深层过滤放大的优化策略

2023-05-31 10:57:23, Tracy Li Merck工艺解决方案

随着中国生物制药企业越来越多的药物管线进入临床后期，大规模生产变得越来越普遍。深层过滤作为料液处理的第一步，保障其顺利进行对后续的生产工艺至关重要。在进行澄清放大时，需要考虑多种因素，尽量避免大规模生产时，因上游和澄清工艺的不稳定性因素而产生的风险，包括：

· 载量衰减，出现压力骤增的现象，导致所需膜包数量增加

· 澄清后料液的浊度过高，下一步骤的除菌过滤器过早发生了堵塞，导致除菌过滤器用量增加

如发生上述问题，可能的原因包括操作不当，小规模实验结果不能代表大规模生产，安全系数设置不当，以及小试膜包的放大性不佳等。本文将介绍如何预防及解决这些潜在问题，降低后续生产工艺中的风险。

让小试表现具有代表性

减少泵管中颗粒沉降

在高密度细胞液进液的时候，可能有部分颗粒沉降在管路内部，没有进入到深层过滤器内部（如图1）。这种情况可能会使小试载量过高，从而低估了膜包使用量。

图1

颗粒在进料管路内的沉降量与停留时间和沉降距离（即管路直径）直接相关。为此，默克使用CHO细胞收获液研究了不同停留时间下，细胞收获液颗粒在管道中损失量。使用了内径为1/16, 1/8, 1/4英寸的泵管研究，测量从管路中通过的生物量，与初始进料料液比较。选择在进料后的20、40和60分钟三个时间点测量，因为较长的时间可以让流路体系达到稳定状态。

图2

结果显示（图2）当停留时间少于1分钟，料液不会在进料管路内沉降。基于此标准，默克推荐在小试过程中使用1/16和1/8英寸内径泵管，以及对应的最大管长供参考（表1），避免出现颗粒沉降而导致膜包预计不准确。在常规的操作通量下，一般不推荐使用1/4英寸内径的管路。

表1

选择合适的进料通量

为了节省细胞培养液的体积，并尽量缩短试验时间，深层过滤器的小试实验通常需要确定一个合适的通量，来判断其过滤表现。默克使用CHO细胞收获液（mAb02，18.1x10⁶ TC/mL，活率68%）和Millistak+^® HC Pro D0SP 小膜包以评估通量对载量的影响，通量选择75，150和300LMH，进行小试实验。

图3

结果显示（图3），通量变化，载量和浊度趋势也发生了变化。小试测试时，通常推荐使用100-150LMH作为进料通量区间，以达到最佳过滤效果。与此同时，考虑到通量变化对载量结果的影响，选择小试实验所用通量时，需要同步考虑放大之后实际操作的通量参数，不应偏差过大。

安全系数的设置

澄清这一步骤中存在较多不稳定的因素，合理的安全系数的设置，可以帮助应对多因素变化带来的工艺偏差，包括：

· 膜包：不同规格的膜包具有流体分配和滞留体积差异，因此放大之后，膜包表现会有所差异；此外，不同批次的深层过滤膜包之间也可能出现表现差异。要求膜包生产商对于批间差的控制能力较高。

· 料液：不同批次的收获液的料液特性会有所区别，导致过滤性能差异。

· 人员操作：不同人员操作习惯可能也会带来工艺表现的差异。

通常建议使用1.2-1.6的安全系数，来应对上述出现的变量^1，2。安全系数的设置直接影响膜包使用面积（表2），需平衡有效性和成本。选择放大性较好、严格控制批间差的膜包，加强人员操作培训等措施，可以减小所需的安全系数，降低成本和风险。

表2

选用放大性好的膜包

从小规模到大规模，保持膜包设计一致性，对于放大性极为重要。一致性主要在于以下两方面：

膜包介质：小试膜包和生产规模膜包，应使用完全一致的过滤介质，并且过滤介质遵循一致的放行标准。

内部结构：应保持一致的流路设计和流体分配，否则可能会引起膜包内位点压力变化，导致不一样的过滤性能表现。

默克的小试膜包与大规模膜包使用一致的过滤介质，内部结构设计一致，提供优秀的放大性能。使用CHO细胞收获液（mAb02，20.5 x 10⁶ TC/mL，92%活率）进行深层过滤的放大性测试，记录Millistak+^® HC Pro D0SP 小试膜包和0.11 m²的生产规模膜包的阻力曲线和浊度，结果如下图。各组压力和浊度趋势类似，当过滤量达到175L/m²时，压力未达到上限，但浊度明显上升，小试膜包和生产规模膜包的测试载量差异<10%。

图4

由测试数据可知，小试膜包的载量与大规模膜包的差异较小，其过滤性能具有代表性，体现出较好的放大性能，能精确预测生产规模所需膜面积。

选择高质量体系保障的膜包：

提供膜包批次间稳定

默克深层过滤膜包生产过程中遵循完善、先进的质量体系管理，不同批次的膜包展现出优异的稳定性，在常规的安全系数下，能够在生产规模上提供稳健的过滤性能。

默克Emprove^®文件体系整合了关于产品质量的一系列文件，为用户提供质量保证。用户可通过官网搜索产品，订阅下载Emprove^®文件，获取上述信息。

总结

本文浅谈了如何从多个方面评估提高深层过滤安全放大的质量，包括小试实验管径和通量选择的最佳实践分享。基于不稳定因素的考虑，选择适合的安全系数，放大性优异的膜包，能够帮助准确估计深层过滤膜包用量。配备高水平的质量保证体系，提供膜包批间表现稳定性，减少用户后顾之忧！

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参考文献

1. Lutz, H., Chefer, K., Felo, M., Cacace, B., Hove, S., Wang, B.,Blanchard, M., Oulundsen, G., Piper, R., & Zhao, X. (2015).Robust depth filter sizing for centrate clarification. Biotechnology Progress, 31, 1542–1550.

2. Dryden, W. A., Larsen, L. M., Britt, D. W., & Smith, M. T. (2021). Technical and economic considerations of cell culture harvest and clarification technologies. Biochemical Engineering Journal, 167, 107892.

3. 技术资料Millistak+^® HC和Millistak+^® HC Pro Micro 20放大性研究