Effects of sucrose as an excipient on the performance of ultrafiltration/diafiltration for antibody-based therapeutic production

Abstract

한외여과/정용여과 공정은 항체의약품과 같은 바이오의약품의 제조공정에서 최종 제제화를 위해 사용한다. 단백질치료제는 피하주사를 위한 제한된 부피(1—2 mL)에 따라 고농도(>100 mg/mL)로 농축하여 생산한다. 따라서, 농축단백질 용액의 안정성을 보존하고, 처리과정의 신뢰성과 안전한 제형을 확보하기 위해 sucrose와 같은 첨가제를 사용한다. 본 연구에서는 첨가제로 사용되는 sucrose가 한외여과/정용여과 성능에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. 한외여과/정용여과 공정동안tangential flow filtration (TFF), normal flow filtration (NFF) 시스템을 사용하여 유량을 측정하였고, 이는 각 용액의 점도 값을 사용하여 Normalized flux값으로 변환하였다. 공정 후 오염된 분리막의 표면분석 또한 수행하였다. 그 결과, UF/DF 공정동안 Normalized flux값이 감소했고 이는 sucrose의 농도에 따라 더 크게 나타났다. 유량감소는 분리막의 재질에 따라 차이가 없었으며, 유속이 빠를수록 더 크게 나타났다. 주사전자현미경(SEM)을 통한 분리막의 표면분석에서는 sucrose가 여과(filtration)공정 동안 분리막의 표면에 흡착됨이 보였다. Sucrose로 인해 나타난 유량감소현상은 농도 분극, 흡착 모두의 영향을 받은 것으로 보이며, 이러한 결과들은 첨가제가 들어간 UF/DF 공정의 최적화를 위한 요소들에 대한 중요한 통찰력을 제공한다. |Ultrafiltration / diafiltration (UF/DF) processes are used for final formulation of biotherapeutics like antibody-based therapeutics. Therapeutic proteins are produced at high concentrations (>100 mg/mL) according to the limited volume (1—2 mL) for the subcutaneous administration. Thus, additives which induce changes in proteins’ stability are used to preserve the colloidal stability and guarantee reliable processing and safe formulations. The objective of this study was to evaluate the effects of sucrose as an excipient on the performance of UF/DF. The normalized flux data corresponding to the permeate flux converted using measured viscosity values of each solutions were obtained using tangential flow filtration (TFF), normal flow filtration (NFF) system during UF/DF process. Analysis of membrane surface were performed to inspect surface morphologies of the fouled membranes. The normalized flux decreased during UF/DF process, which was larger as the concentration of sucrose increased. The flux decline was similar regardless of the material of the membrane. On the other hand, it was greater as the permeate velocity increased. It was confirmed that the sucrose adsorbed on the membrane surface during filtration by analysis of membrane surface through SEM. The flux decline phenomenon caused by sucrose appears to be affected by both concentration polarization and adsorption. These results provide important insights into the factors governing the optimization of UF/DF process including excipients.