切向流過濾工藝在生物制藥領(lǐng)域的工藝地位舉足輕重,通常會用于樣品的濃縮,緩沖液置換,雜質(zhì)及內(nèi)毒素去除等工藝步驟。按照超濾膜包的使用方法的不同,切向流過濾技術(shù)又可分為傳統(tǒng)切向流過濾 (TFF) 和單向切向流過濾 (SPTFF) 。
今天要給大家分享的內(nèi)容就是的單向切向流技術(shù)SPTFF。
01
SPTFF概念及應(yīng)用原理
SPTFF為Single-Pass TFF的縮寫,中文名稱為單向切向流過濾。其運(yùn)行過程料液僅一次經(jīng)過膜包,不需要往復(fù)循環(huán)。
SPTFF運(yùn)行原理及模式與傳統(tǒng)TFF基本是一致的,都是通過控制跨膜壓力TMP驅(qū)動緩沖液透過膜層并截留我們的目標(biāo)分子。兩者不同點(diǎn)在于:傳統(tǒng)TFF運(yùn)行過程中料液會在系統(tǒng)中往復(fù)循環(huán)通過泵頭及膜包,從而進(jìn)行濃縮和換液。而SPTFF采用模塊化的膜包組合延長過濾路徑長度,通過控制進(jìn)口端壓力,調(diào)節(jié)料液在整個(gè)單向流過濾模塊中的滯留時(shí)間,達(dá)到在一次過濾過程實(shí)現(xiàn)樣品濃縮的目的。
SPTFF如何控制濃縮倍數(shù)呢?一般情況下,進(jìn)口壓力越小,進(jìn)口濾速就越小,料液在模塊中滯留時(shí)間長,透出的料液就多,回流端收到的樣品就越少,最終達(dá)到高濃縮倍數(shù)。反之亦然。
圖1:TFF VS SPTFF運(yùn)行模式
02
SPTFF應(yīng)用優(yōu)勢
通過在生物技術(shù)、疫苗和血漿行業(yè)的應(yīng)用,公司的單向切向流過濾 (SPTFF) 技術(shù)正在改變當(dāng)前和未來的生物處理平臺,其應(yīng)用特點(diǎn)受到一系列專利的保護(hù)[1-6]。SPTFF技術(shù)的常見應(yīng)用包括但不限于在線減容和/或濃縮、過程中稀釋/脫鹽、高濃度配方以及易碎分子的處理。在這種情況下,SPTFF技術(shù)不僅是工藝開發(fā)工具中用于平臺工藝評估的重要補(bǔ)充,也是集成、簡化和連續(xù)生物工藝計(jì)劃的重要推動因素。
在公司多樣化的過濾產(chǎn)品組合中,這一突破性技術(shù)有多種構(gòu)建模塊,利用不同的膜類型和配置,提供全面的解決方案,滿足最終用戶的處理需求,實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用目標(biāo)[7-17]。
與傳統(tǒng)方法相比,在工藝開發(fā) (PD) 、中試、臨床和商業(yè)生產(chǎn)規(guī)模上采用SPTFF具有重大優(yōu)勢。
其中一些主要優(yōu)勢可歸納如下:
通過工藝集成/耦合以及連續(xù)的上游和下游加工,提供靈活的制造工藝,適合連續(xù)生產(chǎn)工藝;
減少處理量、系統(tǒng)尺寸和設(shè)備占地面積,并帶來新穎的設(shè)備匹配解決方案,克服生產(chǎn)瓶頸;
實(shí)現(xiàn)一次性和/或一次性使用技術(shù)的利用,從而提高生產(chǎn)率,消除無附加值的加工步驟,改進(jìn)工作流程;
通過使用更小、更緊湊的系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)品回收率并提高產(chǎn)量;
實(shí)現(xiàn)高濃度因子,加工對剪切力高度敏感的產(chǎn)品;
大大節(jié)省資本支出、材料、勞動力和設(shè)備運(yùn)營成本。
03
SPTFF應(yīng)用分享
SPTFF基于其使用特點(diǎn),在生物工藝過程中其主要工藝應(yīng)用步驟如下:
圖2:SPTFF在生物工藝中的應(yīng)用步驟
因?yàn)镾PTFF獨(dú)特的工藝特點(diǎn),它在一些特殊工藝應(yīng)用上體現(xiàn)了巨大的優(yōu)勢。比如病毒疫苗,重組融合蛋白,高濃制劑等。讓我們一起回顧下SPTFF的應(yīng)用案例。
1)
PEDV病毒疫苗測試
a
案例背景:
圖3:PEDV病毒疫苗案例需求
b
測試過程:利用OS300T02 (0.02m2) 搭建四級SPTFF,進(jìn)口壓力34psi,回流壓力12psi的條件下,40min處理5000ml料液進(jìn)口濾速58LMH,回流端濾速4LMH,工藝濃縮倍數(shù)15X,運(yùn)行平穩(wěn),滿足客戶需求。
圖4:PEDV病毒疫苗測試過程
c
測試結(jié)果:收率良好,收率高達(dá)100%。
圖5:PEDV病毒疫苗收率結(jié)果
病毒形態(tài)良好,有效保留了其表面抗原突觸。
圖6:PEDV病毒疫苗形態(tài)結(jié)果
2)
重組融合蛋白疫苗
a
案例背景:
圖7:重組融合蛋白疫苗案例背景
b
測試過程:利用OS100T02 (0.02m2) 搭建四級SPTFF,進(jìn)口壓力24psi,回流壓力0psi的條件下,進(jìn)口濾速99LMH,回流端濾速21LMH,工藝濃縮倍數(shù)4.1X,運(yùn)行平穩(wěn),滿足客戶需求。
圖8:重組融合蛋白疫苗測試過程
c
測試結(jié)果:整個(gè)測試過程高速且平穩(wěn),超濾結(jié)束未出現(xiàn)沉淀和聚體,并實(shí)現(xiàn)了高回收率>95%。
圖9:重組融合蛋白疫苗案例測試結(jié)果
3)
mRNA-LNP緩沖液置換
a
案例背景:
圖10:mRNA-LNP緩沖液置換應(yīng)用背景
b
測試過程:利用OS300T02 (0.02m2) 搭建四級SPTFF,進(jìn)口壓力10psi,回流壓力0psi的條件下,料液進(jìn)口濾速48LMH,回流端濾速4.5LMH,工藝濃縮倍數(shù)8-12X,運(yùn)行平穩(wěn),滿足客戶需求。
圖11:mRNA-LNP緩沖液置換測試過程
c
測試結(jié)果:在三次洗濾之后,緩沖液置換效率已達(dá)到客戶需求。粒徑幾乎無太大變化。繼續(xù)洗濾直至五次洗濾,粒徑變化仍符合客戶需求。
圖12:mRNA-LNP緩沖液置換測試結(jié)果
4)
血液制品-高濃靜丙 (>20%)
工藝需求:從約50g/L蛋白濃度濃縮至>230g/L,終蛋白濃度需要控制在>210g/L。
利用DC030T02 (0.186 cm2) 搭建四級SPTFF,4℃工藝溫度,進(jìn)口壓力3.5bar,回流壓力2.5bar的條件下,使用0.13m2膜面積共計(jì)處理5.85L的5%靜丙料液。進(jìn)口濾速15.2LMH,回流端濾速3.17LMH,工藝濃縮倍數(shù)4.8X,運(yùn)行平穩(wěn),滿足客戶需求。
圖13:血液制品高濃靜丙測試結(jié)果
除了該測試案例,一線技術(shù)人員也在客戶處測試了很多類似案例,總結(jié)發(fā)現(xiàn),在對高濃靜丙的處理上,SPTFF對比傳統(tǒng)超濾優(yōu)勢十分顯著,小結(jié)如下:
表1:高濃靜丙SPTFF VS TFF工藝表現(xiàn)
5%-20% IVIG | SPTFF (delta) | 競品傳統(tǒng)TFF |
料液體積 處理載量 (L/m2) | >40L/m2 | ~13L/m2 |
收樣濃度 (%) | 24% | 24% |
濾速 (LMH) | 15LMH | ~4LMH |
工藝時(shí)間 (H) | 1H | 2H |
實(shí)驗(yàn)溫度 | 4℃ | 4℃ |
Eg. 150L膜包面積推薦 | 3.5-7m2 | 12m2-15m2 |
從以上案例我們可以看出,更多的客戶在其工藝中傾向于選擇SPTFF。SPTFF在研發(fā)和生產(chǎn)的多個(gè)案例中均體現(xiàn)了其獨(dú)特的優(yōu)勢,為客戶解決了技術(shù)難題。
圖14:SPTFF不同產(chǎn)品工藝應(yīng)用優(yōu)勢
小 結(jié)
作為SPTFF技術(shù)的首要發(fā)起者,在眾多應(yīng)用領(lǐng)域積累了大量SPTFF的測試數(shù)據(jù),可以觀察到在很多特殊應(yīng)用領(lǐng)域SPTFF應(yīng)用數(shù)據(jù)顯著優(yōu)于傳統(tǒng)TFF,得到了客戶的高度認(rèn)可。而且受益于專利應(yīng)用,SPTFF的搭建模式及工藝摸索區(qū)間都做了很好地工藝應(yīng)用保護(hù)。
SPTFF作為一項(xiàng)優(yōu)異的技術(shù)會得到越來越多的關(guān)注,應(yīng)用前景十分廣泛。而且值得一提的是,目前SPTFF技術(shù)不僅停留在概念,已經(jīng)有多個(gè)大生產(chǎn)應(yīng)用案例,國內(nèi)市場遙遙領(lǐng)先。
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參考文獻(xiàn)
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