[Bio-Edu] バイオ医薬品の製造で使用するTFF膜の管理 / バリデーションについて[2023/11/12]

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はじめに

バイオ医薬品(biopharmaceutical)では，限外ろ過膜によるプロダクトの濃縮やバッファー置換が，必ず1つは，プロセスとして組み込まれている．TFF膜は高価であり再利用されて，繰り返し製造がおこなわれる．TFF膜の性能や洗浄不十分によるキャリーオバーなどが生じるリスクがあるが，プロダクトの品質を一定に保つためには，TFF膜の性能，キャリーオーバー管理は重要な項目である．

TFFの使用期限に関わる評価パラメータは，キャリーオーバーと性能です．キャリーオーバー(carryover)とは，前回の使用でクリーニングしきれなかった物質の持ち越しです．性能(performance)はろ過するものはろ過し，補足するものは補足する，というろ過能力とろ過流速です．

TFF膜の寿命(lifespan)を確認するアプローチには，前向き評価，同時評価があります．

前向き評価(prospective validation) : 製造承認申請前にデータを取得する．
同時評価(concurrent validation) : 実製造スケジュールに組み込まれる．

どちらのアプローチをとるかはを判断しなければなりません．

実製造スケジュールがタイトである場合は，予め評価データを取得する(prospective validation)．その場合，製造承認申請データとして取得する期間が余分に必要となる．
同時評価(concurrent validation)とする場合は，実製造スケジュールに影響を及ぼさない場合に採用できる

評価パラメータ

洗浄条件(薬剤，蒸気など各種パラメータ)
経年劣化
プロダクト，エンドトキシン，不純物残存量(carryover)
ろ過性能

評価項目と方法など

NWP (Normalized Water Permeation)
バイオバーデン
Host Cell DNA
Host Cell Protein
収率
完全性試験(巨大な穴によるリーク)
TMP(膜貫通圧; TMP対フラックス曲線)
FTIR(フーリエ変換赤外)やラマン分光法による膜の状態分析(タンパク質蓄積など)
定期的なブランク分析(例えば水により運転し，リークする物質の分析，上記に記載の試験の実施，HPLC分析，ELISA，SDS-PAGE分析，TOC分析)

前向きバリデーション

前向き評価(prospective validation)小規模の膜システムを使用して寿命(lifetime)を評価パラメータから評価するアプローチです．その評価を使用後20回毎に行ったとします．その結果120回が使用可能(resusable)と判断された場合，実製造スケールでの使用には，その回数以内での使用期限を規定できます．例えば100回の使用が可能と規定します．

同時バリデーション

同時バリデーション(concurrent validation)は，例えば，他の事例から100回の使用が可能である情報があったとします．そこで使用目標回数を100回と定めて実製造を開始し，同時に同時バリデーションをスケジュールに組み込みます．

用語

NWP: Nomalized Water Permeability

NWPとは、ノーマライズド・ウォーター・パーミアビリティ（Normalized Water Permeability）の略で、TFFのメンブレンの透過性を表す指標です．NWPは、メンブレンの孔径や材質、水の流量や圧力，温度などによって変化します。NWPが高いほど、メンブレンの透過性が高く、ろ過流量が大きくなります。NWPが低いほど、メンブレンの透過性が低く、ろ過流量が小さくなります。NWPは、メンブレンの性能や劣化の評価に用いられます．NWPの計算式は以下の通りです。

NWP=PJ×Sμ

J: 水の透過流速（単位面積あたりの水の流量,L/h/m2)
P: メンブレンにかかる圧力(bar)
μ: 水の粘度(?, この式に納得できないので，後日調べて訂正予定)
S: メンブレンの有効面積(m2)
NWPの単位は、L/m2/h/bar

参考文献

Lifetime Studies for Membrane Reuse: Principles and Case Studies – BioPharm, 2007
Lifetime Studies for Membrane Reuse: Principles and Case Studies (biopharminternational.com)

Protein Concentration and Diafiltration by Tangential flow Filtration – MILLIPORE
MILLIPORE_TFF.pdf (huji.ac.il)

KrosFlo^® KMPi TFF System – REPLIGEN
KrosFlo® KMPi Tangential Flow Filtration (TFF) Systems | Repligen

MF / UF技術の進展と展望
MF / UF技術の進展と展望 (jst.go.jp)

Validation Guide.
T-Series TFF Cassettes with Delta Membrane USTR 2661 – PALL – For use with Centramate™ and Centrasette™ TFF Systems
12.8028_USTR2661(2)_T-Series_Cassettes_Delta_TS_VG_EN.pdf

TangenX® TFF Cassette Air Integrity Testing – REPLIGEN
IF.UG.027.pdf (repligen.com)

Protocol Guide
Pellicon(R) Ultrafiltration (UF)/Diafiltration (DF) Operations – Millipore
rf1159en-mk.pdf (sigmaaldrich.com)

Evaluation of Novel Large Cut-Off Ultrafiltration Membranes for Adenovirus Serotype 5 (Ad5) Concentration (2014)
Summary: 500kDa cut-off used for Ad5 concentration, 10-fold concentration factor with 100% recovery.
Evaluation of Novel Large Cut-Off Ultrafiltration Membranes for Adenovirus Serotype 5 (Ad5) Concentration | PLOS ONE