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减少生物制药生产停工的新方法

来源:Quattroflow™ Dr. Andreas Frerix     发布时间:2018-11-14
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当试图描述生物制药生产中固有的过程时,最常见的是“复杂”,“精确”和“纯粹”等词。话虽如此,这些术语的重要性似乎会使“快速”和“快捷”等词语与生物制药的生产不相符。但是,情况不一定如此。最成功的生物制药制造商是能够可靠地生产对人类安全的重要药物,同时也能及时将其推向市场,最大限度地提高专利窗口的盈利潜力的制造商。
 
这就是泵成为等式的关键部分的地方。今天最常见的生物制药制造系统需要处理,转移,处理和纯化生物体中产生的大分子药物,如动物细胞培养物,细菌细胞或酵母。这必须在液相中完成,通过泵技术处理这些材料,可以可靠地提供过程中所需的体积一致性和精度,压力和流速,以及低剪切,低 - 保护生物药物免受伤害的热输入和材料兼容性。
 
通常,制造过程分为两个主要阶段:
 
第一个是上游加工,其中悬浮在液体培养基中的遗传修饰细胞在生物反应器中生长以产生所需产物。
 
第二阶段是从细胞和副产物中分离和纯化目标分子,这被称为下游加工。
 
传统上,永久性不锈钢泵送和处理系统已用于这些操作,但在下一次生产运行开始之前操作,清洁,维护和质量控制系统所需的时间和成本变得令人望而却步。这为该行业带来了真正的创新,创造了一次性泵,其具有一次性泵头和腔室,可以在生产运行之间轻松拆卸和更换,从而消除了重新验证不锈钢设备所需的时间和成本。
 
 
虽然一次性泵对生物制药制造商来说无疑是一个好处 - 正位移四元(四活塞)隔膜泵成为许多制造商的首选技术选择 - 但仍然可以在优化其转换时间和简化安装过程。 2017年,该领域取得了突破性进展,开发了泵腔更换系统,可将一次性一次性泵腔更换所需的时间缩短至几秒钟。
 
了解你的单位操作:
 
首先,我们应该退后一步,为生物制药生产过程中“复杂”,“精确”和“纯粹”的重要性提供一些背景信息。生物制药生产的基础依赖于各种类型的单元操作。虽然每个单元操作都有其自己的一套操作标准,但它们的相似之处在于,如果制造商严格遵守一套不屈不挠的操作参数和结构,他们只能生产适合人类管理的可行的无污染药物。
 
以下是生物制药生产中四种常见单元操作的概述:
 
切向流过滤(TFF) - 也称为交叉流过滤,在此过程中,生物制药的进料流在正压力下切向流过过滤膜。当它穿过膜时,小于膜孔径的进料流分子部分穿过膜。 TFF不同于所谓的正常流动(NFF)或“死端”过滤,其中进料完全流过过滤膜,孔的大小决定了进料的哪一部分通过通过并将保留在过滤膜中。 TFF也与NFF不同,因为流体穿过膜的切向运动导致任何被捕获的分子被“摩擦”掉,这消除了形成将导致膜阻塞的凝胶层。这种操作模式意味着TFF过程可以在相对高的产品负载下操作而不会对过滤器造成任何污染(堵塞)。通常,选择膜孔径以缩回所谓的渗余物中的靶分子。通过膜的小分子(包括水)的部分称为渗透物。结果是保留物中的高浓度目标分子。
 
色谱柱 - 虽然TFF用于根据分子大小浓缩产品,但色谱法是一种用于根据对树脂的吸附从其他工艺流中纯化目标分子的过程。将该树脂压缩并固定在所谓的色谱柱中。当产品被泵送通过该柱时,目标分子可以在特定条件下在色谱树脂上结合(吸附),而污染物不吸附或可以洗掉。通过再次改变条件(例如pH水平或电导率),目标分子将从树脂中释放(洗脱)并与其他工艺流分开收集以获得纯化的产物。色谱柱含有昂贵的介质,需要小心处理。例如,蛋白质A树脂每盎司可能花费数千美元,使得树脂的适当进料非常重要。在该应用中,泵用于将树脂填充到色谱柱中,然后将生物制药材料泵送通过柱。两者都是需要高流量,恒定流量和压力的关键操作。
 
病毒过滤 - 这些系统用于确保生产的药物的安全性。他们通过可变流速的恒定泵送压力去除潜在的病毒颗粒来实现这一目的。由于过滤介质中的紧密孔的性质,大多数典型的病毒过滤系统在恒定压力下运行,但是随着过滤器的孔被污染,流速将降低。当发生这种情况时,流速不会以线性方式降低,这将对过滤器的性能,产品产量和整体质量产生不利影响。为了解决这种现象,使用了具有高调节比和泵送流体中的最小脉动的泵。
 
这些不同类型的单元操作之间的共同点是它们需要和使用能够满足其特定操作参数的泵送技术。同样,这些单元操作是四元隔膜泵擅长的过程,而诸如蠕动(软管),凸轮,离心泵和活塞泵等竞争技术可能难以满足一系列严格的产品处理和传输要求。
 
一次性使用解决方案
 
一次性使用解决方案
 
还必须提到在生物制药生产中使用一次性四元隔膜泵可以提供的优点。这些泵的主要优点 - 无论是用于传统的不锈钢还是一次性设置 - 都是它们独特的操作形式:四个四元膜片由连接板一个接一个地驱动,连接板从中心来回移动由偏心轴产生的行程中的位置,行程的长度由偏心角度决定。实际上以与人类心脏相同的方式操作的四个泵室保持产品流以体积一致的低剪切和低脉冲方式不断向前移动。
 
泵的腔室也不包含可能受到摩擦的旋转部件,这意味着产生的热量最小可能会影响产品。这种操作模式意味着泵可以干燥,自吸,并且由于低滑移而产生最小的剪切。此外,它们具有低脉动,无泄漏操作,同时具有良好的干/湿吸力能力。
 
这种四元隔膜泵的调节能力和范围在生物制药行业中也是独一无二的。随着产品从开发到临床试验再到商业化,适当的放大是必不可少的。换句话说,实验室中的同一泵可能需要处理低至每分钟1/2盎司的流速,同时还能够提供每分钟50加仑或更多的商业生产流量。
 
四元隔膜泵也很容易适应一次性生产配置。一次性泵使生物制药制造商能够基本上消除经常禁止的清洁和验证其泵和系统的成本。结果是更快,更具成本效益的生产过程,并且仍能提供优选的产品纯度和无菌水平,不会产生交叉批次或交叉产品污染。
 
一次性泵
 
一次性泵的支点是其产品润湿的塑料泵腔,可以作为一个完整的单元进行更换。
 
一次性四元隔膜泵的下一步:
 
现在我们进入了生物制药生产中单元操作中使用的一次性四元隔膜泵的发展的下一步。虽然一次性泵技术克服了如何在生产运行后减少清洁和重新验证时间和成本的问题,但在减少更换泵头所需时间方面仍有更多的工作要做。
 
Quattroflow_EZ-Set_QF150 - QF1200
 
随着泵室更换系统的开发和发布,去年取得了突破,即由德国Kamp-Lintfort的Quattroflow™流体系统有限公司(PSG®,Oakbrook Terrace的产品品牌)创建的EZ-Set模型。该系统基本上消除了生产转换过程中的停机时间,从而进一步优化了产品开发时间表。它允许制造商在30秒或更短的时间内更换一次性泵腔,无需扭矩扳手或其他特殊工具和设备 - 同时允许用户在更换过程中戴上橡胶手套!泵腔更换系统也可以在现有的电机驱动器上进行改装,这也使升级快速且易于执行。
 
 
 
更换泵腔仅需五个简单步骤:
 
•拆下泵的压力板
•将泵室从环形驱动器中取出
•将新泵腔推入环形驱动器
•重新安装压力板
•根据标记轻轻旋转压板
 
压力板侧面的标记显示最小的最大范围,让用户知道夹紧力是什么,因为在泵驱动器上具有适当的压缩水平是很重要的。事实上,压力板非常简单,易于拨入,不需要体力,这意味着从幼儿园到举重运动员的每个人都可以安装压力板。
 
结论
 
生产生物制药需要很多技能,但最终产品必须是毫无疑问安全使用的产品,同时允许制造商从优化的专利窗口中获得经济利益。一次性泵在现场的到来几乎消除了先前清洁和验证泵系统所需的成本和停机时间。然而,随着泵腔更换系统的创建,这一创新将继续在超重要的生物制药制造行业中优化时间,成本,可靠性和安全性能,从而进一步实现了飞跃。
 

关于作者:
Andreas Frerix博士是Quattroflow™流体系统有限公司和PSG®的产品经理。Quattroflow总部位于德国Kamp-Lintfort,提供全系列容积式多用途和一次性四元(四活塞)隔膜泵及配件,用于生物技术,食品和饮料,个人护理和营养行业。 Quattroflow是PSG的产品品牌,PSG是Dover公司,美国伊利诺伊州Oakbrook Terrace。 PSG由几个领先的泵品牌组成,包括Abaque®,Almatec®,Blackmer®,Ebsray®,EnviroGear®,Finder,Griswold™,Mouvex®,Neptune™,Quattroflow™,RedScrew™和Wilden®。您可以在quattroflow.com和psgdover.com上的PSG上找到有关Quattroflow的更多信息

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