Étude sur la caractérisation du processus de cassette à membrane d'ultrafiltration dans le domaine biopharmaceutique (partie 1)

La caractérisation du processus (PC) est principalement étudiée sur l'influence de l'entrée du processus sur la sortie du processus, et la plage de contrôle des paramètres du processus peut être déterminée par étude, ce qui améliorerait la stabilité du processus, réduirait les différences de lots et réduirait le risque de défaillance. Veiller à ce que les lots de validation des performances des processus (PPQ) et les lots de production commerciale produisent systématiquement des produits qui répondent aux normes de qualité.

 

Objectif spécifique

Identifiez les paramètres de processus qui affectent la qualité et le rendement du produit : la caractérisation des processus vous permet de déterminer quels paramètres de processus ont un impact significatif sur les attributs de qualité clés (CQA) d'un produit.

‌Déterminer la plage de paramètres de fonctionnement et les normes acceptables : cela comprend la détermination de la plage de contrôle des paramètres de processus pour garantir que les produits fabriqués répondent aux normes de qualité prédéterminées.

‌Déterminer la relation entre les paramètres de processus et les paramètres de qualité clés : en analysant la relation entre les paramètres de processus et les paramètres de qualité clés, le flux de processus peut être optimisé et la qualité du produit peut être améliorée.

Alors que de plus en plus de produits biopharmaceutiques entrent dans la phase d'études cliniques critiques/enregistrées, les travaux de caractérisation et de validation des processus (PV) sont progressivement mis à l'ordre du jour. La caractérisation et la validation des processus basées sur le concept QbD constituent l'une des tâches les plus importantes de la recherche pharmaceutique avant commercialisation.

 

Le processus d'ultrafiltration est devenu une étape indispensable dans le processus de production biopharmaceutique, et la cassette à membrane plate est donc devenue un consommable clé dans la production biopharmaceutique. L'étude de la caractérisation des processus de cassettes membranaires d'ultrafiltration dans le domaine des applications biopharmaceutiques est sans aucun doute cruciale et liée aux intérêts fondamentaux et au développement à long terme des produits. Le but de l'étude de caractérisation du processus de cassette à membrane d'ultrafiltration est d'étudier l'influence des paramètres de fonctionnement du processus d'ultrafiltration sur les performances du processus/la qualité du produit, afin de déterminer les paramètres clés du processus ainsi que leurs points de consigne et leur plage acceptable. La cassette membranaire est un composant membranaire important du système d’ultrafiltration à flux tangentiel. Le processus de production de l'ultrafiltration à flux tangentiel est déterminé par de nombreux paramètres, parmi lesquels les paramètres clés du processus sont : la sélection du matériau de la membrane, la sélection de la taille des pores de la membrane, le contrôle du débit tangentiel, le contrôle efficace du TMP, la vérification de la charge, la sélection de la zone de la membrane, le nettoyage du système, la durée de vie de la membrane. vérification, optimisation de la dialyse, etc. Ces paramètres non seulement s'influencent mutuellement mais se limitent également. Pour atteindre l’objectif d’améliorer simultanément la stabilité du processus et l’efficacité de la production, il est nécessaire d’optimiser d’abord ces paramètres. Ci-dessous, nous présentons brièvement les idées d'optimisation de plusieurs paramètres clés du processus.

 

Sélection du matériau de la membrane

Les matériaux de la cassette à membrane d'ultrafiltration sont le polyéther sulfone (PES), la cellulose régénérée (RC), le fluorure de polyvinylidène (PVDF), etc.

Polyéther sulfone (PES)

Le PES est actuellement la membrane d’ultrafiltration la plus utilisée. Le PES a une forte hydrophobie ou lipophilie, il a donc un faible flux d'eau et une faible capacité anti-pollution. Par conséquent, la plupart des membranes PES sur le marché sont du polyéther sulfone hydrophile modifié (PESU). La membrane PESU se caractérise par un flux élevé, une résistance aux acides et aux alcalis, une résistance à la pression, une résistance à la chaleur et une résistance à l'oxydation. Il est principalement utilisé dans les solutions protéiques à haute concentration (telles que les anticorps monoclonaux, HSA, IgG, protéines recombinantes, etc.), la récolte de cellules, les vaccins, les antibiotiques, les agents de contraste, la médecine traditionnelle chinoise, les drogues synthétiques, etc.

 

Cellulose régénérée (RC)

Par rapport à d’autres matériaux, le plus grand avantage du RC est l’adsorption extrêmement faible des protéines. De plus, la cellulose est plus compatible avec les solvants organiques que le polyéther sulfone, mais elle ne peut pas être nettoyée et conservée avec des concentrations élevées de NaOH. La membrane RC est principalement utilisée dans les solutions protéiques à faible concentration, le rendement en protéines a des exigences élevées et la solution contient des solvants organiques, mais tous les solvants organiques ne peuvent pas être ultrafiltrés avec une membrane de cellulose, il est nécessaire de choisir en fonction de la compatibilité de la membrane.

Fluorure de polyvinylidène (PVDF)

Le PVDF est un matériau polymère spécial présentant une excellente stabilité chimique, une stabilité thermique et une résistance aux intempéries, ainsi qu'une bonne résistance mécanique et une bonne résistance à la compression. Cette membrane a une perméabilité élevée et une faible capacité de blocage, peut transférer efficacement les petites molécules et l'eau, tout en bloquant les grosses molécules et les particules solides. Dans le domaine de la biomédecine, la membrane PVDF peut être utilisée pour la préparation de protéines purifiées, la culture cellulaire, la séparation du sang, etc. Bien que la membrane d'ultrafiltration PVDF ait de bonnes performances, elle est souvent utilisée dans les processus de microfiltration.

 

Sélection de l'ouverture de la membrane

La taille des pores d'ultrafiltration est l'un des indices de performance importants de la membrane d'ultrafiltration, qui affecte directement l'efficacité de séparation et le flux de la membrane. Une ouverture trop grande entraîne un mauvais effet de filtration et ne peut pas éliminer efficacement les impuretés ; Une ouverture trop petite réduira la vitesse de filtration, voire entraînera un blocage, affectant la durée de vie de la membrane d'ultrafiltration. ‌

La sélection de la taille des pores de la membrane est généralement de 3-6 fois le poids moléculaire de la substance cible, de préférence 5 fois, et un débit élevé est obtenu tout en garantissant une récupération élevée. Le tableau suivant présente les ouvertures couramment utilisées de la cassette à membrane dans certains scénarios d'application.

 

Contrôle du flux tangentiel

Le débit tangentiel‌ est la vitesse d'un fluide traversant et parallèle à la surface d'une membrane, généralement exprimée en litres par minute (L/min) ou en litres par mètre carré par heure (L/㎡/h) ‌. Le flux tangentiel joue un rôle clé dans l'ultrafiltration à flux tangentiel, qui détermine le mode d'écoulement du fluide à la surface de la membrane, affectant ainsi l'efficacité de filtration et la durée de vie de la membrane. Le flux tangentiel a un effet de « nettoyage » sur la surface de la membrane filtrante, et une augmentation appropriée du débit tangentiel contribue à atténuer la polarisation de la concentration et à augmenter le flux. Cependant, un écoulement tangentiel trop élevé augmentera également la force de cisaillement soumise au produit, ce qui peut entraîner une diminution de l'activité du produit. Par conséquent, la sélection du débit tangentiel approprié doit tenir compte de la tolérance de l’échantillon et des exigences du processus de filtration ‌.

Le débit tangentiel dépend largement de la structure de la cassette à membrane et du type de tamis choisi. Différents fournisseurs recommanderont différents débits tangentiels en fonction des caractéristiques de leurs propres cassettes à membrane. Le débit tangentiel recommandé par la membrane d'ultrafiltration Guidling est de 4-6L/m²/min, mais pour certains échantillons sensibles, il peut être convenablement inférieur à la plage recommandée en fonction de la situation réelle.

 

Contrôle efficace de la pression transmembranaire (TMP)

Le TMP est un paramètre clé dans le processus d'ultrafiltration à flux tangentiel‌. La pression transmembranaire effective (TMP, unité : bar ou psi) fait référence à la différence de pression moyenne entre les deux côtés de la membrane. Le flux (L/m²/h, L/m²/h, LMH) est la quantité de fluide traversant la membrane par unité de temps et par unité de surface de la membrane. Dans le processus d'ultrafiltration à flux tangentiel, le TMP est étroitement lié au Flux.

Dans le processus d'ultrafiltration à flux tangentiel à débit constant, la relation entre Flux et TMP peut être divisée en deux étapes.

TMP= (Pin+Pout) /2-Pp (Pin= pression d'alimentation, Pout= pression de retour, Pp= pression de transmission).

Région liée à la pression : initialement, le flux n'est affecté que par la résistance de la membrane filtrante, donc le flux augmentera linéairement lorsque le TMP augmente.

 

Zone indépendante de la pression ou zone de contrôle de la couche de gel : avec l'augmentation continue du TMP, la membrane filtrante est progressivement polarisée par la concentration, et une partie de l'augmentation du TMP est compensée par la résistance de la couche de polarisation de concentration, de sorte que l'augmentation du flux ralentit progressivement . Jusqu'à ce que la membrane filtrante soit complètement polarisée par la concentration, et l'augmentation du TMP est complètement compensée par la résistance de la couche polarisée par la concentration. A ce moment, le Flux n'augmente plus.

Dans le processus d'optimisation du flux tangentiel TMP, le flux Flux et le TMP sont tracés pour trouver le point d'inflexion du TMP (le flux ne change pas avec l'augmentation du TMP) et 70-80 % de la valeur de l'inflexion. Le point TMP est généralement considéré comme le meilleur point TMP. À l’heure actuelle, la membrane filtrante n’a pas été complètement polarisée par la concentration et la valeur du flux est relativement élevée.

 

Vérification de la charge

La capacité (L/m² ou g/m²) fait référence au volume ou à la masse de liquide filtrant par mètre carré de surface de membrane. C'est l'un des indicateurs les plus importants pour mesurer les performances de filtration. La charge de différents liquides varie considérablement, même si le même liquide (comme les vaccins) est utilisé, en raison des différents processus des différents fabricants, la sélection et la charge du filtre et d'autres indicateurs de performance ne sont pas les mêmes.

 

Ce qui suit est la capacité recommandée des cassettes à membrane d'ultrafiltration Guidling pour différentes zones de membrane.

Avant que le processus ne soit déterminé, des expériences de recherche et développement doivent être effectuées, et des cassettes à membrane de {{0}},11 m² ou 0,5 m² sont généralement utilisées au stade de la recherche et du développement. En effectuant le test initial en utilisant une cassette à membrane de 1{{10}}kd 0,11 m² pendant 45 min pour traiter 2 L de liquide à titre d'exemple, afin de déterminer la charge d'une cassette à membrane de 10 kd 0,11㎡, le le temps de traitement a d'abord été déterminé, et le temps de traitement de 4L, 5L et 6L a été enregistré respectivement avec la pression d'essai de TMP <1,0 bar jusqu'à ce que le temps de traitement spécifié soit atteint. À l'heure actuelle, la capacité de traitement correspondante est la charge maximale de 10 kd de cassette à membrane de 0,11 m² dans le temps de processus estimé. En production réelle, une amplification proportionnelle peut être réalisée.

Si vous souhaitez en savoir plus sur la charge des cassettes à membrane d'ultrafiltration Guidling, vous pouvez nous contacter pour une discussion plus approfondie.

 

À propos du guidisme

Guidling Technology est une entreprise nationale de haute technologie axée sur les produits biopharmaceutiques, la culture cellulaire, la purification et la concentration de fluides biomédicaux, de diagnostic et industriels. Nous avons développé avec succès des dispositifs de filtration centrifuge, des cassettes d'ultrafiltration et de microfiltration, un filtre anti-virus, un système TFF, un filtre en profondeur, des fibres creuses, etc. qui répondent pleinement aux scénarios d'application des produits biopharmaceutiques, de la culture cellulaire, etc. Nos membranes et filtres membranaires sont largement utilisés en concentration, extraction et séparation de préfiltration, microfiltration, ultrafiltration et nanofiltration. Nos nombreuses gammes de produits, depuis les petites filtrations de laboratoire à usage unique jusqu'aux systèmes de filtration de production, en passant par les tests de stérilité, la fermentation, la culture cellulaire et bien plus encore, répondent aux besoins des tests et de la production. Guidling Technology est impatient de coopérer avec vous !