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(yàn)證服務(wù)團(tuán)隊(duì)）

 

一次性使用系統(tǒng)（SUS）在生物制藥生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)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(jìn)入生產(chǎn)過程中，可能會影響生產(chǎn)工藝效率（如抑制細(xì)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(gè)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(jìn)行累加來“預(yù)測”單個(gè)工藝單元或整個(gè)工藝中的SUS浸出物。按照這種思路，“最差條件”下“預(yù)測”在最終藥品中的浸出物種類更多，濃度更高。然而，實(shí)際浸出物檢測結(jié)果則與上述“預(yù)測”情況明顯相反：實(shí)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(yùn)”這一概念提出了一個(gè)范式轉(zhuǎn)換�；�于物理-化學(xué)機(jī)理，按來源、分布和下降來描述“浸出物的命運(yùn)”。

動態(tài)工藝條件下浸出物的來源，可根據(jù)菲克第二擴(kuò)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(yù)測浸出物的動力學(xué)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�？紤]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(diǎn)”。

可以想象，一次性生物反應(yīng)袋的浸出物吸附在宿主細(xì)胞表面和細(xì)胞碎片上。在收獲步驟中去除宿主細(xì)胞和細(xì)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(jìn)行衡量。

Magarian等人介紹了一項(xiàng)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(jī)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(jìn)行離子交換或親合層析時(shí)，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(shí)現(xiàn)浸出物的來源、分布和下降的可計(jì)算化，只需綜合考慮它們，并計(jì)算各工藝步驟和整個(gè)下游生產(chǎn)中的“浸出物的命運(yùn)”。圖1顯示的是一個(gè)用于計(jì)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(dú)立單元，將其結(jié)合起來模擬整個(gè)工藝。在每個(gè)單元中，根據(jù)基本物理-化學(xué)機(jī)理計(jì)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(yīng)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(kuò)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(jì)算結(jié)果。浸出物A的物理-化學(xué)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(yīng)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(shí)期內(nèi)一次性生物反應(yīng)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(xì)胞碎片能夠?qū)⑵鋸墓に囍星宄�（圖示藍(lán)線）。這一作用對于浸出物B而言明顯較弱，這是因?yàn)槠渌�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(jì)算結(jié)果顯示，“靠近”患者的概念作為常用的風(fēng)險(xiǎn)評估方法是合理的，且可通過我們的模型計(jì)算得到支持。

 

盡管此處預(yù)測整體工藝中浸出物的方法是基于數(shù)學(xué)模型計(jì)算，其結(jié)果能夠反映實(shí)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(jì)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(fēng)險(xiǎn)）評估中需要考慮進(jìn)去。

賽多利斯技術(shù)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始進(jìn)一步研究完善模型單元，以包含可能的浸出物反應(yīng)，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(shí)際測量值來進(jìn)一步驗(yàn)證。

賽多利斯驗(yàn)證服務(wù)團(tuán)隊(duì)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(zhǔn)的現(xiàn)行法規(guī)要求和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)解讀，與客戶協(xié)作以滿足法規(guī)預(yù)期，并基于客戶的實(shí)際工藝條件，為其藥品配方確定適當(dāng)?shù)目商崛∥锖徒�出物方案設(shè)計(jì)。

 

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(wù)的供應(yīng)商，為全球生物制藥的開發(fā)與生產(chǎn)提供安全、及時(shí)、經(jīng)濟(jì)的一體化解決方案。作為完整解決方案的供應(yīng)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(wù)，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(luò)而享譽(yù)世界。

 

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