Mechanistische Modellierung der Tangentialflussfiltration als Leitfaden für die Prozessentwicklung

Ultrafiltration (UF) und Diafiltration (DF) sind wichtige Verfahren für die Entwicklung von Bioprozessen, bei denen die Tangentialflussfiltration (TFF) als schnelles, effizientes und wirtschaftliches Mittel zum Konzentrieren und Pufferaustausch von Proteinen eingesetzt wird. Jedes Protein, das der TFF-Prozessentwicklung unterzogen wird, hat pufferabhängige biophysikalische Eigenschaften, die einzigartige Betriebsbedingungen für eine effiziente TFF-Leistung erfordern. Darüber hinaus kann die Anwendung von TFF durch aktive pharmazeutische Wirkstoffe (APIs), die hoch konzentrierte Formulierungen (> 150 g/L) erfordern, in ihrer Viskosität eingeschränkt sein, was zu einer zusätzlichen Prozessentwicklung führt.

Hier stellen wir einen Modellierungs-Workflow vor, der in einem frühen Stadium der Entwicklung von UF- und DF-Einheiten durchgeführt wird und der es uns ermöglicht, die physikalischen Komponenten und Lösungseigenschaften der Arzneimittelsubstanz (z.B. Pufferzusammensetzung und Lösungsviskosität) mit den operativen Sollwerten des Experiments zu verbinden. Mithilfe des Workflows können wir eine minimale Anzahl von Experimenten durchführen und diese Ergebnisse verwenden, um zu simulieren, wie die Filtration unter einer Reihe von Sollwerten funktioniert.

Die Ergebnisse der Simulationen fließen dann wieder in die Versuchsplanung ein, um die weitere Prozessentwicklung zu steuern. Die Verknüpfung der Proteinbiophysik mit dem TFF-Betrieb ermöglicht nicht nur die schnelle Identifizierung molekülspezifischer Betriebspunkte, sondern minimiert auch den Materialverbrauch, gewährleistet die Produktausbeute und die Robustheit des Prozesses und kann andere Entwicklungsentscheidungen wie die Membranauswahl beeinflussen.