如何選擇除病毒預(yù)過(guò)濾器
1、為什么需要預(yù)過(guò)濾器?
除病毒過(guò)濾在生物制藥的過(guò)程中是一個(gè)關(guān)鍵步驟。然而即使是層析純化后的樣品,蛋白聚體和雜質(zhì)也會(huì)限制除病毒過(guò)濾器的載量,導(dǎo)致過(guò)濾膜面積增加。
除病毒濾器堵塞主要是基于以下原因:
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除病毒膜孔需要透過(guò)蛋白攔截病毒,對(duì)膜孔徑要求較高。
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細(xì)小病毒直徑約為18-24nm,單抗分子約為8-12nm。聚體將導(dǎo)致膜孔堵塞。
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隨著蛋白濃度提高,蛋白單體產(chǎn)生聚體的幾率變大,增加了堵塞除病毒濾器的風(fēng)險(xiǎn)。
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蛋白不穩(wěn)定導(dǎo)致結(jié)構(gòu)改變或碎片,以及其他未分離雜質(zhì),也有可能導(dǎo)致堵塞。

對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)過(guò)濾處理能夠有效的去除這些堵膜因素,因此許多工藝會(huì)加入預(yù)過(guò)濾器來(lái)提高除病毒過(guò)濾器的載量從而降低工藝成本。通過(guò)研究和大量實(shí)踐表明,增加預(yù)過(guò)濾器后的除病毒濾器的平均載量能比未增加提高2倍以上。
2、如何選擇預(yù)過(guò)濾器
預(yù)濾器的選擇需要根據(jù)樣品特性和工藝需求來(lái)決定。一般對(duì)于去除單抗工藝中的聚體來(lái)說(shuō),吸附比基于分子大小的尺寸排阻的預(yù)過(guò)濾方式更有效。
默克提供了表面改性膜和吸附型深層濾器這兩種預(yù)過(guò)濾器,針對(duì)于不同的需求,達(dá)成穩(wěn)健的工藝目的。
Viresolve®Pro Shield Viresolve® Pro Shield H


3、不同預(yù)過(guò)濾器的特點(diǎn)
3.1表面改性膜濾器
表面改性膜濾器有Viresolve Pro Shield (簡(jiǎn)稱(chēng)Shield)和Viresolve Pro Shield H(簡(jiǎn)稱(chēng)Shield H)兩種,它們具有以下特點(diǎn):
- * 陽(yáng)離子交換膜,帶有負(fù)電荷,能夠吸附帶有正電荷的聚體
- * 0.2um聚醚砜材質(zhì),低析出
- * 膜表面修飾:交聯(lián)聚合磺酸基團(tuán)(Shield),交聯(lián)混合模式基團(tuán)(Shield H)

Shield和Shield H均為帶有負(fù)電荷的預(yù)過(guò)濾器,因此對(duì)于帶有正電荷的聚體有非常顯著的去除效果。因此對(duì)于聚體導(dǎo)致堵膜的蛋白樣品,優(yōu)先考慮表面改性膜濾器作為預(yù)過(guò)濾器。
由于Shield和Shield H都是基于電荷吸附的預(yù)過(guò)濾器,因此樣品緩沖液環(huán)境會(huì)對(duì)化學(xué)吸附產(chǎn)生較大影響。而Shield和Shield H正是基于不同的pH和電導(dǎo)來(lái)區(qū)分適用場(chǎng)景。Shield有效操作范圍:pH<5.5且電導(dǎo)率<25mS/cm;Shield H有效操作范圍:pH>5.5或電導(dǎo)率>25mS/cm;其余范圍兩者皆可。

3.2吸附型深層濾器
表面改性膜濾器有Viresolve Prefilter(簡(jiǎn)稱(chēng)VPF)和 Millistak+ HC pro X0SP(簡(jiǎn)稱(chēng)X0SP)。
VPF是除病毒過(guò)濾工藝中最為常用的預(yù)過(guò)濾器,它具有以下特點(diǎn):
- * 深層濾器,帶有正電荷,能夠吸附帶負(fù)電和疏水性質(zhì)的雜質(zhì)
- * 對(duì)于絕大部分雜質(zhì)都有較好的去除效果
- * 由硅藻土,纖維素和含陽(yáng)離子亞胺基團(tuán)粘合而成
- * 下端添加小孔徑纖維素膜層,減少潛在脫落并分配流速
- * 成本低
吸附式深層預(yù)過(guò)濾器吸附力較強(qiáng),操作范圍也廣泛,在pH4-8和電導(dǎo)率 5-45 mS/cm范圍內(nèi)均能有效發(fā)揮作用。適用于絕大多數(shù)的料液環(huán)境,對(duì)各種類(lèi)型的雜質(zhì)均有良好的去除效果。尤其是當(dāng)樣品狀態(tài)不穩(wěn)定時(shí),VPF能夠消除各種不穩(wěn)定因素達(dá)成穩(wěn)健的工藝目的。

在沒(méi)有預(yù)濾器的情況下,平均質(zhì)量載量=5kg/m²,約50%測(cè)試的MAb達(dá)到5kg/m²,使用VPF后,平均質(zhì)量載量=13kg/m²。
但深層預(yù)過(guò)濾器的美中不足是由于其材質(zhì)的特殊性,在進(jìn)行預(yù)過(guò)濾時(shí)會(huì)有產(chǎn)生析出物的風(fēng)險(xiǎn)。VPF在濾器下端添加小孔徑纖維素膜層以減少潛在脫落的方法來(lái)解決這一隱患。
X0SP相對(duì)于VPF來(lái)說(shuō)則是升級(jí)版本,它將VPF所含有的硅藻土和纖維素纖維更換為了二氧化硅和聚丙烯纖維,在保留吸附雜質(zhì)能力的基礎(chǔ)上,解決了析出物的問(wèn)題。
總結(jié)
在除病毒過(guò)濾的工藝中,加入預(yù)過(guò)濾器能夠提高除病毒過(guò)濾器的載量,降低工藝成本,并讓除病毒過(guò)濾工藝更加穩(wěn)健。
在實(shí)際工藝開(kāi)發(fā)的過(guò)程中,預(yù)濾器的選擇需要根據(jù)樣品特性,工藝需求以及濾器性質(zhì)來(lái)決定。

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