Armin Hauk博士；Ina Pahl；Roberto Menzel；Samuel Dorey；Isabelle Uettwiller博士

（以上作者均來自于賽多利斯斯泰帝生物技術(shù)）

翻譯審核：孫逸琳，沈亮（賽多利斯驗證服務團隊）

 

一次性使用系統(tǒng)（SUS）在生物制藥生產(chǎn)中被廣泛應用。這些聚合物材料中的化合物可能會在不同階段以浸出物形式進入生產(chǎn)過程中，可能會影響生產(chǎn)工藝效率（如抑制細胞生長）或成為工藝相關(guān)的藥品雜質(zhì)，從而潛在影響藥品質(zhì)量和/或患者安全。

目前，浸出物的研究主要集中于在“最差條件”或模擬情況下檢測和評估單個組件的可提取物，并外推至工藝條件下的潛在浸出物。簡單來說，“最差條件”和模型溶劑下，將可提取物數(shù)據(jù)進行累加來“預測”單個工藝單元或整個工藝中的SUS浸出物。按照這種思路，“最差條件”下“預測”在最終藥品中的浸出物種類更多，濃度更高。然而，實際浸出物檢測結(jié)果則與上述“預測”情況明顯相反：實際工藝條件下檢測到的浸出物并不會明顯影響藥品的純度。

為更好地理解動態(tài)工藝乃至成品制劑中浸出物的范圍和濃度，我們針對“浸出物的命運”這一概念提出了一個范式轉(zhuǎn)換。基于物理-化學機理，按來源、分布和下降來描述“浸出物的命運”。

動態(tài)工藝條件下浸出物的來源，可根據(jù)菲克第二擴散定律和聚合物-基質(zhì)界面質(zhì)量傳遞（“通量”）來描述。根據(jù)這一模型，可以預測浸出物的動力學和最終平衡濃度。

任何生物制藥工藝中，吸附和洗脫工藝顯著影響著浸出物水平，如下游過濾、分離和純化步驟。考慮到吸附的可逆性，特別是那些去除吸附物的工藝步驟，可作為浸出物“消失的終點”。

可以想象，一次性生物反應袋的浸出物吸附在宿主細胞表面和細胞碎片上。在收獲步驟中去除宿主細胞和細胞碎片，也可去除吸附的浸出物，只有真正溶解的浸出物保留在工藝中。

之前我們能夠證明在純化步驟中過濾和膜吸附設(shè)備中的濾膜能夠非常有效地清除浸出物。典型物質(zhì)的清除能力，以µg/cm²膜表面積或µg/cm³膜吸附柱床體積進行衡量。

Magarian等人介紹了一項使用UF/DF清除浸出物的研究。他們證明通過滲透的方式清除浸出物，符合傳統(tǒng)UF/DF機制。除此之外，生產(chǎn)過程中更多的工藝步驟可以降低浸出物含量。在進行離子交換或親合層析時，洗脫溶液可去除浸出物。對于吸附組分來說，層析分離也是浸出物下降的一種方式。

為了實現(xiàn)浸出物的來源、分布和下降的可計算化，只需綜合考慮它們，并計算各工藝步驟和整個下游生產(chǎn)中的“浸出物的命運”。圖1顯示的是一個用于計算假定工藝中浸出物含量的動態(tài)單元模型。該模型將工藝步驟和/或工藝設(shè)備視為獨立單元，將其結(jié)合起來模擬整個工藝。在每個單元中，根據(jù)基本物理-化學機理計算浸出物的來源、分布和下降。采用物料平衡條件，各單元之間的交換或排放采用液相流動模擬。

 

工藝單元的輸入數(shù)據(jù)包括：溶液的總體積，聚合物相的總質(zhì)量，聚合物的厚度和表面積，聚合物中浸出物的原始量m_o，一次性生物反應袋中的生物量，吸附劑的質(zhì)量和/或表面積，以及UF/DF步驟中的透析體積。浸出物要求的輸入數(shù)據(jù)包括：聚合物的擴散常數(shù)(D)，聚合物和溶液之間的分配系數(shù)(K_P/L)，生物量和溶液之間的分配系數(shù)(K_D-bio)，過濾器和純化設(shè)備的比容量(Kap_filter)以及UF/DF因子(z)。

 

表1顯示了圖1中兩種假定化合物A和B的單元模型計算結(jié)果。浸出物A的物理-化學參數(shù)(表1)可描述為類似于如二叔丁基苯酚異構(gòu)體的添加劑降解產(chǎn)物，浸出物B類似于己內(nèi)酰胺。對于兩種化合物，我們假定它們在原材料中就存在（從包裝容器中浸出），在培養(yǎng)基制備階段從接觸材料中遷移（混合并儲存24h）。對于浸出物A和B，可觀察到一次性生物反應袋中培養(yǎng)基內(nèi)濃度在21天內(nèi)升高（圖示紅線）；在這一時期內(nèi)一次性生物反應袋聚合物材料遷移出的浸出物A和B的量逐漸降低（圖示綠線）。由于浸出物A有被生物量吸附的傾向，通過分離細胞碎片能夠?qū)⑵鋸墓に囍星宄�（圖示藍線）。這一作用對于浸出物B而言明顯較弱，這是因為其水溶性好，生物量吸附的傾向較低。在工藝溶液后續(xù)處理和24h儲存階段，工藝溶液中兩種浸出物的量均增加。過濾工藝能夠通過濾膜去除一部分浸出物A和B。

 

下列使用UF/DF步驟能夠非常有效地清除浸出物B，且效率高于浸出A。浸出物A的z值較低，因此保留在回流端中的傾向更高，而浸出物B的z值為0.7，能夠更有效地通過滲透從工藝中清除。對于浸出物A和B，盡管在原材料中已經(jīng)存在，并在生產(chǎn)過程中不斷從接觸材料中遷移出來，不同下游工藝步驟的結(jié)合可將終產(chǎn)品中浸出物的含量明顯降低。總之，下游生產(chǎn)的目的是“純化”產(chǎn)品，能夠像對其他不需要的工藝雜質(zhì)一樣有效清除可能存在的浸出物。此外，計算結(jié)果顯示，“靠近”患者的概念作為常用的風險評估方法是合理的，且可通過我們的模型計算得到支持。

 

盡管此處預測整體工藝中浸出物的方法是基于數(shù)學模型計算，其結(jié)果能夠反映實際浸出物情況明顯優(yōu)于“最差條件”下累加的情況。通過模型計算證明，盡管浸出物有多種來源，在生物制藥工藝中浸出物的下降具有重要的意義，在浸出物（風險）評估中需要考慮進去。

賽多利斯技術(shù)團隊已經(jīng)開始進一步研究完善模型單元，以包含可能的浸出物反應，尤其是潛在的浸出物-蛋白質(zhì)相互作用。模型經(jīng)優(yōu)化和微調(diào)后，需通過比較模型結(jié)果與中試或生產(chǎn)規(guī)模的實際測量值來進一步驗證。

賽多利斯驗證服務團隊是可提取物和浸出物研究的先行者，已經(jīng)提供了20多年的分析測試和法規(guī)技術(shù)支持。賽多利斯提供最精準的現(xiàn)行法規(guī)要求和行業(yè)標準解讀，與客戶協(xié)作以滿足法規(guī)預期，并基于客戶的實際工藝條件，為其藥品配方確定適當?shù)目商崛∥锖徒�出物方案設(shè)計。

 

Hauk A., Pahl I, Menzel R., Dorey S and Uettwiller I.: On the Fate of Leachables: An Introduction of a Concept to Investigate Leachables with a “Holistic” or System Approach; ECI Conference, Tomar Portugal, 8th -10th May.2017

Hauk A.: On the “Fate of Leachables” in Biopharmaceutical Up-Stream and Down-Stream Processes; Vonlanthen E&L-Summit, 19th October 2017, Berlin

Magarian N., Lee K., Nagpal K., Skidmore K. and Mahajan E.: Clearance of Extractables and Leachables from Single Use technology via Ultrafiltration/Diafiltration; AIChE Publication, 2016

 

賽多利斯斯泰帝(Sartorius Stedim Biotech)是國際領(lǐng)先的生物制藥行業(yè)設(shè)備和服務的供應商，為全球生物制藥的開發(fā)與生產(chǎn)提供安全、及時、經(jīng)濟的一體化解決方案。作為完整解決方案的供應商，賽多利斯斯泰帝提供幾乎涵蓋生物制藥工藝所有步驟的產(chǎn)品組合。公司致力于推廣一次性使用技術(shù)和增值服務，滿足生物制藥行業(yè)快速發(fā)展的技術(shù)需求。公司總部位于法國歐巴涅，在巴黎的歐洲交易所上市；因其位于歐洲、北美和亞洲的生產(chǎn)與研發(fā)中心以及遍布全球的銷售網(wǎng)絡而享譽世界。

 

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