UF/DF 스케일-대체 스크린 채널 카세트를 사용한 다운 모델링
공정 특성화 중에 확립된 설계 공간이 3상 임상시험 배치 제조에 사용된 운영 매개변수 범위보다 넓거나 좁은 경우 어떻게 해야 합니까?
Ⅰ. 문제 분석
고려 사항:문제는 UF/DF(한외여과/정용여과) 공정에 대한 축소{0}}모델의 대표성에 관한 것입니다. 필요한 공극 크기/MWCO를 갖춘 C-스크린 채널 한외여과 카세트를 사용할 수 없으므로 A-스크린 채널 한외여과 카세트를 대체품으로 사용할 계획입니다. 핵심 질문은 A-스크린 카세트가 대표적인 축소 모델로 사용될 수 있는지 여부입니다.-
이 질문에 답하려면 먼저 스크린 채널 디자인이 다른 한외여과 카세트 사이에 차이가 있는지, 그리고 이러한 차이가 UF/DF 공정에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 이해해야 합니다.
1. 한외여과 카세트의 다양한 스크린 채널 유형 선택
한외여과 카세트의 다양한 스크린 채널 유형에 대한 지식과 관련하여 자세한 설명은 (문서 1: 고농도/점도 응용 분야의 한외여과/투석여과 공정 개발)에 제공됩니다.
우리는 현재 Pellicon® 카세트 형식 범위의 네 가지 스크린(A, C, D 및 V)을 제공합니다.
스크린: 묽은 단백질 용액이나 저점도 용액에 사용되는 타이트한 스크린입니다. 더 높은 점도에서 압력 강하가 허용할 수 없을 정도로 높기 때문에 촘촘한 직조는 고농축 단백질 용액에 적합하지 않습니다. 그러나 이 화면은 일반적으로 뛰어난 플럭스 성능을 제공합니다.
C 화면:점도가 최대 15cP인 제품 스트림에 사용되는 거친 스크린입니다. C 스크린은 우수한 플럭스 성능을 제공하지만 점도가 증가하면 압력 강하가 사용 한계를 초과합니다.
V 스크린: 정지된 C 스크린. V 스크린은 C 스크린보다 낮은 압력 강하를 제공하지만 플럭스 성능은 C 스크린에 비해 훨씬 낮습니다.
D 스크린: 이 새로운 스크린은 표준 C 스크린에 비해 메쉬가 더 거칠고 짜임새가 변경되었습니다. 이는 매달린 스크린 기술을 사용할 때 발견되는 큰 플럭스 성능 저하 없이 더 낮은 압력 강하를 제공하도록 설계되었습니다.
다양한 화면 유형에 대한 위의 설명과 공개적으로 사용 가능한 정보를 기반으로 다양한 화면 채널의 특성을 다음과 같이 요약할 수 있습니다.
2. 다양한 스크린 채널 유형이 UF/DF 공정에 미치는 영향
위의 설명을 바탕으로 다양한 유형의 스크린 채널이 UF/DF 프로세스 성능에 직접적인 영향을 미친다는 것을 합리적으로 추론할 수 있습니다.
유체 역학 및 전단력:
스크린(메시) 구조가 멤브레인 표면을 가로지르는 유체의 흐름 패턴과 난류의 정도 및 그에 따른 생성되는 전단력을 결정하기 때문입니다.
물질 전달 효율:
스크린 유형은 농도 분극화와 막 오염 제어에 영향을 미칩니다.
프로세스 성능:
최종 흐름, 유지율 및 제품 품질(예: 전단-으로 인한 응집) 등이 있습니다.
(참고 자료 2: "한외여과 정용여과(UF/DF) 중 생물학적 제제에 대한 채널-유도 전단의 영향, 2016")단클론 항체 및 융합 단백질과 같은 바이오의약품의 품질에 대한 다양한 스크린 채널 설계에 의해 유도된 전단력의 영향을 보여줍니다.
이 연구에서는 고정 공급 유량(300LMH) 및 막횡단 압력(1.4bar)의 표준화된 생산 조건에서 중형 스크린, 경량-서스펜션 스크린 및 개방형-채널 구성을 포함하여 세 제조업체({2}}MilliporeSigma, Pall 및 NovaSep-)의 멤브레인 모듈을 평가했습니다. 전단-민감성 IgG4, 전단-내성 IgG1 및 융합 단백질을 포함한 4가지 대표적인 생물학적 제제가 테스트 샘플로 사용되었습니다. 다양한 채널 설계의 유압 성능과 제품 품질에 미치는 영향을 체계적으로 평가하기 위해 SEC, MFI, DLS 및 Vmax 여과성 테스트와 같은 분석 방법이 적용되었습니다.
실험 결과는 채널(스크린) 구조가 전단 강도와 물질 전달 효율을 직접적으로 결정한다는 것을 보여줍니다. 중간 스크린 채널은 가장 높은 물질 전달 계수를 나타냈습니다. 그러나 벽 전단 응력과 총 전단 응력은 모두 상당히 증가했습니다. 이와 대조적으로, 개방-채널(스크린 없음) 구성은 가장 낮은 전단 응력을 생성했지만 물질 전달 성능이 극도로 저하되어 과도한 재순환 주기가 필요하고 공정 효율성이 낮았습니다. 광 서스펜션 스크린 채널(Pellicon D)이 전반적으로 최고의 성능을 보여주었습니다. 물질 전달 계수는 중형 스크린보다 22% 낮았지만 개방형 채널 디자인보다는 260% 높았습니다. 한편 총 전단 응력은 1,120Pa에 불과하여 모든 구성 중에서 가장 낮았습니다. 제품 품질 측면에서 중간 스크린을 사용하여 처리된 전단에 민감한 단백질은 눈에 보이지 않는 입자의 상당한 증가와 함께 용해성 응집체가 78%~186% 증가한 것으로 나타났습니다.{14}} 0.2μm 멸균 여과의 Vmax 값은 매우 낮아 막 오염이 심하고 여과성이 좋지 않음을 나타냅니다. 대조적으로, 광 현탁액 스크린 채널로 처리된 샘플은 응집이 0%~25% 증가하고 입자 수준이 크게 감소했으며 여과 성능이 3~18배 향상된 것으로 나타났습니다. 고농도 농도 연구를 통해 광 현탁 스크린 채널이 안정적인 막 투과 압력을 유지하고 200g/L 이상의 농도에 쉽게 도달할 수 있음이 추가로 확인되었습니다. 이에 비해 중형 스크린 채널은 고농도에서 압력이 급격하게 상승해 목표 농도 도달이 어려워져 제품 품질이 저하되는 현상이 나타났다.
(참고문헌 3: "유전자 치료에 사용되는 재조합 아데노-관련 바이러스 벡터의 한외여과 거동", 2021)AAV 벡터의 UF/DF 프로세스에 대한 C-스크린 및 D-스크린 채널 디자인의 영향을 비교했습니다.
그 결과, D-스크린을 사용한 경우 임계막횡압(TMP)이 낮아지고 평균 유속이 14% 감소하는 것으로 나타났습니다.
그림. 2C는 "D" 화면과 함께 30kDa 멤브레인을 사용한 플럭스 대 TMP 데이터를 나타냅니다. D 스크린 또는 V 스크린은 이 작업에서 저점도 공급 흐름의 한외여과에 적합하지 않습니다. 우리 그룹의 과거 연구에서는 고농도 단일클론 항체 및 Fc{4}}융합 단백질에 대해 이러한 스크리닝된 채널을 사용했습니다[13,33]. "D" 스크린 장치를 사용하는 AAV2의 경우 그림. 2A에 표시된 "C" 스크린 장치보다 낮은 TMP에서 임계 TMP에 도달했습니다. 이론적 기대와 일치하게, "D" 스크린 장치의 플럭스는 "C" 스크린 장치에 비해 Q=350 L/h/m2 및 Q=500 L/h/m2(p < 0.05)의 공급 유량에서 평균 14% 더 낮았지만 Q=120의 공급 유량에서 "C" 스크린(RC2A)과 "D" 스크린 장치(RC2B) 사이에는 차이가 없었습니다. L/h/m2(p > 0.05)(그림. 2C).
Ⅱ구현 권장사항:
따라서 스크린 유형은 프로세스 성능과 제품 품질 모두에 영향을 미치는 중요한 요소이며 축소 모델에서 적절히 고려해야 한다는 결론을 내릴 수 있습니다-. 따라서 문의에 대한 답변으로, 동일한 C-스크린 멤브레인 카세트를 사용할 수 없는 경우 A-스크린 멤브레인 카세트로 교체하는 등 단순히 "기공 크기는 동일하지만 스크린 유형이 다른" 기반으로 직접 교체를 수행하는 것은 적절하지 않습니다.
직접 대체(즉, 동일한 작동 매개변수 사용)는 일반적으로 대표적인 것이 아니며 특히 다음과 같은 경우에는 더욱 그렇습니다.
· 제품이 전단-민감한 경우(예: 단클론 항체, 융합 단백질, 바이러스 벡터).
· 유량, 여과 시간, 파울링 거동 등 대규모 공정 성능에 대한 정확한 예측이-필요한 경우.
· 막횡단 압력(TMP) 및 교차 흐름 속도와 같은 중요 공정 매개변수(CPP)의 설계 공간을 정의하기 위해 공정 특성화 연구가 수행되는 경우.
그렇다면 다른 적합한 대체 옵션이나 구현 조치가 있습니까? 논의 후 Xingchen 팀은 다음 접근 방식을 권장합니다.
1. 기능적으로 동등한 대체 멤브레인 카세트 식별
여기에는 유사한 유체역학적 특성, 특히 전단 거동을 보이는 다른 공급업체의 소규모 멤브레인 카세트를 식별하는 작업이 포함됩니다.
한외여과막 카세트 공급업체에 문의하고 유사한 원리를 기반으로 설계되었으며 생산에 사용되는 C-스크린 채널 카세트와 유사한 흐름 역학을 나타내는 실험실 규모 제품을 요청하는 것이 좋습니다.
채널 높이(또는 수력학적 직경), 스크린 구조(예: 스크린 유형), 막 재료 및 기공 크기를 포함하여 후보 카세트의 주요 매개변수를 대상 C{0}}스크린 카세트와 비교해야 합니다. 이러한 요소가 한외여과 카세트에서 생성되는 전단력을 결정하기 때문입니다.
2. A-스크린 카세트를 사용하고 작동 매개변수를 조정하여 유체역학적 차이를 보상합니다.
이론적으로 A-스크린 구성은 일반적으로 C-스크린보다 흐름 채널이 더 촘촘하여 전단 응력이 더 높아질 수 있습니다. 따라서 동일한 공급유량 하에서 두 시스템 간의 전단차는 계산 또는 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 통해 추정되어야 합니다.
그런 다음 소규모 -규모 A-스크린 시스템의 공급 유량(Q)을 조정하여 막 표면에서 생성된 전단 응력이 목표 작동 흐름 조건에서 대규모 -규모 C-스크린 시스템에 의해 생성된 전단 응력과 일치하도록 해야 합니다.
조정된 전단 조건에서 소규모{0}}실험을 수행하여 유량 및 유지율과 같은 핵심 성과 지표를 측정합니다. 그런 다음 이러한 결과를 대규모-C-스크린 시스템의 과거 데이터 또는 병렬 실험 데이터와 비교하여 예측 기능을 검증해야 합니다.
3.특정 측면에 초점을 맞추고 대표성이 축소된 축소-모델을 설정합니다.
공정 특성화의 초점이 전단에 민감한 제품에 있지 않거나{0}}주요 목적이 유체역학보다는 막 유지 특성을 평가하는 것이라면 스크린 차이의 영향은 상대적으로 작을 수 있습니다.
따라서 연구 범위 내에서 화면 유형이 변동성의 중요한 원인이 아니라는 점을 입증할 필요가 있습니다. 예를 들어, 주요 목적이 표적 단백질의 유지에 대한 막 분자량 차단(MWCO)의 효과를 조사하는 것이고 프로세스가 낮은-전단 조건에서 작동하는 경우 예비 스크리닝을 위해 A-스크린을 사용하는 것이 허용될 수 있습니다.
그러나 플럭스, 오염, 농도 시간 또는 제품 응집과 관련된 후속 연구는 스크린 유형의 차이로 인해 편향될 수 있다는 점을 인식해야 합니다.
