TFF浓缩中，蛋白质聚集趋势的变化

在生物药生产中，切向流过滤（TFF）是最常用于蛋白质溶液缓冲液置换和浓缩的工艺单元。操作时，利用泵驱动，使蛋白溶液循环通过中空纤维膜管或平面膜。在膜两侧维持适当的压力差，膜孔截留大分子，而允许水和小分子透过。

而随着行业趋向更高浓度的制剂，TFF需要能处理不断增加的蛋白质浓度。从经济角度讲，浓缩的蛋白质溶液可提供更快的处理、节省生产材料以及储存空间、加快药物运送。但要获得高浓度的制剂挑战不小，因为高蛋白浓度会提高聚集趋势。

而一般认为，在TFF工艺中，由于剪切、浓差极化或界面作用，会进一步影响蛋白质的聚集趋势。蛋白质胶体或构型稳定性的改变，可能导致浓度依赖性的聚集机制，这可能是可逆的或不可逆的，可见的或不可见的，可溶的或不可溶的。在高浓度条件下，其不仅仅趋向于形成致密的蛋白质聚集体，还会形成广阔的网络，提高粘度。

使用TFF进行浓缩时，这些现象是不希望出现的，它们会影响该工艺步骤的常规操作。蛋白质聚集会加快膜堵塞，导致产物损失，高粘度会加重泵的负担，也会使浓缩工艺结束时，产物回收困难。所以，为保证稳定的工艺，节省制剂，对在蛋白质浓缩过程中，影响蛋白质聚集的关键参数必需仔细研究。

对于TFF浓缩工艺的优化，很多文章已经评估了不同工艺相关因素的影响。除了膜表面的浓差极化，还有文章提出由于膜吸附导致的蛋白质构型的改变以及由于剪切和泵的气穴现象增加了蛋白质分子的聚集趋势。但是，使用特定分析方法模拟TFF过程中的机械性应激时，大多数的实验都将蛋白质溶液暴露于不同的条件，而不是真实的浓缩过程。

此外，影响溶液状态的参数，如离子强度、pH和添加剂，也与蛋白溶液的聚集趋势以及流变特性相关。通过研究粘度和扩散系数，研究人员发现，这两个取决于溶液条件的参数，会显著影响TFF工艺，所以也需要考虑在内。而其它一些文章发现，离子强度会影响聚集体形成和滤液通量，尽管不同的文章，提出了相背的结果，但显而易见，溶液条件对工艺的影响不容忽视。

本文旨在评估TFF浓缩过程中，工艺相关因素和溶液状态对聚集趋势的影响。实验时，使用TFF，在不同pH条件下，浓缩了溶菌酶、α-乳白蛋白和葡萄糖氧化酶这3个已研究过其浓度依赖性聚集趋势的模式蛋白。使用动态光散射法检测蛋白质聚集，并与以浓缩方法获得的样品比较蛋白溶液的相行为，使用FT-IR光谱法评估工艺相关应激对构型稳定性的影响。

切向流过滤：优化和浓缩实验在KrosFlo Research IIi TFF系统上进行，使用中空纤维过滤器，膜材质为改性聚醚砜（mPES），最小工艺体积4mL。每次系统运行前检测泄漏和膜完整性，确定正常水通量（NWP）。在工艺过程中，使用KF Comm软件采集系统数据，软件可根据当前采集参数，计算实时剪切。使用自动背压阀，维持所需的跨膜压（TMP）。

详细实验操作和结果，请参考原文。

结论

TFF过程中的工艺相关作用以及各自的溶液条件被认为会影响蛋白质聚集。本实验研究了TFF浓缩过程中模式蛋白溶菌酶、α-乳白蛋白以及葡萄糖氧化酶的聚集趋势。结果显示，对于本实验中所有的蛋白溶液，工艺相关的浓差极化由于会在过滤膜表面附近形成致密的蛋白质层，所以会导致一定的产物损失，而溶液条件会影响致密层的形成，相比聚集趋势较重的溶液，凝胶形成较低的稳定溶液，可获得更高的产量。

与其它一些文章不同的是，本研究发现，工艺相关作用的影响，比如剪切或空穴作用，对聚集趋势的影响可以忽略。另外，只在对剪切极为敏感的α-乳白蛋白中检测到了蛋白质构型的不同变化，而其它样品均保持稳定。所以，除了TFF工艺的优化，还需要确定可保持浓缩后蛋白质溶液稳定的溶液条件，以避免蛋白质聚集，保证稳定的TFF浓缩工艺，例如在本实验中，溶菌酶在pH 3时，会随着蛋白浓度的增加，形成晶体，而在pH 5和9时稳定；提高α-乳白蛋白的浓度，在pH 7时会有轻微的沉淀，在pH 9时沉淀较严重，且有凝胶现象；葡萄糖氧化酶在pH 5时保持清亮，而在pH 9时出现沉淀和凝胶化，可见，溶液条件的影响不可忽视。

小编出于交流目的编译此文，由于水平有限，不当之处，敬请谅解。完整内容，请参看原文。

原文：K.C.Bauer, N.A.M.Perez, J.Hubbuch, Changes in aggregation tendency of protein solutions by concentration via tangential flow filtration - A study evaluating the impact of process-related effects and solution conditions by cmparison to centrifugal concentrators. Processing and formulation of concentrated protein solutions, 2016.

KrosFlo Research 2i （KR2i）切向流过滤（TFF）系统

KR2i TFF系统采用全整合式设计，具有进行TFF实验所需的所有部件和功能，操作简便，且可实现数据的完整实时记录，保证工艺的可重复性和可放大性。

·  兼容中空纤维和平板膜包过滤器，更具灵活性

·  低最小运行体积要求，适于高浓度制剂制备

·  灵活流路设计，方便样品回收

·  紧凑的系统结构设计，降低占地

·  记录12个实时工艺参数，并自动计算8个工艺参数，保证工艺可重复性

仕必纯贸易（上海）有限公司

上海市浦东新区张江路1238弄恒越国际大厦1号2层G、H座
邮箱：spectrum.cn@spectrumlabs.com
电话：400-628-4448
官网：www.spectrumlabs.com     

长按二维码，登入阿里巴巴旗舰店或关注公众号