バイオリアクター内の溶液の清澄化におけるろ過プロセス設計に影響を及ぼす要因

重要なのはプロセスの効率です。

今日のバイオ医薬品業界は清澄化、精製、滅菌をろ過システムに大きく依存しています。アップストリーム清澄化プロセスの適切なデザインは、望ましい生成物品質だけでなく、お客様の用途に対して最も効率的で堅牢で費用対効果の高いシステムを作り出します。

全体的なプロセス設計

アップストリームの清澄化の中で、高負荷の粒子とさまざまな粒子サイズは、一般に連続する2、3のステップで粒子負荷を軽減させることが経済的に必要になります。あるステップの効率は、次のステップの性能に影響を及ぼします。

フィルターを交換するためのプロセスの中断は、コストを増加させ、生成物の生産量と滅菌操作に悪影響を及ぼすおそれがあります。アップストリームの清澄化の効率化による各ステップの増加は、トータル的プロセスコストを削減し、それによって最適化されたフィルトレーショントレインとなります。最適化された連続ろ過工程を有する堅牢で効率的な清澄化プロセスは、バイオ医薬品のダウンストリーム精製に不可欠な最初のステップです。

最初の分離

このステップは遠心分離、インライン沈降、タンジェンシャルフローフィルトレーション (TFF) 、またはノーマルフローフィルトレーション (NFF)を通じて全細胞と大きな粒子を除去します。

第二ろ過

第二／最終精製ろ過ステップは、滅菌フィルターやクロマトグラフィーへのコロイド状の負荷を低減します。

滅菌ろ過

滅菌ろ過は低細菌数を維持し、ダウンストリームのエンドトキシン値を最小にします。

図1の連続する3ステップは、あるステップの効率が、精製生成物の望ましい結果を導く次のステップの性能にいかに影響を及ぼすかを示しています。

図1　典型的な動物細胞培養ろ過

プロセス設計に影響を及ぼす因子

プロセス設計に影響を及ぼす因子には以下のものがあります。

• 液体特性
• オペレーションモード（NFFまたはTFF）
• フィルターろ過容量
• ろ過品質
• 流速（表面積当たりの流量）
• 圧力
• スケールアップ精度

溶液の特性

溶液の特性はろ過性能に最も大きな影響を及ぼします。さまざまなバイオリアクターまたは細胞株は、さまざまな細胞密度、生存率、粒子負荷を有しています。粒子負荷が高くなるにしたがって、フィルターろ過容量は低くなります。溶液の特性はバッチ間で異なったり、培養の寿命の間に変化することがあります。したがって、溶液の特性を明らかにすることが重要です。

操作モード

TFFまたはNFFの選択はバッチサイズと1年当たりのバッチの回数によって異なります。小容量または低利用では、NFFのほうが通常良い選択です。これらの場合、ディスポーザブルフィルターのコストはハードウェアの資本投資のコストやTFFの再使用バリデーションコストよりも低くなります。

逆に、TFFはメンブレンコストが多くのバッチ回数により分配されるので、大容量、高利用に適しています。TFFは細胞回収に使用可能な唯一のろ過法です。図2に、小容量／低利用プロセスと大容量／高利用プロセスのろ過ステップごとのフィルター選定を示しています。

図2 プロセスタイプごとのフィルター選定チャート

フィルター許容量

許容量とは、フィルターが目詰まりする前にフィルターを通過することができる液体の容量です。高い許容量を備えたフィルターは、ろ液の品質が低いことが時々あります。当然のことながら、フィルターの許容量が高くなるにしたがって、要求されるフィルター面積は小さくなります。

ろ液の品質

ろ液の品質はダウンストリームステップの性能に影響を及ぼします。キャパシティとろ液の品質との正しいバランスがフィルトレーショントレインの最適化に不可欠です。

流速

流速とはフィルターの表面積当たりの流量です。フィルターの許容量に直接影響を及ぼします。一般に流速が低いと、許容量は高くなりますが、生産性は低くなります。逆に、高い流速で操作を行うと、フィルターが早く目詰まりすることがあります。TFF法またはNFF法のどちらを使用している場合でも、ろ液の流れをコントロールすることを推奨します。

圧力

フィルターへの高い圧力は、フィルター表面での固形物の蓄積・圧密化により細胞溶解、セルデブリス、タンパク生成物の捕捉を導くおそれがあります。

スケールアップの精度

小スケールでは適切であったフィルターの選定が大スケールでは不適切な場合もあります。メルクミリポアはスケールアップデータの取得・解析のためのプロトコール、装置、ソフトウェアを用意しています。

メルクミリポアは45年以上にわたってろ過の代名詞であり続けています。医薬品・バイオ医薬品製造におけるアプリケーションリーダーとして、ろ過技術の知識とお客様の工程に合った正しいフィルターの組み合わせを最適化する技術よってサポートすることができます。すべての工程のニーズに適合するフィルターはありません。同じように、すべての用途を満足させるプロセス設計もありません アプリケーションスペシャリストが、お客様の連続ろ過工程を最適化し、プロセスを組み立て、迅速に容易に稼動させるサポートをいたします。