タンジェンシャルフローろ過の最適化

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タンジェンシャル フロー フィルトレーション (TFF) は、溶液中の分子や粒子をサイズごとに分離するのに便利な方法で、濃縮と緩衝液組成の変更機能の両方を可能にします。1 TFF は、ほぼすべてのバイオ医薬品製造の下流プロセスで使用され、穏やかで高速な濃縮と濃縮を実現します。ダイアフィルトレーション - 成分が除去または分離される希釈プロセス。 比較すると、ゲル濾過クロマトグラフィーは分子をサイズごとに分離し、緩衝液組成を変更する機能を提供しますが、この技術では標的実体を濃縮できません。

通常のフローろ過 (NFF) では、固体が膜上にケーキまたは第 2 層を形成することがよくあります。 生体分子や小さな粒子を処理する場合、膜上の薄い 2 番目の層だけでも膜を汚すのに十分な場合が多く、濾過プロセスが減少または停止します。

「圧力と流量は、制御および監視するための重要なパラメータです」と Cytiva のシニア製品マネージャー、Fredrik Lundstrom 氏は述べています。 「供給液、保持液、透過液の 3 つの流れすべてで圧力を監視することを強くお勧めします。」

フィルター膜領域を可能な限り効率的に利用し、膜を汚さない高流束 (透過流/膜領域) で動作するようにプロセスを最適化する必要があります。 「高い流束を達成するには、十分な膜間圧力 (TMP) を適用する必要がありますが、膜が汚れるほど高くしないというバランスが必要です」と Lundstrom 氏は言います。

フィルターの細孔が大きい精密濾過操作での汚れを防ぐには、透過液の流れ (流束) を制御および制限することが重要です。 細孔が小さい限外濾過では、TMP が高すぎないことが重要です。

Lundström 氏によると、プロセスにダイアフィルトレーションとバッファー交換が含まれる場合、バッファーの使用とろ過時間を最小限に抑えるために、ダイアフィルトレーションの開始点 (濃縮する対象生成物の量) を最適化することが重要です。 ダイアフィルトレーションバッファーを TFF 再循環コンテナに連続的に供給すると、より効率的となり、時間とバッファーを節約できます。

「緩衝液の重量と製品の容器を監視して、濃縮係数（製品が何回濃縮されたか）と透析濾過係数（製品が曝露された透析濾過緩衝液の交換回数）を決定することが重要です」とルンドストローム氏は推奨しています。

TFF は、バッファー交換を伴う回収、清澄化、および最終濃縮を行う古典的なバイオプロセシング操作です。 TFF は、ウイルス ベクターや mRNA アプリケーションなどの新しいモダリティにも使用されます。 これらのアプリケーションでは、従来の mAb 処理よりもプロセスの初期段階で濾過技術が普及しています。

TFF デバイスには、カセットと中空ファイバーという 2 つの一般的なタイプがあります。 カセットはより高い流束を提供するため、mAb 濃縮に一般的に適用され、中空ファイバーは標的実体がせん断に敏感な場合に役立ちます。 「細胞やレンチウイルスのようなせん断に敏感なウイルスを処理する必要性が高まっているため、中空糸はさらに興味深いものになっています」とルンドストローム氏は述べた。

TFF 技術は、生産または N-1 バイオリアクターのいずれかで連続培養 (灌流) として実装することもでき、交互接線流ろ過 (ATF) と比較して追加の制御を提供できます。

TFF フィルター カセットを直列に配置すると、TFF 膜を液体を複数回通過させるのではなく、1 回通過させるだけで濃縮が可能になります。 「この場合、シングルパス TFF はバッチ タイプの操作を必要としないため、連続処理分野で多くの関心を集めています」と Lundström 氏は言います。

ペリスタルティックポンプが孔径 200 nm と 30 nm の 2 つの膜を通して流れを供給するデュアルサイクリック TFF システム2 は、直接濾過やシングルサイクリック TFF と比較して、サイズ範囲 30 ～ 200 nm の細胞外小胞を分離するためのより良い選択肢であると考えられています。 バッファー交換とデュアルサイクル TFF を組み合わせると、汚染物質の除去がさらに促進されます。

「まずアプリケーションのタイプと、濃縮係数、緩衝液交換、ターゲットエンティティ、液体組成などの単位操作のターゲットを検討します。これにより、TFF デバイスのタイプとメンブレンの孔径がわかります。まずは始めるべきです」とルンドストローム氏は言います。 「その後、さまざまなフィルターのスクリーニングを開始できます。」

フィルターのサプライヤーは多くの場合、初期テストの実行に使用する特定のフィルター タイプのクロスフローなどのプロセス パラメーターの推奨事項を持っています。 「最適な加工条件を見つけるには、TMP を変更し、フラックスを測定する必要があります」と Lundstrom 氏はアドバイスします。 「処理温度などの他のパラメーターも考慮する必要がある場合があります。フィルターを選別し、プロセスを最適化するために、より小規模な実験室およびパイロット規模のシステムを使用することも有益です。」

TFF ソリューションのサプライヤーは、ろ過プロセスや膜の選択を支援し、処理条件のガイドラインを提供します。 プロセスをスケールアップする場合は、より大きなサイズ用のフィルターとシステムの利用可能性を考慮する必要があります。

参考文献

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