Detecteer aggregatie voordat opbrengst en productkwaliteit in gevaar komen
Krijg realtime inzicht in de eiwitconcentratie en -aggregatie tijdens UF/DF. Met inline-Raman-monitoring kunnen beslissingen tijdens het productieproces worden genomen in plaats. Dit voorkomt corrigerende maatregelen achteraf.
Waar er bij UF/DF tijd (en opbrengst) verloren gaat
Ultrafiltratie/diafiltratie (UF/DF) is een van de meest dynamische fasen van downstream processing. Dit vindt doorgaans plaats na de zuivering via chromatografie en vlak voor de uiteindelijke formulering en de afvul- en afwerkingsfase, waardoor dit het laatste moment is om de concentratie, de samenstelling van de buffer en het aggregatierisico te corrigeren voordat de werkzame stof definitief wordt vastgelegd.
De eiwitconcentratie, de samenstelling van de buffer en de neiging tot aggregatie kunnen snel veranderen – toch zijn de meeste strategieën voor procesbewaking en -regeling nog steeds gebaseerd op extractieve, vertraagde analyse. Tijdens UF/DF worden eiwitten blootgesteld aan hoge lokale concentraties, schuifkrachten en snelle bufferuitwisseling, factoren die het risico op aggregatie juist vergroten in een fase waarin de materiële waarde het grootst is.
Naarmate de upstream processen intensiever worden, worden de mogelijkheden voor zuivering downstream beperkter. Wachten op offline resultaten betekent:
- Aggregatieproblemen worden pas ontdekt nadat de opbrengst al verloren is gegaan
- UF/DF-runs worden onnodig onderbroken
- Correctieve maatregelen worden te laat genomen om nog effectief te zijn
Het gevolg is versnipperde workflows downstream, langere doorlooptijden en een groter risico voor de productkwaliteit. Aangezien UF/DF pas in een laat stadium van downstream processing plaatsvindt, leidt aggregatie die pas na afloop wordt ontdekt vaak tot onomkeerbaar opbrengstverlies, corrigerende maatregelen of afkeuring van de batch, in plaats van een eenvoudige aanpassing van de parameters.
Inzicht in de zuiveringsstatus – niet alleen in de systeemstatus
Bij conventionele realtime metingen tijdens UF/DF is niet duidelijk of er aggregatie optreedt, of dat de bufferuitwisseling daadwerkelijk voltooid is. Dit inzicht kan alleen worden verkregen via offline analyse, niet in realtime. Inline-Raman-spectroscopie – een procesanalytische technologie (PAT) – die in het UF/DF-traject is geïntegreerd, biedt continu en zonder extractie inzicht in het zuiveringsproces terwijl dit plaatsvindt.
In plaats van de processtatus af te leiden uit alleen druk, flow of volume, krijgen teams direct inzicht in:
- Het verloop van de eiwitconcentratie tijdens UF en de eindconcentratie
- Het verloop van de bufferuitwisseling tijdens diafiltratie
- Spectrale kenmerken die verband houden met aggregatiegedrag
Dit onderscheid is van cruciaal belang, omdat de kwaliteitskenmerken van het product zich tijdens UF/DF onafhankelijk van de hydraulische stabiliteit ontwikkelen.
Analyses die gelijke tred houden met de snelheid van downstream processing
De monitoring via Raman-spectroscopie vindt plaats via een op flow gebaseerdRaman-systeem dat speciaal is ontworpen voor downstream zuiveringsprocessen.
Het systeem is geschikt voor:
- UF-/DF-stromen met een lage flow en een lage troebelheid
- Steriele werking met herbruikbare of wegwerp-flowcellen
- Integratie in ontwikkelomgevingen met het oog op cGMP-productie
Door analysefuncties rechtstreeks in het proces te integreren, speelt het systeem in op de snelheids- en volumebeperkingen van moderne downstream processing (DSP).
Ingrijpen voordat de aggregatie tot verlies leidt
Wanneer er tijdens UF/DF downstream informatie beschikbaar is, worden beslissingen eerder genomen. Als er tijdens het proces spectrale trends in verband met aggregatie aan het licht komen, kunnen teams nog steeds de concentraties aanpassen, de bufferuitwisseling bij diafiltratie wijzigen of het proces vóór de eindconcentratie stopzetten, in plaats van het probleem pas later te ontdekken via offline analysemethoden, zoals Size Exclusion Chromatography (SEC).
Door een veelzijdige PAT te implementeren die in realtime zeer specifieke procesinzichten biedt voor meerdere analyten, hoeven teams niet langer te wachten op bevestiging na afloop van het proces om te begrijpen wat er is gebeurd. Ze kunnen:
- Vroegtijdig aggregatietrends detecteren terwijl de UF/DF-run nog kan worden hersteld, zodat er maatregelen kunnen worden genomen voordat de opbrengst of kwaliteit onherstelbaar wordt aangetast
- De bedrijfsomstandigheden aanpassen terwijl het proces nog loopt
- Onnodige onderbrekingen in het proces vermijden
- De ontwikkelingscycli verminderen door corrigerende acties en herhalingsruns te verminderen
Wat verbetert er als UF/DF inline wordt gemonitord?
Teams die tijdens UF/DF gebruikmaken van inline-Raman-spectroscopie kunnen aantoonbare verbeteringen downstream realiseren, waaronder:
- Kortere UF/DF-cyclustijden door het wegvallen van wachttijden bij de analyse
- Minder productverlies door vroegtijdige detectie van aggregatie
- Verbeterde consistentie tussen productiebatches van biosimilars
- Minder handmatige ingrepen en minder aanpassingen na het proces
- Snellere DSP-ontwikkeling dankzij procesinzicht dat geschikt is voor PAT
Behalve op de opbrengst heeft een vroegtijdig inzicht in de aggregatie ook een positieve uitwerking op het behoud van de werkzaamheid, de farmacokinetiek, het risico op immunogeniciteit en de acceptatie door de regelgevende instanties van de geneesmiddelstof – factoren die allemaal rechtstreeks worden beïnvloed door de aggregatieniveaus in biofarmaceutische producten. Deze voordelen versterken elkaar, waardoor de productkosten dalen en producten sneller op de markt kunnen worden gebracht.
Realtime UF/DF-monitoring bij Alvotech
Bij een DSP-onderzoek heeft Alvotech inline-Raman-spectroscopie toegepast voor realtime monitoring van de eiwitzuivering tijdens UF/DF. Het doel was niet alleen om het proces te observeren, maar ook om vast te stellen of het aggregatierisico tijdens UF/DF vroeg genoeg kon worden gesignaleerd om de downstream beslissingen in realtime te beïnvloeden.
Deze aanpak maakte realtime besluitvorming mogelijk, zoals:
- Realtime monitoring van concentratieveranderingen en andere procesparameters
- Detectie van aggregatiegerelateerd spectraal gedrag
- Ontwikkeling van voorspellende modellen waarbij inline-Raman-spectroscopie wordt gecombineerd met bestaande analytische referenties
Afgezien van de analyseresultaten heeft dit onderzoek aangetoond hoe inline-Raman-spectroscopie de dynamiek van de downstream processing kan veranderen: fragmentatie wordt verminderd en er kunnen snellere, beter onderbouwde beslissingen over de zuivering worden genomen, waardoor de productkwaliteit wordt gewaarborgd.
Waarom Endress+Hauser?
Endress+Hauser biedt de mogelijkheid om Raman-spectroscopie toe te passen bij UF/DF-workflows en helpt downstream- en PAT-teams bij het doorgronden van processen en de ontwikkeling en implementatie van modellen.
De nadruk ligt niet alleen op instrumentatie, maar ook op het mogelijk maken van vroegtijdige interventie, een betere opbrengstbescherming en veerkrachtigere downstreamprocessen in de biofarmaceutische productie.
Zorg voor realtime inzicht in downstreamprocessen
In dit e-book wordt uitgelegd hoe de Raman-flowarmatuur realtime inline-metingen mogelijk maakt, rechtstreeks in de flow van het proces downstream. Ontdek hoe een continue monitoring van concentratie en samenstelling zorgt voor een sneller inzicht, betrouwbaardere beslissingen en een betere beheersing van de processen downstream – zonder uitsluitend te vertrouwen op vertraagde, offline analyses.
U komt het volgende te weten:
- Waar inline-Raman-metingen een meerwaarde bieden voor de processen downstream
- Hoe realtime trends in concentratie en samenstelling de timing van beslissingen verbeteren
- Waarom microvolume- en flowmetingen geschikt zijn voor ontwikkelings- en opschalingsprocessen
- Hoe teams analytische vertragingen verminderen en tegelijkertijd het inzicht in processen en de betrouwbaarheid ervan verbeteren
