مقياس UF/DF-النمذجة السفلية باستخدام أشرطة قناة الشاشة البديلة

ما الذي يجب فعله إذا كانت مساحة التصميم المحددة أثناء توصيف العملية إما أوسع أو أضيق من نطاقات معلمات التشغيل المستخدمة لتصنيع دفعات التجارب السريرية للمرحلة الثالثة؟

Ⅰ. تحليل المشكلة

اعتبار:يتعلق السؤال بتمثيل النموذج -المصغر لعملية الترشيح الفائق/الترشيح الفائق (UF/DF). نظرًا لعدم توفر كاسيت الترشيح الفائق لقناة الشاشة C- بحجم المسام المطلوب/MWCO، فمن المخطط استخدام كاسيت الترشيح الفائق لقناة الشاشة A- كبديل. السؤال الرئيسي هو ما إذا كان شريط الشاشة A-يمكن أن يعمل كنموذج تمثيلي للمقياس-أسفل.

للإجابة على هذا السؤال، نحتاج أولاً إلى فهم ما إذا كانت هناك اختلافات بين أشرطة الترشيح الفائق ذات التصميمات المختلفة لقنوات الشاشة وما هو التأثير الذي قد تحدثه هذه الاختلافات على عملية UF/DF.

1. اختيار أنواع مختلفة من قنوات الشاشة في أشرطة الترشيح الفائق

 

فيما يتعلق بمعرفة الأنواع المختلفة لقنوات الترشيح في أشرطة الترشيح الفائق، يتوفر وصف تفصيلي في (المستند 1: تطوير عملية الترشيح الفائق/الترشيح الفائق لتطبيقات التركيز العالي/اللزوجة):

نقدم حاليًا أربع شاشات مختلفة: (A وC وD وV) في نطاق تنسيق الكاسيت Pellicon®.

 

شاشة: شاشة محكمة تستخدم لمحلول البروتين المخفف أو المحاليل منخفضة اللزوجة. النسج الضيق غير مناسب لمحاليل البروتين عالية التركيز حيث أن انخفاض الضغط يكون مرتفعًا بشكل غير مقبول عند اللزوجة الأكبر. ومع ذلك، توفر هذه الشاشة عادةً أداء تدفق فائق.

 

شاشة ج:شاشة خشنة تستخدم لتدفقات المنتج بلزوجة تصل إلى 15 سنتي بواز. توفر الشاشة C أداء تدفق جيد ولكن انخفاض الضغط يكون أعلى من حد الاستخدام عندما تزيد اللزوجة.

 

شاشة V: شاشة C معلقة. تعطي الشاشة V انخفاضات ضغط أقل من الشاشة C، لكن أداء التدفق أقل بكثير مقارنة بالشاشة C.

 

شاشة د: تحتوي هذه الشاشة الجديدة على شبكة خشنة ونسيج متغير مقارنة بشاشة C القياسية. لقد تم تصميمه لتوفير انخفاض أقل في الضغط دون حدوث عقوبة كبيرة في أداء التدفق عند استخدام تقنية الشاشة المعلقة.

 

بناءً على الوصف أعلاه لأنواع الشاشات المختلفة والمعلومات المتاحة للجمهور، يمكن تلخيص خصائص قنوات الشاشات المختلفة على النحو التالي:

 

2. تأثير أنواع قنوات الشاشة المختلفة على عمليات UF/DF

بناءً على الأوصاف المذكورة أعلاه، يمكن استنتاج أن الأنواع المختلفة لقنوات الشاشة تؤثر بشكل مباشر على أداء عملية UF/DF:

 

ديناميات الموائع وقوة القص:
 

لأن هيكل الشاشة (الشبكة) يحدد نمط تدفق السائل عبر سطح الغشاء، وكذلك درجة الاضطراب وقوى القص الناتجة.

 

كفاءة النقل الجماعي:
 

يؤثر نوع الشاشة على تركيز الاستقطاب والتحكم في تلوث الغشاء.

 

أداء العملية:
 

مثل التدفق النهائي، ومعدل الاحتفاظ، وجودة المنتج (على سبيل المثال، التجميع المستحث بالقص).

 

(المرجع 2: "تأثير القص المستحث للقناة- على المواد البيولوجية أثناء الترشيح الفائق بالترشيح الفائق (UF/DF)، 2016")يوضح تأثير قوى القص الناتجة عن تصميمات قنوات الشاشة المختلفة على جودة المنتجات الصيدلانية الحيوية مثل الأجسام المضادة وحيدة النسيلة وبروتينات الاندماج.

في هذه الدراسة، في ظل ظروف الإنتاج القياسية لتدفق التغذية الثابتة (300 LMH) وضغط الغشاء (1.4 بار)، تم تقييم وحدات الأغشية من ثلاث شركات مصنعة -MilliporeSigma، وPall، وNovaSep-، بما في ذلك الشاشة المتوسطة، وشاشة التعليق الخفيفة-، وتكوينات القناة- المفتوحة. تم استخدام أربعة مواد بيولوجية تمثيلية، بما في ذلك IgG4 الحساسة للقص، وIgG1 المتسامح للقص، وبروتينات الاندماج، كعينات اختبار. تم تطبيق طرق تحليلية مثل اختبارات قابلية الترشيح SEC وMFI وDLS وVmax لتقييم الأداء الهيدروليكي لتصميمات القنوات المختلفة وتأثيرها على جودة المنتج بشكل منهجي.

أظهرت النتائج التجريبية أن هيكل القناة (الشاشة) يحدد بشكل مباشر كثافة القص وكفاءة نقل الكتلة. أظهرت قناة الشاشة المتوسطة أعلى معامل نقل جماعي؛ ومع ذلك، كان كلا من إجهاد قص الجدار وإجهاد القص الإجمالي مرتفعين بشكل ملحوظ. في المقابل، أدى تكوين القناة المفتوحة (بدون شاشة)- إلى توليد أقل إجهاد قص، ولكنه عانى من أداء نقل جماعي ضعيف للغاية، مما يتطلب دورات إعادة تدوير مفرطة مما أدى إلى انخفاض كفاءة العملية. وأظهرت قناة الشاشة المعلقة الخفيفة (Pellicon D) أفضل أداء إجمالي. وكان معامل النقل الجماعي الخاص بها أقل بنسبة 22% فقط من معامل النقل للشاشة المتوسطة، ولكنه أعلى بنسبة 260% من تصميم القناة-المفتوحة. وفي الوقت نفسه، كان إجمالي إجهاد القص هو الأدنى بين جميع التكوينات، حيث بلغ 1120 باسكال فقط. وفيما يتعلق بجودة المنتج، أظهرت البروتينات الحساسة للقص-والمعالجة باستخدام الشاشة المتوسطة زيادة بنسبة 78% - 186% في الركام القابل للذوبان، إلى جانب ارتفاع ملحوظ في الجزيئات شبه المرئية-. كانت قيمة Vmax لترشيح التعقيم بمقدار 0.2 ميكرومتر منخفضة جدًا، مما يشير إلى تلوث الغشاء الشديد وضعف إمكانية الترشيح. على النقيض من ذلك، أظهرت العينات التي تمت معالجتها باستخدام قناة شاشة التعليق الخفيف زيادة بنسبة 0% إلى 25% فقط في التجميع، وانخفاض كبير في مستويات الجسيمات، وتحسين بمقدار 3 إلى 18 × في أداء الترشيح. أكدت دراسات التركيز العالي- أيضًا أن قناة حاجز التعليق الخفيف حافظت على ضغط الغشاء المستقر ويمكنها بسهولة تحقيق تركيزات أعلى من 200 جم/لتر. بالمقارنة، أظهرت قناة الشاشة المتوسطة زيادة حادة في الضغط عند التركيزات العالية، مما يجعل من الصعب الوصول إلى التركيزات المستهدفة ويؤدي إلى تدهور جودة المنتج.

 

(المرجع 3: "سلوك الترشيح الفائق للنواقل الفيروسية المرتبطة بالغدة المؤتلفة- المستخدمة في العلاج الجيني"، 2021)مقارنة تأثير تصميمات قنوات الشاشة C- والشاشة D- على عملية UF/DF لمتجهات AAV.

أظهرت النتائج أنه عند استخدام الشاشة D-، كان الضغط الحرج عبر الغشاء (TMP) أقل، كما انخفض متوسط ​​التدفق بنسبة 14%.

يعرض الشكل . 2C بيانات التدفق مقابل بيانات TMP باستخدام غشاء 30 كيلو دالتون مع الشاشة "D". لن تكون الشاشة D أو الشاشة V مناسبة للترشيح الفائق لتيارات التغذية منخفضة اللزوجة في هذا العمل. استخدم العمل السابق لمجموعتنا هذه القنوات التي تم فحصها للأجسام المضادة وحيدة النسيلة عالية التركيز وبروتينات الاندماج Fc- [13،33]. بالنسبة إلى AAV2 مع جهاز الشاشة "D"، تم الوصول إلى TMP الحرج عند TMP أقل من ذلك باستخدام جهاز الشاشة "C" الموضح في الشكل . 2A. بما يتوافق مع التوقعات النظرية، كان التدفق باستخدام جهاز الشاشة "D" في المتوسط أقل بنسبة 14% عند معدلات تدفق التغذية Q=350 L/h/m2 وQ=500 L/h/m2 (p < 0.05) مقارنة بجهاز الشاشة "C"، ولكن لم يكن هناك فرق بين شاشة "C" (RC2A) وأجهزة الشاشة "D" (RC2B) بمعدل تدفق تغذية قدره Q=120 L / h / m2 (ع > 0.05) (الشكل . 2C).

Ⅱتوصيات التنفيذ:

ومن ثم يمكن استنتاج أن نوع الشاشة يعد عاملاً حاسمًا يؤثر على كل من أداء العملية وجودة المنتج، ويجب أخذه في الاعتبار بشكل صحيح في النماذج -المصغرة. وفقًا لذلك، ردًا على الاستفسار، إذا لم يكن شريط غشاء الشاشة C- متطابقًا متاحًا، فمن غير المناسب إجراء استبدال مباشر ببساطة استنادًا إلى "نفس حجم المسام ولكن نوع شاشة مختلف،" مثل استبداله بكاسيت غشاء الشاشة A-.

الاستبدال المباشر (أي استخدام نفس معلمات التشغيل) ليس ممثلًا بشكل عام، خاصة في الحالات التالية:

· عندما يكون المنتج حساسًا للقص (على سبيل المثال، الأجسام المضادة وحيدة النسيلة، والبروتينات الاندماجية، والنواقل الفيروسية).

· عندما يكون التنبؤ الدقيق بأداء العملية على نطاق واسع- مطلوبًا، بما في ذلك التدفق، ووقت الترشيح، وسلوك التلوث.

· عندما يتم إجراء دراسات توصيف العملية لتحديد مساحة التصميم لمعلمات العملية الحرجة (CPPs)، مثل ضغط الغشاء (TMP) وسرعة التدفق المتقاطع.

ثم هل هناك أي خيارات بديلة مناسبة أو تدابير تنفيذية أخرى؟ بعد المناقشة، يوصي فريق Xingchen بالنهج التالي:

 

1.تحديد أشرطة الكاسيت الغشائية البديلة المكافئة وظيفياً

يتضمن ذلك تحديد-شرائط غشائية صغيرة الحجم من موردين آخرين تظهر خصائص هيدروديناميكية مماثلة، وخاصة سلوك القص.

يوصى باستشارة موردي أشرطة الترشيح الفائق وطلب منتجات ذات حجم مختبري - تم تصميمها بناءً على مبادئ مماثلة وتعرض ديناميكيات التدفق المماثلة لشريط قناة الشاشة C- المستخدم في الإنتاج.

يجب مقارنة المعلمات الرئيسية للأشرطة المرشحة مع شريط الشاشة C- المستهدف، بما في ذلك ارتفاع القناة (أو القطر الهيدروليكي)، وهيكل الشاشة (على سبيل المثال، نوع الشاشة)، والمواد الغشائية، وحجم المسام، حيث تحدد هذه العوامل قوى القص المتولدة في أشرطة الترشيح الفائق.

 

2.استخدم شريط الشاشة A- وقم بتعويض الاختلافات الهيدروديناميكية عن طريق ضبط معلمات التشغيل

من الناحية النظرية، يشتمل تكوين الشاشة A- عادةً على قناة تدفق أكثر إحكامًا من الشاشة C-، مما قد يؤدي إلى ارتفاع إجهاد القص. ولذلك، ينبغي تقدير فرق القص بين النظامين تحت نفس معدل تدفق التغذية من خلال الحساب أو محاكاة ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD).

يجب بعد ذلك ضبط معدل تدفق التغذية (Q) لنظام الغربلة الصغيرة -المقياس A- بحيث يتطابق إجهاد القص المتولد على سطح الغشاء مع إجهاد القص الناتج عن نظام الغربلة الكبيرة -المقياس C-في ظل ظروف تدفق التشغيل المستهدفة.

في ظل ظروف القص المعدلة، قم بإجراء تجارب -صغيرة الحجم لقياس مؤشرات الأداء الرئيسية مثل معدل التدفق والاحتفاظ. يجب بعد ذلك مقارنة هذه النتائج بالبيانات التاريخية أو البيانات التجريبية الموازية من نظام الشاشة -المقياس الكبير C- للتحقق من قدرتها التنبؤية.

 

3. ركز على جوانب محددة وقم بإنشاء نموذج مصغر لمقياس التمثيل -.

إذا لم يكن التركيز في توصيف العملية على المنتجات الحساسة للقص، أو إذا كان الهدف الأساسي هو تقييم خصائص احتجاز الغشاء بدلاً من الهيدروديناميكية، فقد يكون تأثير اختلافات الشاشة بسيطًا نسبيًا.

لذلك، من الضروري إثبات أن نوع الشاشة، ضمن نطاق دراستك، ليس مصدرًا مهمًا للتنوع. على سبيل المثال، إذا كان الهدف الرئيسي هو دراسة تأثير قطع الوزن الجزيئي للغشاء -(MWCO) على الاحتفاظ بالبروتين المستهدف، وكانت العملية تعمل تحت ظروف قص منخفضة-، فإن استخدام شاشة A- للفحص الأولي قد يكون مقبولاً.

ومع ذلك، ينبغي الاعتراف بأن أي دراسات لاحقة تنطوي على التمويه، أو التلوث، أو وقت التركيز، أو تجميع المنتج قد تكون متحيزة بسبب الاختلافات في نوع الشاشة.