Escala UF/DF-Modelado descendente con casetes de canales de pantalla alternativos
¿Qué se debe hacer si el espacio de diseño establecido durante la caracterización del proceso es más amplio o más estrecho que los rangos de parámetros operativos utilizados para fabricar lotes de ensayos clínicos de Fase III?
Ⅰ. Análisis de problemas
Consideración:La pregunta se refiere a la representatividad de un modelo-de reducción de escala para un proceso de ultrafiltración/diafiltración (UF/DF). Dado que no está disponible un casete de ultrafiltración de canal de pantalla C- con el tamaño de poro/MWCO requerido, se planea utilizar un casete de ultrafiltración de canal de pantalla A- como sustituto. La pregunta clave es si el casete de pantalla A-puede servir como modelo representativo a escala-.
Para responder a esta pregunta, primero debemos comprender si existen diferencias entre los casetes de ultrafiltración con diferentes diseños de canales de pantalla y qué impacto pueden tener estas diferencias en el proceso UF/DF.
1. Selección de diferentes tipos de canales de pantalla en casetes de ultrafiltración
Con respecto al conocimiento de los diferentes tipos de canales de criba en casetes de ultrafiltración, se proporciona una descripción detallada en (Documento 1: Desarrollo de procesos de ultrafiltración/diafiltración de aplicaciones de alta concentración/viscosidad):
Actualmente ofrecemos cuatro pantallas diferentes: (A, C, D y V) en la gama de formato casete Pellicon®.
una pantalla: Una pantalla hermética que se utiliza para soluciones de proteínas diluidas o soluciones de baja viscosidad. El tejido apretado no es adecuado para soluciones proteicas altamente concentradas, ya que la caída de presión es inaceptablemente alta con viscosidades mayores. Sin embargo, esta pantalla normalmente proporciona un rendimiento de flujo superior.
Pantalla C:Un tamiz grueso que se utiliza para flujos de productos con viscosidad de hasta 15 cP. La pantalla C proporciona un buen rendimiento de flujo, pero la caída de presión está por encima del límite de uso cuando aumenta la viscosidad.
pantalla V: Una pantalla C suspendida. La pantalla V proporciona caídas de presión más bajas que la pantalla C, pero el rendimiento del flujo es mucho menor en comparación con la pantalla C.
pantalla D: Esta nueva pantalla tiene una malla más gruesa y un tejido alterado en comparación con la pantalla C estándar. Fue diseñado para ofrecer una menor caída de presión sin la gran penalización en el rendimiento del flujo que se encuentra cuando se utiliza una tecnología de pantalla suspendida.
Según la descripción anterior de los diferentes tipos de pantalla y la información disponible públicamente, las características de los diferentes canales de pantalla se pueden resumir de la siguiente manera:
2. Impacto de los diferentes tipos de canales de pantalla en los procesos UF/DF
Con base en las descripciones anteriores, se puede inferir razonablemente que los diferentes tipos de canales de pantalla afectan directamente el rendimiento del proceso UF/DF:
Dinámica de fluidos y fuerza cortante:
Porque la estructura de la pantalla (malla) determina el patrón de flujo del fluido a través de la superficie de la membrana, así como el grado de turbulencia y las fuerzas de corte resultantes generadas.
Eficiencia de transferencia de masa:
El tipo de pantalla afecta la polarización de la concentración y el control del ensuciamiento de la membrana.
Rendimiento del proceso:
Como el flujo final, la tasa de retención y la calidad del producto (p. ej., agregación inducida por cizallamiento-).
(Referencia 2: "Efecto del cizallamiento inducido por el canal-en productos biológicos durante la diafiltración por ultrafiltración (UF/DF), 2016")demuestra el impacto de las fuerzas de corte inducidas por diferentes diseños de canales de pantalla en la calidad de productos biofarmacéuticos como anticuerpos monoclonales y proteínas de fusión.
En este estudio, en condiciones de producción estandarizadas de flujo de alimentación fijo (300 LMH) y presión transmembrana (1,4 bar), se evaluaron módulos de membrana de tres fabricantes-MilliporeSigma, Pall y NovaSep-, incluidas configuraciones de pantalla media, pantalla de suspensión ligera-y configuraciones de canal-abierto. Se utilizaron como muestras de prueba cuatro productos biológicos representativos, incluida la IgG4 sensible al corte-, la IgG1 tolerante al corte- y las proteínas de fusión. Se aplicaron métodos analíticos como pruebas de filtrabilidad SEC, MFI, DLS y Vmax para evaluar sistemáticamente el rendimiento hidráulico de diferentes diseños de canales y su impacto en la calidad del producto.
Los resultados experimentales muestran que la estructura del canal (pantalla) determina directamente la intensidad de corte y la eficiencia de transferencia de masa. El canal de pantalla media exhibió el coeficiente de transferencia de masa más alto; sin embargo, tanto el esfuerzo cortante de la pared como el esfuerzo cortante total fueron significativamente elevados. En contraste, la configuración de canal abierto-(sin malla) generó la tensión de corte más baja, pero sufrió un rendimiento de transferencia de masa extremadamente pobre, lo que requirió ciclos de recirculación excesivos y dio como resultado una baja eficiencia del proceso. El canal de malla con suspensión ligera (Pellicon D) demostró el mejor rendimiento general. Su coeficiente de transferencia de masa era solo un 22 % más bajo que el de la pantalla mediana, pero un 260 % más alto que el del diseño de canal abierto-. Mientras tanto, su tensión de corte total fue la más baja entre todas las configuraciones, con solo 1120 Pa. En términos de calidad del producto, las proteínas sensibles al corte-procesadas usando el tamiz medio mostraron un aumento del 78 % al 186 % en los agregados solubles, junto con un aumento significativo en las partículas sub-visibles. El valor de Vmax para la filtración esterilizante de 0,2 μm fue muy bajo, lo que indica una contaminación grave de la membrana y una filtrabilidad deficiente. Por el contrario, las muestras procesadas con el canal de pantalla de suspensión ligera mostraron solo un aumento de 0% a 25% en la agregación, niveles de partículas significativamente reducidos y una mejora de 3 a 18 veces en el rendimiento de filtración. Los estudios de concentración de alta concentración confirmaron además que el canal de pantalla de suspensión ligera mantenía una presión transmembrana estable y podía alcanzar fácilmente concentraciones superiores a 200 g/l. En comparación, el canal de tamiz medio mostró un fuerte aumento de presión en concentraciones altas, lo que dificultó alcanzar las concentraciones objetivo y degradó la calidad del producto.
(Referencia 3: "Comportamiento de ultrafiltración de vectores virales adeno-asociados recombinantes utilizados en terapia génica", 2021)comparó el impacto de los diseños de canales de pantalla C-y D-pantalla en el proceso UF/DF de vectores AAV.
Los resultados mostraron que cuando se utilizó la pantalla D-, la presión transmembrana crítica (TMP) fue menor y el flujo promedio se redujo en un 14 %.
La figura. 2C presenta datos de flujo versus TMP utilizando la membrana de 30 kDa con la pantalla "D". El tamiz D o el tamiz V no serían adecuados para la ultrafiltración de corrientes de alimentación de baja viscosidad en este trabajo. Trabajos anteriores de nuestro grupo han utilizado estos canales seleccionados para anticuerpos monoclonales de alta concentración y proteínas de fusión Fc-[13,33]. Para AAV2 con el dispositivo de pantalla "D", el TMP crítico se alcanzó a un TMP más bajo que el del dispositivo de pantalla "C" que se muestra en la Fig. 2A. De acuerdo con las expectativas teóricas, el flujo con el dispositivo de criba "D" fue en promedio un 14 % menor a caudales de alimentación de Q=350 L/h/m2 y Q=500 L/h/m2 (p < 0,05) en comparación con el dispositivo de criba "C", pero no hubo diferencia entre los dispositivos de criba "C" (RC2A) y los dispositivos de criba "D" (RC2B) a un caudal de alimentación de Q=120 L/h/m2 (p > 0,05) (Fig. 2C).
ⅡRecomendaciones de implementación:
Por lo tanto, se puede concluir que el tipo de pantalla es un factor crítico que afecta tanto al rendimiento del proceso como a la calidad del producto, y debe considerarse adecuadamente en los modelos-reducidos. En consecuencia, en respuesta a la consulta, si no se dispone de un casete de membrana de pantalla C-idéntico, no es apropiado simplemente realizar una sustitución directa basada en "el mismo tamaño de poro pero tipo de pantalla diferente", como reemplazarlo con un casete de membrana de pantalla A-.
La sustitución directa (es decir, utilizar los mismos parámetros operativos) generalmente no es representativa, especialmente en los siguientes casos:
· Cuando el producto es-sensible al corte (p. ej., anticuerpos monoclonales, proteínas de fusión, vectores virales).
· Cuando se requiere una predicción precisa del rendimiento del proceso a gran-escala, incluido el flujo, el tiempo de filtración y el comportamiento de contaminación.
· Cuando se realizan estudios de caracterización de procesos para definir el espacio de diseño de parámetros críticos del proceso (CPP), como la presión transmembrana (TMP) y la velocidad del flujo transversal.
¿Existen entonces otras opciones alternativas o medidas de implementación adecuadas? Después de la discusión, el equipo de Xingchen recomienda el siguiente enfoque:
1．Identificar casetes de membrana alternativos funcionalmente equivalentes
Esto implica identificar casetes de membrana-a pequeña escala de otros proveedores que exhiban características hidrodinámicas similares, en particular un comportamiento de corte.
Se recomienda consultar a los proveedores de casetes de membrana de ultrafiltración y solicitar productos a escala de laboratorio-que estén diseñados en base a principios similares y muestren una dinámica de flujo comparable a la del casete de canal de criba C-utilizado en la producción.
Los parámetros clave de los casetes candidatos se deben comparar con el casete de criba C- objetivo, incluida la altura del canal (o diámetro hidráulico), la estructura de la criba (por ejemplo, el tipo de criba), el material de la membrana y el tamaño de los poros, ya que estos factores determinan las fuerzas de corte generadas en los casetes de ultrafiltración.
2. Utilice un casete de pantalla A- y compense las diferencias hidrodinámicas ajustando los parámetros operativos.
En teoría, la configuración de la pantalla A-generalmente tiene un canal de flujo más estrecho que la pantalla C-, lo que puede resultar en una mayor tensión de corte. Por lo tanto, la diferencia de corte entre los dos sistemas bajo el mismo caudal de alimentación debe estimarse mediante cálculo o simulación de dinámica de fluidos computacional (CFD).
El caudal de alimentación (Q) del sistema de cribado A-de pequeña-escala debe ajustarse de manera que el esfuerzo cortante generado en la superficie de la membrana coincida con el esfuerzo cortante producido por el sistema de cribado-C-de gran escala bajo las condiciones de flujo operativo objetivo.
En las condiciones de corte ajustadas, realice experimentos-a pequeña escala para medir indicadores clave de rendimiento, como el flujo y la tasa de retención. Luego, estos resultados deben compararse con datos históricos o datos experimentales paralelos del sistema de pantalla C-a gran escala para validar su capacidad predictiva.
3.Centrarse en aspectos concretos y establecer un modelo de representatividad reducida-reducible
Si el enfoque de la caracterización del proceso no está en los productos sensibles-al corte, o si el objetivo principal es evaluar las características de retención de la membrana en lugar de la hidrodinámica, entonces el impacto de las diferencias de cribado puede ser relativamente menor.
Por lo tanto, es necesario demostrar que, dentro del alcance de su estudio, el tipo de pantalla no es una fuente crítica de variabilidad. Por ejemplo, si el objetivo principal es investigar el efecto del límite de peso molecular-de la membrana (MWCO) sobre la retención de una proteína objetivo, y el proceso opera en condiciones de bajo-cizallamiento, entonces puede ser aceptable usar una pantalla A-para la selección preliminar.
Sin embargo, se debe reconocer que cualquier estudio posterior que involucre flujo, incrustaciones, tiempo de concentración o agregación de productos puede estar sesgado debido a diferencias en el tipo de pantalla.
