JP6716718B2 - サイズ排除フィルターの対数減少値lrvを決定する方法 - Google Patents

サイズ排除フィルターの対数減少値lrvを決定する方法 Download PDF

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Description

本発明は、プロセス溶液の粒子に関するサイズ排除フィルターの対数減少値LRVを決定する方法であって、該粒子は、浄化(clarified:清澄化)対象物であり、該サイズ排除フィルターは、連続して上流に接続されるプロセス吸着体によって、該プロセス溶液中に存在する遮断吸着種から保護される、方法に関する。
(バイオ)医薬品産業において、ウイルス除去研究の結果は、許可関係書類の不可欠部分であり、したがって、哺乳動物細胞において産生される産物の薬物安全性の実証にとって極めて重要である。これに関連して、ウイルスの除去は、例えば、タンパク質モノマー及びタンパク質凝集体の両方を含有するタンパク質溶液から行われる。ウイルス除去研究において、及び生産規模での両方で、吸着性様式でタンパク質凝集体を、またサイズ排除の原理に従ってウイルスをともに保持するプレフィルター(プロセス吸着体)、及びサイズ排除の原理に従ってウイルスのみを保持するウイルスフィルターの組合せが、通常使用される。ウイルス除去研究において、プレフィルターによるこの(望ましくない)ウイルス保持のために、ウイルスフィルター単独のウイルス保持が研究された場合の実際のものよりもウイルスフィルターによって達成されるウイルス保持が高く見えることがある。したがって、プレフィルターに起因するウイルス保持と、ウイルスフィルターに起因するウイルス保持との間で正確な区別を行うことは、これまで従来技術では不可能であった。
ウイルス除去研究は、大部分が、契約研究所として知られる専門企業で実行される。この目的で、一般的に、個々のプロセス工程用の出発材料を、契約研究所に送る必要がある。多くの場合、輸送は、急速冷凍条件(−20℃/−70℃)で行われる。産物安定性(凝集体形成)のため、凍結が不可能である場合には、輸送は、冷却条件(2℃〜8℃)下で行われる。
「凍結/解凍」方法は、標的産物又はそうでなければプロセス溶液中の同様の二次産物の凝集体の形成を促進するか、又はより一層高める傾向にある。これらは、プロセス中間体の直接的な更なるプロセシングによりGMPプロセス(適正製造基準プロセス)において見出されるべきではない人工産物であるといえる。ウイルス研究の「典型(representative)」である解凍されたプロセス溶液の使用が可能であるためには、上記凝集体を、プロセス吸着体として既知のプレフィルターを介した予備濾過(prefiltration)によって除去しなくてはならない。
「ウイルス濾過」プロセス工程において、凝集体は、狭孔のウイルスフィルター膜(サイズ排除膜)を遮断することがあり、それにより、(サイズ排除)フィルターの性能(流速/濾過容量/耐用寿命)が大いに損なわれることから、実際のプロセスにおける凝集体の形成は同様に望ましくない。
したがって、ウイルス研究中のプロセス吸収体による予備濾過は、「濾過するのが困難な溶液」のためのプロセス管理の一部として、又はそうでなければ「凍結/解凍」後の調整(correction)の状況のため、不可避である。
予備濾過が、「凍結/解凍」中に形成される凝集体を除去するのに役立つ場合に関して、実際のウイルスフィルター(サイズ排除フィルター)を遮断する危険性は、これらの場合において、プロセス溶液が自発的に凝集体を再形成する傾向にない場合には、「オフラインで」実行される予備濾過によってすでに回避されている。
しかしながら、「濾過するのが困難な溶液」の場合における手順は、ウイルス研究の一部として「オフラインで」実行される予備濾過後に、プロセス溶液がもう一度凝集体を形成するのに十分な時間を有する場合には、予備濾過もまたウイルス研究の一部として「インラインで」行う必要がある。しかしながら、上記の「インラインでの」予備濾過は、それらの現在の形態ではウイルス研究において確立されたアプローチと不適合である。
吸着材料は、プレフィルター(プロセス吸着体)として通常使用される。かかる吸着材料は、特異的又は非特異的な吸着に基づく分離を達成するために産業界における多種多様な部門で使用される。これに関連して、吸着は、表面現象である。多くの場合、多孔質材料は、小型の外側形態で、結合不純物が近づきやすい大きな内部表面を提供するため、吸着性プレフィルターとして使用される。上記多孔質材料はとりわけ、サイズ排除に基づく材料の分離特性に対して効果を有する孔径を特徴とする。第一に、結合するための大きな表面を提供しながら、小型の外側形態を維持することが困難であり、第二に、孔径を選択することが困難であることから、ウイルスの有意なサイズ排除が、ウイルス除去研究における使用の場合にプレフィルターで明らかに観察することができない。これは、生産規模に、同時にウイルス除去研究に使用される孔径では、不十分な程度でのみ可能である。
本発明において、サイズ排除特性は、粒子のサイズ、即ち長軸又は容積の範囲に基づく機械的分離に役立つ全ての特性である。粒子分離限界が、試料粒子に基づいて規定され得ることは、サイズ排除特性を有する成型体又はデバイスに特有である。粒子分離限界は、規定比率の濃度又は数に保持される試料粒子の直径によって規定される。粒子分離限界の典型的な定義は、90%カットオフである。所要の試料サイズに応じて、最も狭い考え得るサイズ分布を有する成型体又は粒子分離限界の決定に適した分子が使用される。分子粒子の場合、分子量が直径の代わりに使用される。
吸着性プレフィルターが従来技術においてどのように使用されているか、また本出願において吸着性プレフィルター(プロセス吸着体)が意味すると理解されるべきものに関する記述は、例えば、特許文献1に見られる。特許文献1では、ポリアミドで構成される成型体を、生体高分子及びウイルスを流体から除去する方法において使用することができることが開示されている。特許文献2において開示される異なる方法は、ウイルス除去濾過に先立つ凝集体の除去に使用される珪藻土を含有する荷電及び/又は修飾膜又はデプスフィルター材料の使用について記載している。しかしながら、上記出願はいずれも、除去研究における使用の課題を追求しておらず、また詳細に規定されていないプレフィルターのウイルス除去の結果としてこれらの方法を使用する場合に生じる問題を解決していない。
ウイルス除去研究における溶液の不純物により生じる問題、即ち、フィルター面積のスケーリング(scaling:拡張)がウイルス除去研究と生産規模との間で体系統的に異なることは、特許文献3に記載されている。特許文献3では、超遠心分離及び陽イオン交換体での吸着工程、又は一般にクロマトグラフィー精製工程を実行することによって、ウイルスストック溶液由来の不純物を最低限に抑えること、及びストック溶液の濃度を増加させることが可能であることが開示されている。クロマトグラフィー精製に関して特許文献3に記載される材料は、ほとんどが特許文献2においても言及されている材料に相当する。さらに、クロマトグラフィーカラムはまた、媒体として明確に言及されている。しかしながら、特許文献3からの方法を使用する場合には、不純物が、プロセス溶液から生じることもあり、吸着プレフィルターによって生産規模で除去されるという問題は、解決されておらず、それらの使用は、ウイルス除去研究において「インラインで」は不可能である。
「インラインで」行われる予備濾過を用いたウイルス除去研究は、例えば、下記の通りに実行することができる:
任意選択:(急速)冷凍プロセス溶液の解凍
プロセス溶液の分取
予め規定した比([(v/v)%]での「スパイク比」)でのウイルスストック溶液の添加
添加されたウイルスの種類/サイズに応じて、添加されるウイルス粒子が、確実に「単分散」様式で、即ちウイルス凝集体を伴わずに存在するように、プロセス非依存的な予備濾過が実行される。例えば、予備濾過は、モデルウイルスMuLV(マウス白血病ウイルス、80nm〜120nm)に関して孔径0.45μmを有するサイズ排除フィルターを用いて実行され、典型的なパルボウイルス(例えば、PPV又はMVM、18nm〜24nm)に関しては、0.1μmのサイズ排除フィルターが使用される。
ウイルス濃度の出発値を決定することが可能であるように、契約研究所の従業員による試料「負荷(load)」の減少。
実際のウイルスフィルター(サイズ排除フィルター)の上流に「インラインで」統合されたプレフィルター(プロセス吸着体)を使用したウイルス濾過の実施。
ウイルス濾過後のウイルス濃度の最終値を決定することが可能であるように、契約研究所の従業員による試料「濾液」の減少。
規制当局による要件(例えば、非特許文献1)は、個々のウイルス除去プロセス工程の作用メカニズムが、既知であり、かつ明らかに同定されていなければならないことである。例えば、吸着及びサイズ排除の組合せによるウイルス除去に関する多重工程の同時使用は、この場合、除去が、規制に準じて、規定の作用機序に帰することができないため、望ましくない。通常、ウイルス除去は、単離されたサイズ排除フィルターを使用する場合に、サイズ排除のメカニズムにより行われる。しかしながら、上述の方法の場合、吸着及びサイズ排除の両方がここで寄与し得るため、メカニズムは不明瞭である。
さらに、直交性の(orthogonal:次元の異なる)除去方法が、生物医薬品を生産するプロセス全体において必要とされる。ここで、直交性とは、除去に関する方法の基本的な作用機序に関する。例えば、除去はまた、同じ方法の一連の実施によって示され得るが、示される除去の総和は、おそらく実際の値を過大評価するであろう。
この仮定は、ウイルスの集団が、それらの特性に関して当然異種性であり得るという事実に基づき、それは、特異的な方法を使用した除去には不可欠である。例えば、吸着体に対するウイルスの親和性は、同じウイルス種内でさえ、除去が、選択につながるような程度に異種性であり得る。この前選択したウイルス集団は、更なる吸着工程において第1の工程とは異なる挙動をする。
ウイルス除去研究の中心となる要件は、拡張可能性(scalability:スケーラビリティ)である。実際の生産規模で研究を実施することは、技術的に不可能であるが、それは、研究において、可能な限り的確に反映される(represented)べきである。生産規模の反映は、生産規模で首尾よくかつ好適に使用される吸着性プレフィルター(プロセス吸着体)の使用の場合、今日までに既知の方法で、限られた程度でのみ可能である。特に、現在までに既知の従来技術において、上流にプロセス吸着体を使用する場合に、吸着特性に基づく分離と、サイズ排除特性に基づく分離との間を区別することは、多くの場合で不可能であるという問題が存在する。
独国特許第102011105525号 米国特許第7,118,675号 米国特許出願公開第2012/088228号
ICH Guideline Q5A(R1), page 8, 2nd paragraph
したがって、本発明の課題は、連続して上流に接続されるプロセス吸着体によって遮断吸着種から保護されるサイズ排除フィルターの対数減少値(LRV)を決定する方法を提供することであり、この方法は、この結果として、研究室規模のウイルス除去研究における生産規模のより現実的な反映を達成するように、2つの分離メカニズム「吸着」及び「サイズ排除」を互いに分離させることを可能にする。
したがって、本発明は、プロセス溶液の粒子に関するサイズ排除フィルターGの対数減少値LRVサイズ排除フィルターを決定する方法であって、該粒子は、浄化対象物であり、該サイズ排除フィルターGは、連続して上流に接続されるプロセス吸着体Pによって、該プロセス溶液中に存在する遮断吸着種から保護され、浄化対象の該粒子は、0.5以上のLRVプロセス吸着体を有する該プロセス吸着体Pによって保持され、
(a)LRVサイズ排除フィルターを決定するサイズ排除フィルターG、及び、
テスト吸着体Tであって、該テスト吸着体は、連続して該サイズ排除フィルターGの上流に接続され、かつ該プロセス吸着体Pに類似した材料からなり、該テスト吸着体を用いることで、浄化対象の該粒子が、2以下の既知のLRVテスト吸着体で保持され、ここで、LRVテスト吸着体<LRVプロセス吸着体である、テスト吸着体T、
を含むテストシステムを準備する工程と、
(b)浄化対象の該粒子に関する該テストシステムのLRVテストシステムを決定する工程と、
(c)LRVテストシステムからLRVテスト吸着体を差し引くことによって、LRVサイズ排除フィルターを算出する工程と、
を含む、方法を提供する。
本発明によれば、対数減少値LRVは、フィルターの通過前の除去対象のプロセス溶液(「供給溶液」)中の物質の濃度「C供給」と、フィルターの通過後の除去対象のプロセス溶液中の(即ち、濾液中の)物質の濃度「C濾液」との商の対数、即ち、LRV=logC供給/C濾液として定義される。
本発明によれば、「プロセス溶液」という用語は、いかなる特定の制限も受けず、特に、遮断吸着種(例えば、生体高分子及び/又はポリペプチド)、除去対象の粒子(例えば、ウイルス)及び標的分子(例えば、モノクローナル若しくはポリクローナル抗体、組換えタンパク質、又はアルブミン、免疫グロブリン、凝固因子及び血液、血漿中若しくは真核細胞の内部に存在する他のタンパク質若しくはポリペプチド等の血液及び血漿由来の産物)を含む水溶液(例えば、タンパク質水溶液)を指す。
本発明による方法は、サイズ排除フィルターG及び連続して上流に接続されるプロセス吸着体Pを含む濾過システムにおいて、浄化対象のプロセス溶液の粒子に関するサイズ排除フィルターGのLRVサイズ排除フィルターを決定することを可能にする。連続して上流に接続されるプロセス吸着体は、サイズ排除フィルターGを、プロセス溶液中に存在する遮断吸着種から保護するために、上記濾過システムにおいて必要とされる。これに関連して、プロセス吸着体P自体はすでに、0.5以上のLRVプロセス吸着体で、浄化対象の粒子を保持し、即ち、浄化対象の粒子の少なくとも68.4%がすでに、プロセス吸着体Pによりプロセス溶液から除去されている。好適には、通常の操作で(即ち、生産規模で)、浄化対象の種の一部がすでに、プロセス吸着体Pによってプロセス溶液から除去されているとしても、本発明による方法により、除去対象の粒子に関するサイズ排除フィルターGのLRVサイズ排除フィルターを決定することが可能である(図1を参照)。
本発明によれば、プロセス吸着体又はテスト吸着体による予備濾過は、「インラインで」実行され、それは、明らかに同定されているウイルス除去のメカニズムのガイドラインを満たすことを意味する。
本発明による方法の工程(a)において、LRVサイズ排除フィルターを決定するサイズ排除フィルターG、及び連続してサイズ排除フィルターGの上流に接続されるテスト吸着体Tを含むテストシステムが提供される。これに関連して、テスト吸着体Tは、プロセス吸着体Pに類似した材料からなり、即ち、テスト吸着体T及びプロセス吸着体Pは、同じ基材(例えば、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリアミド(PA)、ポリプロピレン(PP)等)のみからなる。
本発明によれば、テスト吸着体Tは、2以下の既知のLRVテスト吸着体で、浄化対象の粒子を保持し、ここで、LRVテスト吸着体<LRVプロセス吸着体であり、即ち、テスト吸着体Tは、プロセス吸着体Pよりも少ない浄化対象の粒子を保持する。
テスト吸着体Tの正確なLRVテスト吸着体は、本発明による方法の特異的なプロセス条件に関して既知である(例えば、テスト吸着体の製造業者のデータから)か、又は特異的なプロセス条件に関して、即ち、浄化対象の粒子、浄化対象の溶液のpH及び塩濃度等に応じて、工程(a)の前の任意選択の工程で決定される。例えば、このことは、上述するように、テスト吸着体の通過前のプロセス溶液中の浄化対象の粒子の濃度(「C供給」)及びテスト吸着体の通過後のプロセス溶液中の浄化対象の粒子の濃度(「C濾液」)を決定すること、並びにこれらの変数の商から対数を算出することによって行われる。LRVテスト吸着体の上述の決定は、本発明による方法のテストシステムに未だに適合されていないテスト吸着体Tで行われることが好ましい。
したがって、工程(a)の前に、本発明による方法は、任意選択で、浄化対象のプロセス溶液粒子に関するテスト吸着体TのLRVテスト吸着体を決定する工程(a’)を含み、工程(a’)におけるテスト吸着体Tは、構成が同一である(例えば、同じバッチ)か、又は本発明による方法の工程(a)におけるテストシステムのテスト吸着体Tと同一である(例えば再生後の更なる使用)。
本発明による方法の工程(b)において、テストシステムのLRVテストシステムは、浄化対象の粒子に関して決定される。
本発明による方法の工程(c)において、LRVサイズ排除フィルターは、LRVテストシステムからLRVテスト吸着体を差し引くことによって算出され、即ち、LRVサイズ排除フィルター=LRVテストシステム−LRVテスト吸着体である。
本発明は、連続して上流に接続されるプロセス吸着体Pが、サイズ排除フィルターGを遮断吸着種から保護するのに必要とされる生産規模の濾過システムにおける、浄化対象のプロセス溶液の粒子に関するサイズ排除フィルターGのLRVサイズ排除フィルターが、プレフィルター(テスト吸着体T)によって遮断吸着種から同じ様式で同様に保護される同じサイズ排除フィルターGを有する(即ち、同一の「カットオフ」値を有するが、より小さい寸法である)テストシステムに対する実験を実行することによって決定することができるが、研究室規模のテストシステムのテスト吸着体Tは、より大きな孔のため、十分大量(LRVテスト吸着体≦2)の浄化対象の粒子を通過させることが可能であるという見解に基づく。
妨げられずにテストシステムのテスト吸着体Tを通過可能な浄化対象の粒子の量がより多いと、浄化対象のプロセス溶液粒子に関するサイズ排除フィルターGの対数減少値LRVサイズ排除フィルターの決定はより信頼性が高くなる。したがって、本発明の好ましい実施の形態によれば、テスト吸着体Tは、1.5又以下、より好ましくは1.0以下、更に好ましくは0.5以下のLRVテスト吸着体を有する。最も好ましくは、テスト吸着体Tは、この場合において、(ほぼ)全ての浄化対象のプロセス溶液粒子が、妨げられずにテスト吸着体を通過するため、「0」に近いか又はちょうど「0」のLRVテスト吸着体を有し、サイズ排除フィルターGは、遮断吸着種から保護され続ける(図2を参照)。
吸着体、即ち、本発明の方法で使用され得るプロセス吸着体及びテスト吸着体は、概して、それらの外側及び内側表面上で、表面上に結合された特異的な化学基(いわゆるリガンド)を用いて、物質を化学的又は物理的に結合する、即ち固定化することができる材料である。リガンドを有する上記吸着体の例は、特許文献2に記載されるような荷電及び/又は修飾膜、並びに更には、リガンドが付されているか、又はそれらの製造の結果としてリガンドを保有する、例えば、シリカゲル、珪藻土若しくは酸化アルミニウム等の高分子支持体材料又は無機支持体材料で構成されるゲル、モノリス、ビーズ及び他のカラム材料等の典型的なクロマトグラフィー媒体である。さらに、本発明の吸着体はまた、外側又は内側表面上でのそれらの特性において、全体として特性が異ならず(即ち、リガンドを含有しない)、同様に適切な条件下でそれらの表面上に物質を固定化する特性を有する材料を意味する。この種類の吸着体として、例えば、特許文献1に記載される材料、より具体的には、吸着特性を有し、また外側又は内側表面上でのそれらの特性において、全体として特性が異ならない膜が挙げられる。さらに、米国特許出願公開第2010/0100027号に記載されるような珪藻土、シリカゲル、珪藻土、活性炭、及び鉱物土類(mineral earths)、ナノ構造を有する吸着材料及び土等の材料が、本発明では吸着体である。
本発明の好ましい実施の形態において、機械的な一体成型体として存在する吸着体、即ち、バルク充填ではない吸着体が使用される。特に好ましい実施の形態は、膜の形態での多孔質成型体としての吸着体の実現である。
本発明による方法のプロセス吸着体Pは、遮断吸着種に関する比吸着容量kを有し、スケールMで存在し、したがって、遮断吸着種に関してk×Mの総吸着容量を有する。同様に、テスト吸着体Tは、遮断吸着種に関する比吸着容量kを有し、スケールMで存在し、したがって、遮断吸着種に関してk×Mの総吸着容量を有する。
本発明の好ましい実施の形態によれば、この場合において、遮断吸着種に関するプロセス吸着体P及びテスト吸着体Tの総吸着容量はほぼ同じであり、したがって、テストシステムは、生産規模の濾過システムについて非常に現実的な提示を可能にするため、0.1<k/k<10である。プロセス吸着体P及びテスト吸着体Tの総吸着容量が、より類似すると、テストシステムによる生産規模の濾過システムのミラーリングはより現実的となる。したがって、より好ましくは、0.5<k/k<5であり、より好ましくは0.9<k/k<1.1である。
結合又は固定化特性は、吸着体の材料に特有である。結合され得る物質の量は、分子結合場所の利用可能性に依存する。本明細書で記載及び使用するようなかかる吸着現象について記載するための根本的な研究は、例えば、「S. Brunauer, P. H. Emmett, E. Teller: Adsorption of Gases on Multimolecular Layers. In: J. Am. Chem. Soc. 60, No. 2, 1938, pages 309-319」又は「Langmuir: Surface Chemistry. Nobel Lecture, December 14, 1932. In: Nobel Lectures, Chemistry 1922-1941. Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1966」に見出される。特定の吸着剤に関する結合部位の数は、吸着剤の取り込まれる質量、即ち吸着又は固定化される質量(容量)として巨視的に記載される。これに関連して、容量はまた、結合部位の数がそれに比例するため、規模非依存性材料定数、比容量に達するように、吸着体の質量又は容積に対して標準化され得る。
本発明で、吸着剤の適切なモデルを使用して容量を決定するのは十分である。本明細書に提示するスケーリング方法に関して、同じ材料の異なる吸着体の利用可能な結合場所の一定の比率が、それによって表される限り、即ち、異なるサイズ排除特性を有する同じ材料で構成された2つの吸収体の容量の比率を決定することができる限りは、吸着体の決定される容量が、実際の吸着剤の量に正確に対応するかどうかは重要ではない。
本発明によれば、プロセス吸着体P及びテスト吸着体Tの総吸着容量の決定は、いかなる特定の制限も受けない。本発明において、容量を決定するのに適した方法は、例えば、ガス吸着による、より具体的には、ラングミュアの等温式又はBET等温式(ブルナウア・エメット・テラーの等温式)に従う、内側表面積の決定である。
吸着容量を決定する代替的な方法は、破過曲線による決定である。この方法において、各種物質の混合物の構成成分としての、又は純粋な物質としての、一定濃度の吸着剤の一定の内向き流を吸着体に適用して、吸着剤の濃度及び量を吸着体の上流及び下流の両方で測定する。吸着体の下流の濃度が、吸着体の上流の濃度の10%に達する場合、吸着体の容量は消耗され、内向き流における適用された吸着剤と、吸着体の外向き流における外に流れる吸着剤との間の質量の差は、吸着体の容量の尺度として役立つ。動力学的効果を同定して、最低限に抑えるために、破過曲線は、少なくとも5倍異なる様々な内向き流の速度(単位時間当たりの吸着剤の内向きに流れる質量として定義される)で決定される。次に、内向き流の速度を、容量が、内向き流の速度と無関係になるまで減少させる。当業者にとって、同様に、スケーリングされる特定の規模で実際に使用されるプロセスパラメーターに関する動的容量を決定するのは十分であることが明白である。吸着剤の濃度を決定する方法は、吸着剤の性質に応じて実行される。当業者は、必須の方法を認識しており、したがって、例として、確立された方法の包括的ではない選択についてのみ、本明細書で言及される:確率された方法は、IR、可視光、UVの領域内での吸収又は蛍光ベースの検出;屈折率、適切な電極上での電気化学的電位による検出;伝導性、比熱、誘電性による検出、並びに吸着剤含有混合物の組成及び吸着剤の濃度を考慮に入れる他の方法である。
本発明の1つの実施の形態において、容量を決定するために、モデルタンパク質を用いた結合実験を使用することもまた可能である。これに関連して、タンパク質結合を決定する確立された方法は、BCAアッセイである(「BCA」は、2,2−ビキノリン−4,4−ジカルボン酸二ナトリウム塩二水和物に相当する)。
更なる方法は、静的インキュベーション、即ち、吸着剤を、吸着体と接触させること、続いて、未結合吸着剤と結合吸着剤とのマスバランスを決定することである。タンパク質の使用の場合、例えば、タンパク質濃度の基の蛍光による決定、又は270nm〜280nmの範囲内の、若しくは230nmの波長でのUV光の吸収を用いた決定が利用可能である。結合又は未結合吸着剤の質量の平衡を保つ方法は、当業者によって容易に選択することができ、吸着剤の性質によって導かれる。
1つの実施の形態によれば、特に好ましいテスト粒子が、100nm〜200nmのサイズのウイルスであるため、テスト吸着体Tは、10nm以上、好ましくは20nm以上、特に好ましくは50nm以上のサイズ排除限界(90%カットオフ)を有する。
サイズ排除フィルターは、本発明において、Pure Appl. Chem., 1996, 68, 1479で規定されるようなマイクロフィルター及びウルトラフィルターである。これに関連して、関係する精密濾過(microfiltration)は、0.1μmよりも大きな粒子及び溶解された巨大分子が保持される圧力駆動型の膜ベースの分離方法として規定される。対比して、限外濾過は、0.1μmよりも小さく、かつ約2nmよりも大きな粒子及び溶解された巨大分子が保持される圧力駆動型の膜ベースの分離方法として規定される。サイズ排除フィルター用の考え得る材料は、例えば、セルロース、酢酸セルロース及び硝酸セルロース等のセルロース誘導体、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエーテルケトン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、芳香族及び脂肪族ポリアミドで構成されるポリマー、Al、ケイ酸塩、窒化物、ホウ化物及びこれらの物質の混合物等のセラミック、即ち、多孔質の機械的な一体成型体が生産され得る材料である。本発明による方法において、サイズ排除フィルターのサイズ排除限界(90%カットオフ)は、テスト吸着体のサイズ排除限界(90%カットオフ)よりも小さい。好ましい実施の形態によれば、サイズ排除フィルターのサイズ排除限界(90%カットオフ)は、1μmよりも小さく、より好ましくは200nmよりも小さく、特に好ましくは50nm〜2nmである。
本発明によれば、サイズ排除フィルターGが、連続して上流に接続されるプロセス吸着体P又はテスト吸着体Tによって保護される遮断吸着種は、いかなる特定の制限も受けない。例えば、遮断吸着種は、生体高分子(例えば、タンパク質、DNA及びRNA、多糖等の細胞外基質の成分)、生体高分子凝集体(例えば、タンパク質凝集体、上述の生体高分子の純粋物質凝集体及びそれらの混合凝集体)、生物学的粒子(例えば、細菌及びマイコプラズマ等の微生物)からなる群の少なくとも1種である。
好適には、本発明による方法は、小規模反映及び生産規模のウイルス除去研究の分析に使用することができる。特に、本発明による方法は、従来技術で既知の方法と対比して、プレフィルターに起因するウイルス保持と、ウイルスフィルターによって引き起こされるウイルス保持との間を定量的に区別することを可能にさせる。結果として、好適には、信頼性が高く、かつ正確な様式でウイルス除去研究におけるウイルス保持を決定することが可能であり、そのウイルス保持は、単にウイルスフィルターから生じるものであり、ウイルス保持値は、プレフィルターによって成される寄与により変造されない。
プロセス吸着体P及びサイズ排除フィルターGを含む生産規模の濾過システムを示す図である。 生産規模の濾過システム(左)及びテストシステム(右)を示す図である。 金ナノ粒子に関する実施例1の結果を示す図である。 ラテックスビーズに関する実施例1の結果を示す図である。 実施例3からの濾過の結果を示す図である。 実施例3からの濾過の結果を示す図である。
本発明は、下記の非制限的な実施例に基づいて、より詳細に解明される。
実施例1:吸着体のサイズ排除限界の決定
この例示的な実施形態において、ポリアミドで構成される微孔質膜を吸着体として使用する。上記実施形態において、「25006」及び「25058」は、同じ基本物質(基材)から生産されたが、異なるサイズ排除特性を有する2つの膜である:「25058」は、本発明においてはプロセス吸着体であり、「25006」は、本発明においてはテスト吸着体である。上述の材料は、下記特性を有する:
25006:ポリアミド吸着体、公称孔径0.45μm、
25058:ポリアミド吸着体、公称孔径0.10μm。
膜は、フィルター円板として使用される。蛍光ラテックスビーズは、試料粒子として使用される。ビーズのサイズは、後方散乱モードで動的光散乱を使用して、z平均値から決定される。決定は、Malvern社のゼータサイザーナノを使用することによって実行される。
その後、各種吸着体は、LRVテスト吸着体及びLRVプロセス吸着体を決定するために、a)金ナノ粒子の濾過に、及びb)蛍光ラテックスビーズの濾過に使用される。
さらに、テスト吸着体T及びサイズ排除フィルターGで構成されるテストシステムにおけるこれらの粒子の保持LRVテストシステムは、工程(b)における本発明による方法に記載するように決定される。
比較のため、プロセス吸着体P及びサイズ排除フィルターGで構成されるプロセスシステムにおけるこれらの粒子の保持も確認する。下記工程(c)における上記プロセスシステムからのLRVサイズ排除フィルターの確認は、本発明によるものではなく、従来技術によるものである。この例示的な実施形態において、これまでのこの通例のタイプの確認の不都合が示される。
本発明による方法の工程(c)において、サイズ排除フィルターの保持は、差LRVテストシステム−LRVテスト吸着体から決定される。
従来技術による本発明ではない算出の場合、即ち、LRVサイズ排除フィルター=LRVプロセスシステム−LRVプロセス吸着体に従って、この例示的な実施形態の結果の説明において後に記載するように、不都合が生じる。
粒径の決定及び濾過の説明
ウイルスの他に、ナノ粒子は、サイズ排除フィルターによって保持される粒子タイプである。この例示的な実施形態において、金ナノ粒子及び蛍光標識したラテックス粒子が使用される。ポリアミド膜層(PA膜層)は、吸着体P及び吸着体Tとして使用され、サイズ排除フィルターは、この場合、公称孔径20nmを有するポリエーテルスルホン膜である。
製造業者のデータに従って、50nm(金/Nanopartz;CAS:A11−50−CIT−100;ロット:E2451C)及び200nm(蛍光ラテックスビーズ/Thermo Fisher;Fluoro−Max;CAS:G100)の公称サイズを有する粒子を使用する。このサイズの粒子は、異なる孔径のPA吸着体を使用するウイルスのモデルの役割を果たす。
粒子の単分散性及びサイズを検証するために、動的光散乱を使用して確認する。
DLS(動的光散乱)に基づく粒子のサイズの決定:
方法の説明:
−DLS設定:
−材料:ラテックス又は金
−分散剤:保持温度25℃の水、180s
−セル型:ZEN0040(小さなキュベット)
−測定:173°後方散乱
−データ加工処理:汎用(標準的な解像度)
粒子溶液の3つの独立した試料を用いた三重反復決定は、下記変数をもたらす:
金粒子、50nm:
−z平均値:51.8±0.7nm
ラテックスビーズ、200nm:
−z平均値:201.6±0.3nm
誤差は、3回の測定の統計学的に決定される標準偏差に関する。
濾過並びに非濾液(nonfiltrate)及び濾液中の粒子濃度の決定:
プロセス吸着体Pは、公称孔径0.1μmを有するポリアミド膜で構成される層構造によって表される。
テスト吸着体Tは、ポリアミド膜25005(公称孔径0.65μm)の3つの層及び膜25006(公称孔径0.45μm)の1つ層で構成される層構造における2つの異なる膜の組合せによって表される。
金、50nm:UV−VISによる検出。
溶液:約1の527nmでの光学密度を有する0.26%SDS(ドデシル硫酸ナトリウム)を含有する金溶液。
濾過:膜に、50L/m(吸着体のインシデントフロー面積当たりの容積)であるが、濾過装置のデッドボリュームの少なくとも5倍の0.26%SDS溶液を予め流す。
この後に、金−粒子溶液を濾過する。30L/mであるが、濾過装置のデッドボリュームの少なくとも3倍の金−粒子溶液を、吸着体に通して濾過する。その後、粒子の濃度を決定するために、2つの試料を別々に収集する:
−10L/mにつき2つの画分を互いに別々に収集して、粒子含有量に関して分析する。
粒子の濃度の測定は、上述の粒子溶液の一連の希釈から作成される較正曲線に対して行われる。
金ナノ粒子は、527nmでのそれらの吸収により定量化される。
ラテックスビーズは、それらの蛍光に基づいて定量化される。このことは、下記設定を使用することを含む:
溶液、200nm:0.26%SDSを含有するRO−HO中の0.5%の市販ラテックスビーズ溶液
−ラテックスを穏やかに回旋させ、続いて、超音波浴中でおよそ15秒間維持する。
濾過:
−膜に、0.26%SDS溶液(Virosart(商標)Max、0.5bar;25006、0.1bar)5mlを流す、
−ラテックスビーズ溶液を含有する3gを流す、続いて、
−天秤によって、2×画分1gを収集する(蓋付きの4mlガラス管)。
測定:
−分光計を蛍光に設定する(透明底黒色プレート「nunc社の96Well」CAS:265301)
−励起波長:468nm;放出波長:508nm
−一連の標準物質/%:100、75、50、25、0
−測定容積:200μl
−増幅、200nm:86
サイズ決定の結果:
金濾過(図3を参照):
Virosart(商標)Max(25058=プロセス吸着体)の保持は、平均で80%であり、膜25005の場合では、その保持は、約25%である(テスト吸着体)。膜25058に関するd=50nmの金ナノ粒子の保持は、LRVプロセス吸着体=log(C供給/C濾液)=log(1/0.2)=0.69に相当する。テスト吸着体に関しては、結果は、LRVテスト吸着体=log(C供給/C濾液)=log(1/0.75)=0.12の保持である。
金ナノ粒子の濃度に関する決定様式 吸収
キュベット
波長 527nm
バンド幅 9nm
フラッシュの数 25
静止時間 0ms
ラテックス濾過(図4を参照):
200nm:Virosart(商標)Max(25058=プロセス吸着体)の保持は、平均で99.9%を上回り、膜25005(テスト吸着体)の場合では、その保持は、約10%である。サイズが193nmのラテックスビーズの保持は、プロセス吸着体に関して、大きなLRVプロセス吸着体=log(C供給/C濾液)=log(1/0.001)=3である。テスト吸着体に関して、結果は、LRVテスト吸着体=log(C供給/C濾液)=log(1/0.9)=0.04である。
ラテックスビーズの濃度に関する決定様式 上記からの蛍光測定
励起波長 468nm
放出波長 508nm
励起バンド幅 9nm
放出バンド幅 20nm
増幅 86手動
フラッシュの数 25
積分時間 20μs
遅延時間 0μs
静止時間 0ms
プレート領域 D6−D10;E6−H9
本発明によれば、プロセス吸着体又はテスト吸着体による予備濾過は、「インライン」で実行され、それは、明らかに同定されているウイルス除去のメカニズムのガイドラインを満たすことを意味する。
テストシステムの保持LRVテストシステムは、サイズが50nmの金粒子に関して、及びサイズが193nmのラテックスビーズに関して、テスト吸着体の組合せに関して決定され、比較例として、同様にプロセス吸着体を用いて決定される。粒子の濃度は、LRVテスト吸着体の決定に関して決定される。
この例示的な実施形態において、使用するサイズ排除フィルターは、Sartorius Stedim Biotech GmbHから市販されているVirosart(商標)CPV(公称孔径20nmを有するポリエーテルスルホン膜)ウイルスフィルターである。
2つのシステムの金ナノ粒子の保持は、
LRVテストシステム(25005/25006+Virosart(商標)CPV)>3.2
LRVテストシステム(25058+Virosart(商標)CPV)>3.2
である。
2つのシステムのラテックスビーズの保持は、
LRVテストシステム(25005/25006+Virosart(商標)CPV)≧3.2
LRVテストシステム(25058+Virosart(商標)CPV)≧3.2
である。
使用するテスト吸着体及びプロセス吸着体の保持の確認に類似して、LRVサイズ排除フィルターはここでは、本発明による方法の工程(c)において、LRVテストシステムからLRVテスト吸着体を差し引くことによって算出され、即ち、LRVサイズ排除フィルター=LRVテストシステム−LRVテスト吸着体である。
サイズ排除フィルターVirosart(商標)CPVの保持に関して、それにより、吸着体25058を使用して、金ナノ粒子の保持に関して:
LRVサイズ排除フィルター=LRVテストシステム−LRVテスト吸着体(25058)
LRVサイズ排除フィルター≧3.2−0.69
LRVサイズ排除フィルター≧2.51
が得られる。
吸着体25006/25005を用いて、本発明による方法を使用して、金ナノ粒子の保持に関して:
LRVサイズ排除フィルター=LRVテストシステム−LRVテスト吸着体(25006/25005)
LRVサイズ排除フィルター≧3.2−0.12
LRVサイズ排除フィルター≧3.08
が得られる。
類似して、ラテックスビーズに関する保持がここで決定される。吸着体25058の使用に関して:
LRVサイズ排除フィルター≧3.2−3.0
LRVサイズ排除フィルター≧0.2
が得られる。
吸着体25006/25005を用いて、本発明による方法を使用して、より高い保持が検出される:
LRVサイズ排除フィルター≧3.2−0.04
LRVサイズ排除フィルター≧3.16
実施例2:実施例1からの吸着体の吸着容量の決定
容量は、BCA試薬を使用して、静的タンパク質吸着に基づいて確認される。BCA試薬の酸化還元反応が、タンパク質の検出に使用される。BCA試薬の溶液の呈色は、562nmでの吸光度として定量化される。既知のタンパク質濃度の較正曲線を作成し、この較正を使用して、測定値を評価する。
詳細な説明:
1.ペトリ皿1つにつきγ−グロブリン溶液(3mg/ml)3mlを添加する。
2.ピンセットを使用して、いかなる直接的な手の接触も回避しながら、個々のテスト試料(直径13mm)及び参照試料を、それぞれの場合において、適切にラベルを付したペトリ皿(3.5cm)に入れる。(試料の直接的なマーキングは、必要に応じて、電気泳動ペンを用いて行うことができる)。
3.試料を振とう機(80/分)において、室温(およそ20℃)で3時間インキュベートする。
4.ピンセットを使用して、試料をペトリ皿から取り出して、それらを、適切にラベルを付したペトリ皿(10cm)に移す。
5.ペトリ皿1つにつき、0.05M KPi緩衝液(pH7.0)15mlを添加して、15分間振とうした後、ウォーターアスピレーター(water aspirator:水流吸引器)を使用して緩衝液溶液を慎重に吸引して、更にこの手順を3回繰り返す。
6.フィルター試料を、適切にマーキングしたペトリ皿(3.5cm)に個々に移す。
7.較正曲線を作成するために、γ−グロブリン溶液(1μg/μl)3×25μl、3×50μl、3×75μl、3×100μl(較正試料)及び3×0μl(=ブランク試料)試料を、適切にラベルを付したペトリ皿(3.5cm)に個々にピペットで採取し(pipette)、皿1つにつきBCA試薬2000μlを添加して、振とう用プラットフォーム上に即座に配置して、続いて同様に、個々の膜試料に、それぞれBCA試薬2000μlを供給し、室温(およそ20℃)で振とうする。
8.試料の光度測定は、1cmのセミマイクロキュベット中で行われる。1時間後、まず、562nmでブランク試料の吸光度値を決定し、対照目的で記入し(noted)、続く測定用にゼロに設定する。その後、較正溶液及び膜試料を、中断することなく、かつそれらの調製の順番で連続して測定し、吸光度値をテスト記録に記入する。
このようにして確認した吸着容量を使用して、この場合では、プロセス吸着体に対する面積比として、吸着体の量を決定する。相当する吸着体の容量決定及び得られた量の結果を表1に概要する。
実施例3:プロセス吸着体に関して様々なサイズ排除限界を有するテスト吸着体のスケーリング
上記表1において、BCAアッセイの結合容量から得られる倍率はすでに提示されている。上記倍率の実際の適用について以下に記載する。
各種ポリアミドプレフィルターを通るヒトIgGタンパク質溶液の濾過:
濾過に関して、50mM KPi緩衝液溶液(pH7.2)で、0.5%濃度に希釈したヒトIgG(5%溶液、SeraCare、カタログ番号HS−475−1L)の溶液を使用した。
使用した膜:
プレフィルター(VF):ナイロン6
公称孔径:0.35μm
水に関するフロー時間[ml/(min cm bar)]:23
水を用いた場合の泡立ち点、目視[bar]:2.9
プレフィルター(VF):ナイロン6
公称孔径:0.1μm
水に関するフロー時間[ml/(min cm bar)]:6
水を用いた場合の泡立ち点、目視[bar]:7
最終フィルター(EF):表面修飾したウイルス保持性ポリエーテルスルホンVirosart(商標)HC膜(公称孔径20nmを有する表面修飾したポリエーテルスルホン膜)、二重層
公称孔径:20nm
水に関するフロー時間[ml/(min cm 2bar)]:0.19
有効インシデントフロー面積:4.7cm
濾過はともに、「インラインで」作動させ、即ち、VF及びEFは、濾過の開始前に、ルアーコネクターを介して互いに接続した。VFモジュールは、有効インシデントフロー面積4.7cmを有する一方で、VFモジュールは、有効インシデントフロー面積3.11cmを有する。
同じストック溶液を用いて、かつ圧力2bar下での濾過を並行して実行した。図5及び図6における異なる傾きは、2つの吸着体の流れ抵抗の差によって引き起こされる。
図5及び図6は、不純物に関する同じ結合容量が達成されるように、ここではVF1及びVF2と称される、使用した吸着体の量がスケーリングされるので、濾過した容積は、2つの濾過に関して事実上同一であることを示す。
プレフィルターの膜面積の適切なスケーシングのおかげで、ほぼ同一の耐用寿命が達成された。
プレフィルターの面積スケーリングに関する選択基準
膜の非特異的なタンパク質吸着を測定する方法の1つは、BCA法において見出される。上記方法において、タンパク質は、膜に吸着して、BCA試薬(2,2−ビキノリン−4,4−ジカルボン酸二ナトリウム塩二水和物)を使用して測光法により、定量的に決定される。
これに関連して、下記の結果が確認された:
VF:52.7μg/cm
VF:84.2μg/cm
続いて、濾過中に同一吸着に達するために、VFの面積は、1.6倍増大されなければならなかった。

Claims (9)

  1. プロセス溶液の粒子に関するサイズ排除フィルターGの対数減少値LRVサイズ排除フィルターを決定する方法であって、該粒子は、浄化対象物であり、該サイズ排除フィルターGは、連続して上流に接続されるプロセス吸着体Pによって、該プロセス溶液中に存在する遮断吸着種から保護され、浄化対象の該粒子は、0.5以上のLRVプロセス吸着体を有する該プロセス吸着体Pによって保持され、
    (a)LRVサイズ排除フィルターを決定するサイズ排除フィルターG、及び、
    テスト吸着体Tであって、該テスト吸着体は、連続して該サイズ排除フィルターGの上流に接続され、かつ該プロセス吸着体Pに類似した材料のみからなり、該テスト吸着体を用いることで、浄化対象の該粒子が、2以下の既知のLRVテスト吸着体で保持され、ここで、LRVテスト吸着体<LRVプロセス吸着体である、テスト吸着体T、
    を含むテストシステムを準備する工程と、
    (b)浄化対象の該粒子に関する該テストシステムのLRVテストシステムを決定する工程と、
    (c)LRVテストシステムからLRVテスト吸着体を差し引くことによって、LRVサイズ排除フィルターを算出する工程と、
    を含む、方法。
  2. 前記テスト吸着体Tは、1以下のLRVテスト吸着体を有する、請求項1に記載の方法。
  3. 前記プロセス吸着体Pは、比吸着容量kを有し、スケールMで存在し、k×Mの総吸着容量を有し、前記テスト吸着体Tは、比吸着容量kを有し、スケールMで存在し、k×Mの総吸着容量を有し、0.1<k/k<10である、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 0.5<k/k<5である、請求項3に記載の方法。
  5. 0.9<k/k<1.1である、請求項3又は4に記載の方法。
  6. 前記プロセス吸着体P及び前記テスト吸着体Tの前記総吸着容量は、ガス吸着測定によって、破過曲線の決定によって、モデルタンパク質との結合実験によって、又は静的インキュベーションによって決定される、請求項3〜5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記プロセス吸着体P及び前記テスト吸着体Tは、機械的な一体成型体として存在する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記プロセス吸着体(P)及び前記テスト吸着体Tは、膜の形態で存在する、請求項7に記載の方法。
  9. 前記遮断吸着種は、生体高分子、生体高分子凝集体、生物学的粒子、ウイルスベクター、ウイルス及び微生物からなる群の少なくとも1種である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法。
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