تواند به عنوان یک مدل کوچک مقیاس-نماینده باشد.

برای پاسخ به این سوال، ابتدا باید بدانیم که آیا بین کاست‌های اولترافیلتراسیون با طرح‌های کانال صفحه نمایش متفاوت تفاوت‌هایی وجود دارد و این تفاوت‌ها چه تاثیری بر فرآیند UF/DF دارند.

1. انتخاب انواع کانال های صفحه نمایش مختلف در کاست های اولترافیلتراسیون

 

با توجه به دانش انواع کانال های صفحه نمایش در کاست های اولترافیلتراسیون، شرح مفصلی در (سند 1: توسعه فرآیند اولترافیلتراسیون/دیافیلتراسیون برنامه های کاربردی با غلظت/ویسکوزیته بالا) ارائه شده است:

ما در حال حاضر چهار صفحه نمایش مختلف را ارائه می دهیم: (A، C، D و V) در محدوده قالب کاست Pellicon®.

 

یک صفحه نمایش: صفحه محکمی که برای محلول های پروتئین رقیق یا محلول های با ویسکوزیته کم استفاده می شود. بافت محکم برای محلول های پروتئینی با غلظت بالا مناسب نیست زیرا افت فشار در ویسکوزیته های بیشتر به طور غیرقابل قبولی بالا است. با این حال، این صفحه نمایش معمولاً عملکرد شار عالی را ارائه می دهد.

 

صفحه نمایش C:صفحه نمایش درشتی که برای استریم محصول با ویسکوزیته تا 15 cP استفاده می شود. صفحه نمایش C عملکرد شار خوبی را ارائه می دهد، اما وقتی ویسکوزیته افزایش می یابد، افت فشار بالاتر از حد استفاده است.

 

صفحه نمایش V: صفحه نمایش C معلق. صفحه نمایش V افت فشار کمتری نسبت به صفحه نمایش C دارد، اما عملکرد شار در مقایسه با صفحه نمایش C بسیار کمتر است.

 

صفحه نمایش D: این صفحه جدید دارای توری درشت تر و بافت تغییر یافته در مقایسه با صفحه نمایش استاندارد C است. طراحی شده است تا افت فشار کمتری را بدون جریمه عملکرد شار زیاد که هنگام استفاده از فناوری صفحه نمایش معلق پیدا می‌شود، ارائه دهد.

 

بر اساس توضیحات فوق در مورد انواع مختلف صفحه نمایش و اطلاعات در دسترس عموم، ویژگی های کانال های صفحه نمایش مختلف را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:

 

2. تأثیر انواع مختلف کانال های صفحه نمایش بر روی فرآیندهای UF/DF

بر اساس توضیحات بالا، می توان به طور منطقی استنباط کرد که انواع مختلف کانال های صفحه نمایش مستقیماً بر عملکرد فرآیند UF/DF تأثیر می گذارند:

 

دینامیک سیالات و نیروی برشی:
 

زیرا ساختار صفحه (مش) الگوی جریان سیال در سراسر سطح غشاء و همچنین درجه تلاطم و نیروهای برشی ناشی از آن را تعیین می کند.

 

راندمان انتقال انبوه:
 

نوع صفحه روی قطبش غلظت و کنترل رسوب غشاء تاثیر می گذارد.

 

عملکرد فرآیند:
 

مانند شار نهایی، نرخ ماندگاری و کیفیت محصول (به عنوان مثال، برش{2}}تجمع القا شده).

 

(مرجع 2: "اثر برش ناشی از کانال- بر روی مواد بیولوژیک در طول دیافیلتراسیون اولترافیلتراسیون (UF/DF)، 2016")تاثیر نیروهای برشی ناشی از طراحی کانال های صفحه نمایش مختلف بر کیفیت محصولات بیودارویی مانند آنتی بادی های مونوکلونال و پروتئین های همجوشی را نشان می دهد.

در این مطالعه، تحت شرایط استاندارد تولید شار خوراک ثابت (300 LMH) و فشار گذرنده (1.4 بار)، ماژول‌های غشایی از سه سازنده -MilliporeSigma، Pall و NovaSep{3}}شامل صفحه متوسط، صفحه سبک{4}}صفحه تعلیق{5} و تنظیمات{5} باز مورد ارزیابی قرار گرفتند. چهار بیولوژیک نماینده، از جمله IgG4 حساس به برشی، IgG1 متحمل به برش، و پروتئین های همجوشی، به عنوان نمونه آزمایش استفاده شد. روش‌های تحلیلی مانند تست‌های فیلترپذیری SEC، MFI، DLS و Vmax برای ارزیابی سیستماتیک عملکرد هیدرولیکی طرح‌های کانال‌های مختلف و تأثیر آن‌ها بر کیفیت محصول استفاده شد.

نتایج تجربی نشان می دهد که ساختار کانال (صفحه نمایش) به طور مستقیم شدت برش و راندمان انتقال جرم را تعیین می کند. کانال صفحه نمایش متوسط ​​بالاترین ضریب انتقال جرم را نشان داد. با این حال، هر دو تنش برشی دیوار و تنش برشی کل به طور قابل توجهی افزایش یافتند. در مقابل، پیکربندی کانال باز (بدون صفحه) کمترین تنش برشی را ایجاد کرد، اما از عملکرد انتقال جرم بسیار ضعیف رنج می‌برد، که به چرخه‌های چرخش بیش از حد نیاز دارد و منجر به راندمان فرآیند پایین می‌شود. کانال صفحه تعلیق سبک (Pellicon D) بهترین عملکرد کلی را نشان داد. ضریب انتقال جرم آن تنها 22 درصد کمتر از صفحه نمایش متوسط ​​بود، اما 260 درصد بیشتر از طراحی کانال باز بود. در همین حال، تنش برشی کل آن کمترین مقدار را در بین تمام پیکربندی‌ها داشت، تنها 1120 Pa. از نظر کیفیت محصول، پروتئین‌های حساس به برشی پردازش شده با استفاده از صفحه متوسط، 78% تا 186% افزایش در دانه‌های محلول، همراه با افزایش قابل‌توجه در ذرات زیر{14}را نشان دادند. مقدار Vmax برای فیلتراسیون ضدعفونی کننده 0.2 میکرومتر بسیار کم بود که نشان دهنده رسوب شدید غشاء و فیلترپذیری ضعیف است. در مقابل، نمونه‌های پردازش‌شده با کانال صفحه تعلیق نور تنها یک افزایش 0% تا 25% در تجمع، کاهش قابل‌توجه سطح ذرات و بهبود 3 تا 18 × در عملکرد فیلتر را نشان دادند. مطالعات غلظت{23}بالا بیشتر تأیید کرد که کانال صفحه تعلیق نوری فشار غشایی پایدار را حفظ می‌کند و به راحتی می‌تواند به غلظت‌های بالاتر از 200 گرم در لیتر برسد. در مقایسه، کانال صفحه نمایش متوسط ​​افزایش شدید فشار را در غلظت‌های بالا نشان می‌دهد که رسیدن به غلظت هدف را دشوار می‌کند و در نتیجه کیفیت محصول را کاهش می‌دهد.

 

(مرجع 3: "رفتار اولترافیلتراسیون ناقل های ویروسی آدنو{1} نوترکیب مورد استفاده در ژن درمانی"، 2021)تأثیر طراحی کانال های صفحه نمایش C-و-روی فرآیند UF/DF بردارهای AAV را مقایسه کرد.

نتایج نشان داد که هنگام استفاده از صفحه‌نمایش D{0}}فشار گذرنده بحرانی (TMP) کمتر بود و میانگین شار 14 درصد کاهش یافت.

شکل . 2C شار در مقابل داده های TMP را با استفاده از غشای 30 کیلو دالتون با صفحه "D" نشان می دهد. صفحه نمایش D یا صفحه V برای اولترافیلتراسیون جریان های تغذیه با ویسکوزیته پایین در این کار مناسب نیست. کارهای قبلی گروه ما از این کانال‌های غربال‌شده برای آنتی‌بادی‌های مونوکلونال با غلظت بالا و پروتئین‌های همجوشی Fc- استفاده کرده است [13،33]. برای AAV2 با دستگاه صفحه نمایش "D"، TMP بحرانی در TMP پایین تر از دستگاه صفحه نمایش "C" نشان داده شده در شکل{9}}A رسیده است. مطابق با انتظارات نظری، شار دستگاه صفحه‌نمایش «D» در نرخ‌های جریان خوراک Q=350 L/h/m2 و Q=500 L/h/m2 (p <0.05) در مقایسه با دستگاه صفحه‌نمایش «C» به‌طور متوسط 14 درصد کمتر بود، اما تفاوتی بین دستگاه صفحه نمایش «C» و نرخ جریان صفحه نمایش «RCA» (RCA) در صفحه نمایش «RC2» وجود نداشت. از Q=120 L/h/m2 (p > 0.05) (شکل{22}}C).

Ⅱتوصیه های اجرایی:

بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که نوع صفحه‌نمایش عاملی حیاتی است که هم بر عملکرد فرآیند و هم کیفیت محصول تأثیر می‌گذارد و باید در مدل‌های کوچک-به‌درستی در نظر گرفته شود. بر این اساس، در پاسخ به پرسش، اگر یک کاست غشای صفحه نمایش C-یکسان در دسترس نباشد، انجام یک جایگزین مستقیم بر اساس "اندازه منافذ یکسان اما نوع صفحه نمایش متفاوت"، مانند جایگزینی آن با یک کاست غشایی صفحه نمایش A{{3} مناسب نیست.

جایگزینی مستقیم (یعنی با استفاده از پارامترهای عملیاتی یکسان) معمولاً نماینده نیست، به خصوص در موارد زیر:

· وقتی محصول به برشی{0}}حساس است (مانند آنتی بادی های مونوکلونال، پروتئین های همجوشی، ناقل های ویروسی).

· زمانی که پیش‌بینی دقیق عملکرد فرآیند{0}در مقیاس بزرگ، از جمله شار، زمان فیلتر کردن، و رفتار رسوب‌پذیری مورد نیاز است.

· هنگامی که مطالعات خصوصیات فرآیند برای تعریف فضای طراحی پارامترهای فرآیند حیاتی (CPPs)، مانند فشار گذرنده (TMP) و سرعت جریان متقاطع انجام می شود.

سپس آیا گزینه های جایگزین یا اقدامات اجرایی مناسب دیگری وجود دارد؟ پس از بحث، تیم Xingchen رویکرد زیر را توصیه می‌کند:

 

1. کاست های غشایی جایگزین معادل عملکردی را شناسایی کنید

این شامل شناسایی کاست‌های غشایی در مقیاس کوچک-از سایر تامین‌کنندگان است که ویژگی‌های هیدرودینامیکی مشابهی، به‌ویژه رفتار برشی از خود نشان می‌دهند.

توصیه می‌شود با تامین‌کنندگان کاست غشای اولترافیلتراسیون مشورت کنید و محصولات آزمایشگاهی- را درخواست کنید که بر اساس اصول مشابه طراحی شده‌اند و دینامیک جریان قابل مقایسه با کاست کانال صفحه نمایش C- مورد استفاده در تولید را نشان می‌دهند.

پارامترهای کلیدی کاست‌های کاندید باید با کاست صفحه هدف C-، از جمله ارتفاع کانال (یا قطر هیدرولیک)، ساختار صفحه (مثلاً نوع صفحه)، مواد غشایی، و اندازه منافذ مقایسه شوند، زیرا این عوامل نیروهای برشی ایجاد شده در کاست‌های اولترافیلتراسیون را تعیین می‌کنند.

 

2. از کاست صفحه نمایش A- استفاده کنید و تفاوت های هیدرودینامیکی را با تنظیم پارامترهای عملیاتی جبران کنید

در تئوری، پیکربندی صفحه نمایش A معمولاً دارای کانال جریان تنگ‌تر از صفحه نمایش C- است که ممکن است منجر به تنش برشی بالاتر شود. بنابراین، اختلاف برشی بین دو سیستم تحت یک نرخ جریان خوراک باید از طریق محاسبات یا شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) برآورد شود.

سپس نرخ جریان تغذیه (Q) سیستم صفحه نمایش کوچک-مقیاس A- باید به گونه‌ای تنظیم شود که تنش برشی ایجاد شده در سطح غشاء با تنش برشی تولید شده توسط سیستم صفحه نمایش بزرگ مقیاس C در شرایط جریان عملیاتی هدف مطابقت داشته باشد.

تحت شرایط برشی تنظیم‌شده، آزمایش‌های مقیاس کوچک-برای اندازه‌گیری شاخص‌های عملکرد کلیدی مانند شار و نرخ ماندگاری انجام دهید. سپس این نتایج باید با داده‌های تاریخی یا داده‌های تجربی موازی از سیستم صفحه نمایش بزرگ-C{3}} مقایسه شود تا قابلیت پیش‌بینی آن تأیید شود.

 

3. روی جنبه‌های خاص تمرکز کنید و یک مدل پایین‌تر-مقیاس نمایندگی کاهش یافته ایجاد کنید

اگر تمرکز خصوصیات فرآیند بر روی محصولات حساس به برش{0}} نباشد، یا اگر هدف اصلی ارزیابی ویژگی‌های حفظ غشا به جای هیدرودینامیک باشد، ممکن است تأثیر تفاوت‌های صفحه نمایش نسبتاً جزئی باشد.

بنابراین، لازم است نشان دهید که در محدوده مطالعه شما، نوع صفحه یک منبع حیاتی برای تغییرپذیری نیست. به عنوان مثال، اگر هدف اصلی بررسی اثر کاهش وزن مولکولی غشاء{{1}(MWCO) بر حفظ پروتئین مورد نظر باشد، و این فرآیند در شرایط برش پایین عمل کند، در این صورت استفاده از صفحه نمایش A- برای غربالگری اولیه ممکن است قابل قبول باشد.

با این حال، باید به رسمیت شناخته شود که هر گونه مطالعات بعدی شامل شار، رسوب، زمان غلظت یا تجمع محصول ممکن است به دلیل تفاوت در نوع صفحه نمایش مغرضانه باشد.