抗体蛋白皮下注射的趋势下，应对高浓度超滤工艺挑战

在同一温度下，随着蛋白浓度上升，料液的粘度会随之升高。如果浓缩到150-200g/L，蛋白质粘度会攀升到10-50cP，具体粘度取决于蛋白质本身。粘度会给工艺带来以下变化：

高渗透压；高压降；高进料压力；低通量。

· 渗透压：膜表面蛋白浓度较高，蛋白分子之间为了抵抗互相聚集，存在一定的作用力，引起高的渗透压。所以在保持TMP不变的情况下，通量就会大大降低。

· 压降和进口压力报警：超滤过程中伴随着浓缩的进行，蛋白浓度升高，尤其在浓缩后期，高粘度的料液导致系统的阻力上升，压降变大。特别是在膜包的流道中，压力降更为明显。最后表现为，膜包的进口压力快速上升，超过最大的进口压力限制，导致超滤无法进行。

小试工艺放大的时候，系统的设计和选择对高浓度的蛋白超滤也有着很大的影响。系统的最小工作体积会直接限制最小浓缩体积，直接影响了最高的浓缩浓度。选择具有良好设计的超滤系统能大大减小系统的最小工作体积。浓缩结束后，一般会用缓冲液进行回收，回收的缓冲液会稀释料液，导致终浓度降低。最后缓冲液的回收以及最后过浓缩能达到的浓度需要进行考量，在收率和最高浓缩浓度之间达到一个平衡。在工艺放大的时候，还需要考量小试的工艺参数，在放大时由于系统的差异带来的偏差。

在高浓度的蛋白溶液中，会存在比较明显的体积排阻和道南效应等影响。其中体积排阻主要是由于在膜的上游高浓度的蛋白占据了较大的体积，导致其他溶质的空间减少，尤其是对于大体积的分子，从而导致有些溶质分子在膜的上下游的浓度发生了差异。道南效应是因为电荷的相互作用，与高浓度蛋白带相同电荷的溶质会发生偏移，最后导致特定的辅料浓度发生偏移，有些情况下pH值也会发生偏移。

针对这些工艺的挑战，我们也谈到了相应的应对策略，下面我们选取两个主要的应对方案和大家分享：

1.选择专为高浓度蛋白超滤设计的D筛网Pellion^® 3膜包

默克Pellicon®系列膜包都搭载着可以产生温和湍流，从而提高通量的筛网。根据不同类型的料液，可以选择合适的筛网。从而针对特定的料液，大大提高通量，降低膜包的使用面积以及减小放大后设备的规模和尺寸。

D筛网是一种专门针对高浓度蛋白超滤应用开发的筛网，其优化的筛网结构能够减少压力损失，减缓进口压力过高的现象；同时有效产生湍流，提高传质效果，减缓高浓度下比较容易产生的浓差极化，提高通量。

以牛γ球蛋白(BgG)为模式蛋白，对带有不同筛网的膜包进行了试验。同时考察高浓度蛋白超滤时需要关注的两个重要结果：通量与压降。上图显示，V筛网所表现的压力降较低，但通量较低。C筛网在高浓度浓缩的情况下运行时，产生的压降较高，对系统、膜包和蛋白较为挑战。而D型筛网在高浓度蛋白超滤时，表现出了非常好的结果：因为它的通量几乎为V筛网的两倍，能够与C筛网媲美；同时压降较低，在高浓度下，几乎为C筛网一半。

D筛网的Pellicon® 3膜包，不仅有助于在特定进口压力限制下达到更高的蛋白浓度；而且提高通量减少膜包的使用面积，从而降低放大后超滤系统的规模和尺寸，进一步降低系统的最小工作体积，同时也大大减少了生产成本。

2.采用单向流超滤（SPTFF）技术实现高浓度蛋白超滤

SPTFF技术是切向流过滤技术的特殊运用，有别于常规TFF的循环运行，SPTFF中，料液单次通过超滤膜，没有循环的过程。同时SPTFF技术采用了非常低的流速，提高转化率从而达到目标的蛋白浓度。SPTFF技术也简化了超滤系统配置和简化了操作。比如由于比较低的进口流速，泵、罐、管路等配置减小，更小的系统工作体积和滞留体积，提高了可达到的最终浓度，并提高了产品收率；同时进口流速减小，高浓度下不会造成高进口压力报警；SPTFF技术只经过一次泵，减少剪切力，在高浓度下，降低对蛋白质量的影响，大大提高了蛋白的稳定性。

更为便利的是，使用现有的膜包和夹具就能实现SPTFF。比如采用现有的Pellicon® 3盒式膜包和系统就能进行SPTFF平台的搭建。如果想要大大减少操作时间，并免去清洗验证，也可以采用一次性的Pellicon® Capsule膜包进行搭建。

使用Pellicon® 3超滤膜包进行SPTFF设备搭建

使用Pellicon® Capsule一次性囊式超滤膜包进行SPTFF设备搭建

直播当天我们收到很多用户的提问，由于提问较多，本文篇幅有限，下期推文与大家分享精选答疑。默克具有多年超滤的经验，储备了一些实用的相关技术资料，分享给大家参考。