バイオ医薬品分野における限外濾過膜カセットのプロセス特性評価に関する研究（その1）
プロセス特性評価 (PC) は、主にプロセス入力がプロセス出力に及ぼす影響について研究されており、研究によってプロセスパラメータの制御範囲を決定できます。これにより、プロセスの安定性が向上し、バッチの差異が減少し、故障のリスクが軽減されます。プロセスの性能検証バッチ (PPQ) と商用生産バッチで、品質基準を満たす製品が一貫して生産されていることを確認します。
具体的な目標
製品の品質と歩留まりに影響を与えるプロセス パラメーターを特定する: プロセスの特性評価により、どのプロセス パラメーターが製品の主要な品質属性 (CQA) に大きな影響を与えるかを判断できます。
動作パラメータの範囲と許容基準を決定します。これには、生産される製品が所定の品質基準を確実に満たすようにするためのプロセスパラメータの制御範囲の決定が含まれます。
プロセスパラメータと主要な品質パラメータの関係を決定する: プロセスパラメータと主要な品質パラメータの関係を分析することで、プロセスフローを最適化し、製品の品質を向上させることができます。
ますます多くのバイオ医薬品が重要な臨床研究/登録臨床研究の段階に入るにつれて、プロセスの特性評価、プロセス検証 (PV) 作業が徐々に議題に上ります。 QbD コンセプトに基づくプロセスの特性評価とプロセスの検証は、市販前の医薬品研究において最も重要なタスクの 1 つです。
限外濾過プロセスはバイオ医薬品の製造プロセスにおいて不可欠なプロセスステップとなっており、したがって平膜カセットはバイオ医薬品の製造における重要な消耗品となっています。バイオ医薬品用途の分野における限外濾過膜カセットのプロセス特性評価の研究は間違いなく重要であり、それは製品の中核的利益と長期開発に関連しています。限外濾過膜カセットプロセスの特性評価研究の目的は、主要なプロセスパラメータとその設定値および許容範囲を決定するために、プロセス性能/製品品質に対する限外濾過プロセスの操作パラメータの影響を研究することです。膜カセットは、接線流限外濾過システムの重要な膜コンポーネントです。接線流限外濾過の製造プロセスは多くのパラメータによって決まります。その中で重要なプロセスパラメータは次のとおりです: 膜材料の選択、膜孔径の選択、接線流制御、効果的なTMP制御、負荷検証、膜面積の選択、システム洗浄、膜寿命これらのパラメータは相互に影響を与えるだけでなく、相互に制限もします。プロセスの安定性と生産効率を同時に向上させるという目的を達成するには、まずこれらのパラメータを最適化する必要があります。以下に、いくつかの主要なプロセスパラメータの最適化のアイデアを簡単に紹介します。
膜材質の選択
限外濾過膜カセットの材質はポリエーテルスルホン（PES）、再生セルロース（RC）、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）などです。
ポリエーテルスルホン(PES)
PES は現在最も広く使用されている限外濾過膜です。 PES は疎水性または親油性が強いため、水流束が低く、汚染防止能力が劣ります。したがって、市場に出回っているほとんどの PES 膜は、修飾された親水性ポリエーテルスルホン (PESU) です。 PESU膜は、高フラックス、耐酸性および耐アルカリ性、耐圧性、耐熱性、耐酸化性を特徴としています。主に高濃度タンパク質溶液（モノクローナル抗体、HSA、IgG、組換えタンパク質など）、細胞採取、ワクチン、抗生物質、造影剤、漢方薬、合成医薬品などに使用されます。
再生セルロース(RC)
RCの最大の利点は、他の素材と比較して、タンパク質の吸着が極めて低いことです。さらに、セルロースはポリエーテルスルホンよりも有機溶媒との適合性が高いですが、高濃度の NaOH では洗浄および保存できません。 RC膜は主に低濃度タンパク質溶液に使用され、タンパク質収率の要求が高く、溶液には有機溶媒が含まれていますが、すべての有機溶媒がセルロース膜で限外濾過できるわけではないため、膜の適合性を考慮して選択する必要があります。
ポリフッ化ビニリデン(PVDF)
PVDFは化学的安定性、熱安定性、耐候性に優れ、機械的強度や耐圧縮性にも優れた特殊ポリマー材料です。この膜は高い透過性と低いブロッキング能力を備えており、大きな分子や固体粒子をブロックしながら、小さな分子や水を効果的に移動させることができます。生物医学の分野では、PVDF 膜は精製タンパク質の調製、細胞培養、血液分離などに使用できます。PVDF 限外濾過膜は優れた性能を持っていますが、精密濾過プロセスでよく使用されます。
メンブレン開口部の選択
限外濾過の孔径は限外濾過膜の重要な性能指標の 1 つであり、膜の分離効率と流束に直接影響します。口径が大きすぎるとろ過効果が低下し、不純物を効果的に除去できなくなります。口径が小さすぎると、ろ過速度が低下し、さらには詰まりが発生し、限外ろ過膜の寿命に影響を与えます。
膜の孔径は一般に標的物質の分子量の3-6倍、好ましくは5倍に選択され、高回収率を確保しながら高流量が達成されます。次の表は、いくつかのアプリケーションシナリオで一般的に使用される膜カセットの開口部を示しています。
接線方向流量制御
接線流は、膜の表面を通過し、膜の表面に平行に通過する流体の速度であり、通常はリットル/分 (L/min) またはリットル/平方メートル/時間 (L/㎡/h) で表されます。接線流は接線流限外濾過において重要な役割を果たし、膜表面上の流体の流れモードを決定し、濾過効率と膜の耐用年数に影響を与えます。接線方向の流れにはフィルター膜の表面に「洗浄」効果があり、接線方向流量を適切に増加させると、濃度分極が緩和され、流束が増加します。ただし、接線方向の流れが高すぎると、製品にかかるせん断力も増加し、製品の活性の低下につながる可能性があります。したがって、適切な接線方向の流量を選択するには、サンプルの許容誤差と濾過プロセスの要件を考慮する必要があります。
接線方向の流量は、選択した膜カセットの構造とスクリーンのタイプに大きく依存します。サプライヤーが異なれば、自社の膜カセットの特性に応じて異なる接線流量を推奨します。 Guidling 限外濾過膜が推奨する接線流量は 4-6L/m²/min ですが、一部の敏感なサンプルの場合、実際の状況に応じて推奨範囲よりも適切に低くなることがあります。
実効膜間圧 (TMP) 制御
TMP は接線流限外濾過プロセスの重要なパラメータです。有効膜間圧力 (TMP、単位: bar または psi) は、膜の両側間の平均圧力差を指します。流束 (L/m²/h、L/m²/h、LMH) は、単位膜面積あたりの単位時間あたりに膜を通過する流体の量です。接線流限外濾過プロセスでは、TMP は Flux と密接に関係しています。
定流量接線流限外濾過プロセスでは、Flux と TMP の関係は 2 つの段階に分けることができます。
TMP= (ピン+Pout) /2-Pp (ピン=の送り圧力、Pout=の戻り圧力、Pp=のトランスミッション圧力)。
圧力関連領域: 初期状態では、流束はフィルター膜の抵抗によってのみ影響を受けるため、TMP が増加すると流束は直線的に増加します。
圧力独立領域またはゲル層制御領域: TMP の継続的な増加に伴い、フィルター膜は濃度によって徐々に分極され、増加した TMP の一部は濃度分極層の抵抗によって相殺されるため、Flux の増加は徐々に遅くなります。 。最終的に、フィルター膜は濃度によって完全に分極され、増加した TMP は濃度分極層の抵抗によって完全に相殺されます。この時点では、Flux は増加しません。
接線流 TMP の最適化プロセスでは、磁束 Flux と TMP をプロットして、TMP の変曲点 (TMP の増加によって磁束は変化しません) と変曲値の 70-80% を見つけます。通常、TMP のポイントが最良の TMP ポイントとして採用されます。この時点では、フィルター膜は濃度によって完全に分極されておらず、流束値は比較的高くなります。
負荷検証
容量 (L/m² または g/m²) は、膜面積 1 平方メートルあたりのフィルター液体の体積または質量を指します。これは濾過性能を測定するためのより重要な指標の 1 つです。同じ液体 (ワクチンなど) が使用されている場合でも、さまざまな液体の負荷は大きく異なります。これは、さまざまなメーカーのプロセスが異なるためであり、フィルターの選択や負荷、その他の性能指標は同じではありません。
以下は、さまざまな膜領域に対する Guidling 限外濾過膜カセットの推奨容量です。
プロセスを決定する前に研究開発実験を行う必要があり、研究開発段階では一般に{{0}}.11m²または0.5m²の膜カセットが使用されます。例として、10kd 0.11㎡の膜カセットの負荷を決定するために、1{{10}}kd 0.11m²の膜カセットを45分間使用して2Lの液体を処理する初期テストを行います。まず処理時間を決定し、指定された処理時間に達するまで、TMP < 1.0bar のテスト圧力で 4L、5L、および 6L の処理時間をそれぞれ記録しました。このときの対応処理能力は、推定処理時間における10kd 0.11m²膜カセットの最大負荷となります。実際の制作では比例増幅が可能です。
Guidling 限外濾過膜カセットの負荷について詳しく知りたい場合は、さらに詳細な議論のために当社にお問い合わせください。
ガイドリングについて
Guidling Technology は、バイオ医薬品、細胞培養、生物医学の精製と濃縮、診断および工業用流体に重点を置いている国家ハイテク企業です。当社は、バイオ医薬品、細胞培養などのアプリケーションシナリオに完全に適合する遠心濾過装置、限外濾過および精密濾過カセット、ウイルスフィルター、TFFシステム、デプスフィルター、中空糸などの開発に成功してきました。当社のメンブレンおよびメンブレンフィルターは、前濾過、精密濾過、限外濾過、ナノ濾過などの濃縮、抽出、分離に広く使用されています。小型の使い捨て実験室用ろ過から生産用ろ過システム、無菌試験、発酵、細胞培養などに至るまで、当社の多くの製品ラインは、試験と生産のニーズを満たします。 Guidling Technology はあなたとの協力を楽しみにしています!