Modélisation mécaniste de la filtration à flux tangentiel pour guider le développement de procédés

L'ultrafiltration (UF) et la diafiltration (DF) sont des opérations unitaires clés pour le développement de bioprocédés qui utilisent la filtration à flux tangentiel (TFF) pour fournir un moyen rapide, efficace et économique de concentrer et d'échanger des tampons pour les protéines. Chaque protéine soumise au développement d'un procédé TFF possède des propriétés biophysiques dépendantes du tampon qui nécessitent des conditions opérationnelles uniques pour une performance efficace de la TFF. En outre, l'application de la FFT peut être limitée par la viscosité des ingrédients pharmaceutiques actifs (API) qui nécessitent des formulations à haute concentration (> 150 g/L), ce qui entraîne un développement supplémentaire du processus.

Nous présentons ici un flux de travail de modélisation, réalisé au cours des premières étapes du développement des opérations unitaires d'UF et de DF, qui nous permet de relier les composants physiques et les propriétés de la solution de la substance médicamenteuse (par exemple, la composition du tampon et la viscosité de la solution) aux points de consigne opérationnels de l'expérience. En utilisant le flux de travail, nous pouvons effectuer un nombre minimal d'expériences et utiliser ces résultats pour simuler le fonctionnement de la filtration dans une gamme de points de consigne.

Les résultats des simulations sont ensuite réinjectés dans la conception expérimentale pour guider le développement ultérieur du processus. Le fait de relier la biophysique des protéines au fonctionnement de la FFT permet non seulement d'identifier rapidement les points de consigne opérationnels spécifiques à une molécule, mais aussi de minimiser l'utilisation des matériaux, de garantir le rendement du produit et la robustesse du processus, et d'éclairer d'autres décisions de développement telles que la sélection des membranes.