一种大载量的除病毒膜组件及除病毒过滤器制造技术

本申请涉及一种大载量的除病毒膜组件及除病毒过滤器，该除病毒膜组件包括上游除病毒膜、下游除病毒膜和包括1~3层中间除病毒膜的中间膜组；每层除病毒膜的病毒截留效果为1.3≤LRV≤3.8，膜组件病毒截留效果满足LRV≥4；每层除病毒膜的PMI平均孔径为21~35nm；本申请进一步公开了包括上述膜组件的除病毒过滤器。相较于目前常见的通过控制上游除病毒膜以提高膜组件容量的方式，本申请采用限定多层除病毒膜均具有较小的PMI平均孔径和较低的病毒截留精度的方式，能够在通量仅小幅降低的基础上大幅提高膜组件的容量，从而获得兼具高使用寿命、高过滤效率和过滤精度的膜组件，特别适合应用于不稳定蛋白质料液体系。应用于不稳定蛋白质料液体系。应用于不稳定蛋白质料液体系。

【技术实现步骤摘要】
一种大载量的除病毒膜组件及除病毒过滤器


[0001]本申请涉及膜分离技术的领域，尤其是涉及一种大载量的除病毒膜组件及除病毒过滤器。

技术介绍

[0002]近年来，各类生物制剂快速发展，如抗体药物（单抗、双抗等）由于具有靶向性强、副作用小等优势而广泛应用于肿瘤、免疫缺陷类疾病、感染性疾病等多种临床疾病的防治。其中，开发高浓度的生物制剂可以很好的提升产品的竞争力，例如，2015年后FDA批准的高浓度单抗制剂产品数量是2015年前批准总数的三倍以上，可见高浓度生物制剂的发展势头之强劲。
[0003]高浓度生物制剂的优势不仅在于能够降低生产成本，还能够为患者提供更灵活的使用方式。例如，相较于浓度仅10mg/mL的低浓度生物制剂，当生物制剂的浓度达到100mg/mL时，即使同样采用静脉注射的给药方式，给药时间也能减少约60%以上，若进一步将给药方式改为皮下注射的方式，给药时间甚至可以缩短至10min左右，给药效率大幅提高。
[0004]虽然高浓度生物制剂存在显而易见的优势，但是生产难度也随之显著提升，例如，高浓度生物制剂的分子间作用力更复杂，更容易发生自缔合、聚集等蛋白质稳定性问题，蛋白质的稳定性问题还可能导致未预期的免疫原性应答等。除此之外，由于2020版《中国药典》和ICH Q5A“生物技术产品
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病毒安全性评价”等相关文件中都对生物制剂的病毒安全性提出了较高的要求，因此必须对生物制剂中的病毒进行清除和/或灭活，以确保生物制剂的病毒安全性。然而，蛋白质的稳定性问题还给高浓度生物制剂的病毒清除步骤带来了更高难度的挑战。
[0005]膜分离技术具有不需要额外添加试剂、分离过程不涉及相变过程、可常温操作、能耗低等优点，特别适合用于热敏性物质和生物活性物质的分离处理，因而已经取代了一些传统的如萃取、吸附、离心等分离方式，被广泛应用于各类生物制剂制备过程中的病毒清除步骤。然而，高浓度的生物制剂对于滤膜/膜过滤器的纳污性能提出了更高的要求，这是由于，以膜分离技术分离料液中的病毒时，难以避免的会少量截留料液中的活性物质（蛋白质），当料液中的活性物质浓度较高时，即使滤膜/膜过滤器对于活性物质的吸附率较低（吸附率低于5%，甚至低于2%），由于被吸附的绝对量较大，若滤膜/膜过滤器的纳污量不足，仍可能导致滤膜/膜过滤器的快速堵塞，从而导致滤膜/膜过滤器使用寿命的快速衰减。此外，蛋白质稳定性较差的体系产生的蛋白质二聚体、三聚体或多聚体等聚集体，还会对滤膜/膜过滤器产生新的挑战。
[0006]如Bieberbach Marc,Kosiol Peter.etc.Investigation of fouling mechanisms of virus filters during the filtration of protein solutions
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using a high throughput
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filtration
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screening device.Biotechnology progress.2019.提到目前存在ADC、融合蛋白、单抗、双抗等各种不同种类的生物制剂，病毒过滤过程十分复杂，特别是如在CHO细胞中培养得到的高浓度单抗等高蛋白质浓度的体系。高蛋白质浓度的
料液很可能导致滤膜或膜过滤器通量的显著降低，因为当料液中蛋白质浓度较高时（如蛋白质为IVIG），有研究表明，体系更倾向于形成蛋白质的二聚体、三聚体或多聚体等聚集体（即聚集体浓度随蛋白质浓度的提高并非是线性提高，而是指数提高；当然，如ADC、单双抗等本就稳定性较差的体系而言，即使是相对较低的浓度，也很容易产生蛋白质聚集体；因此，不稳定蛋白质料液体系并非特指高蛋白质浓度的料液，而是主要指更易于形成蛋白质聚集体的料液）。这些聚集体的直径相较于单分散的蛋白质更大，有研究认为在高蛋白质浓度的料液中，直径约16~30nm的蛋白质聚集体是导致滤膜堵塞的主要物质之一。这些蛋白质聚集体的尺寸与所需过滤的小尺寸病毒十分相近，如鼠细小病毒的直径约为20nm，国际通行指南性文件PDA TR41中规定的小尺寸模型病毒PP7噬菌体的直径约为20~30nm。这些与病毒尺寸近似的蛋白质聚集体给滤膜/膜过滤器带来了新的挑战。
[0007]如米利波尔公司申请的授权公告号为CN1759924B的中国专利公开了一种多层复合超滤膜；该复合超滤膜包括至少一层具有第一面和等价的第二面的第一滤膜层，以及至少一层具有等价的第一面和第二面的第二滤膜层，该第一层与第二层的连接相叠加并具有从所述第二层的等价的第一面至所述第一层的等价的第二面的孔隙率连接过渡区域，其中所述层中的至少一层是非对称超滤膜。该复合超滤膜具有良好的病毒截留效果，能保证生物制剂的病毒安全性，然而，虽然该专利中明确记载了，相较于常规的双层PVDF滤膜（在预制的固态PVDF膜上进一步浇筑液态PVDF铸膜液，待铸膜液分相固化后即得双层PVDF滤膜），该复合超滤膜的交界处不易产生集中截留。然而，为了确保低病毒泄露风险，该复合超滤膜中主要起截留作用的超滤膜层必须具有较小的孔径（特别是对于非对称结构的超滤膜层而言，起截留作用的区域本就厚度较小，因此，往往需要更小尺寸的孔结构），以对料液中的病毒形成有效的截留；然而，具有较小孔径的超滤层膜层对于料液中较高浓度的蛋白质的吸附往往也较高，除此之外，对于料液中蛋白质聚集体的截留同样会堵塞超滤膜层孔结构的堵塞，结合较小孔径超滤膜层具有的较低的纳污容量，将导致复合超滤膜的使用寿命较低。
[0008]如赛多利斯公司申请的美国专利US20200238221A1公开了一种多孔单层聚合物膜，该聚合物膜的至少一个主要表面具有至少40%的表面孔隙率，并且聚合物膜的总孔隙率为至少40%表面孔隙率的0.8倍至1.4倍；且该聚合物膜具有1.5至10的不对称因子。该滤膜主要用于过滤病毒、蛋白质或大分子，但其只能截留上百纳米的大颗粒物质，虽然该滤膜由于具有较大的孔径而不易对粒径较小的蛋白质以及蛋白质聚集体产生截留，也不易被病毒等堵塞，因此通量衰减速度较慢。但是该滤膜较大的孔径决定了其对于约20nm粒径的小尺寸病毒并无滤除效果，因此，无法获得对于小尺寸病毒（如典型的小尺寸病毒PP7噬菌体和鼠细小病毒）所需的截留效果，难以保证生物制剂的病毒安全性。
[0009]如杭州科百特公司申请的专利公开号为CN114558454A的专利申请文件，公开了一种除病毒过滤器，包括第一除病毒膜和第二除病毒膜，其通过将两层除病毒膜层叠作为膜组件联用，其中第一除病毒膜的LRV≥4、蛋白质收率不低于98%；在此基础上，位于上游的第二除病毒膜优选的选择过滤精度更低的膜，以起到预过滤的作用并延长第一除病毒膜的使用寿命，提高第一除病毒膜的纳污容量。实际上，通过选择过滤精度更低的上游膜，形成对料液中大颗粒杂质的预过滤，降低大颗粒杂质将过滤精度更高的上游膜的膜孔堵塞的可能性，以使整个膜组件获得更高的纳污容量已经是目前较为常见的方法。然而，当这样的膜组件应用于高浓度的生物制剂等不稳定的蛋白质料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大载量的除病毒膜组件，其特征在于：包括多层除病毒膜，多层除病毒膜依次包括供含有蛋白质的料液进入的上游除病毒膜和供含有蛋白质的料液流出的下游除病毒膜，以及位于所述上游除病毒膜和所述下游除病毒膜之间的中间膜组，所述中间膜组包括1~3层中间除病毒膜；每层所述除病毒膜对于PP7噬菌体的截留效果满足1.3≤LRV≤3.8，所述膜组件对于PP7噬菌体的截留效果满足LRV≥4；每层所述除病毒膜的PMI平均孔径不高于35nm且不低于21nm。2.根据权利要求1所述的一种大载量的除病毒膜组件，其特征在于：所述中间膜组包括1~2层中间除病毒膜，每层所述除病毒膜对于PP7噬菌体的截留效果满足1.8≤LRV≤3.8，每层所述除病毒膜的PMI平均孔径不高于32nm且不低于21nm。3.根据权利要求2所述的一种大载量的除病毒膜组件，其特征在于：所述中间膜组包括1层中间除病毒膜，每层所述除病毒膜对于PP7噬菌体的截留效果满足2.1≤LRV≤3.8，每层所述除病毒膜的PMI平均孔径为不高于30nm且不低于21nm。4.根据权利要求1所述的一种大载量的除病毒膜组件，其特征在于：所述中间膜组包括2~3层中间除病毒膜，多层所述除病毒膜之间的LRV之差不大于1.5。5.根据权利要求1所述的一种大载量的除病毒膜组件，其特征在于：组成所述膜组件的多层所述除病毒膜中，截留吸附容量最低的除病毒膜为关键膜，所述关键膜为上游除病毒膜、下游除病毒膜和中间除病毒膜中的任意一层，所述关键膜的截留吸附容量为R
min
，膜组件的截留吸附容量为R
组
，R
组
与R
min
之比为0.4~3。6.根据权利要求5所述的一种大载量的除病毒膜组件，其特征在于：组成所述膜组件的多层所述除病毒膜中，各层所述除病毒膜的PMI平均孔径之差不大于1nm，R
组
与R
min
之比为0.6~2。7.根据权利要求5所述的一种大载量的除病毒膜组件，其特征在于：所述关键膜为中间除病毒膜或下游除病毒膜中的任意一层，所述上游除病毒膜选用截留吸附容量最高的除病毒膜，R
组
与R
min
之比为0.8~3。8.根据权利要求5所述的一种大载量的除病毒膜组件，其特征在于：所述关键膜为下游除病毒膜，所述上游除病毒膜选用截留吸附容量最高的除病毒膜，R
组
与R
min
之比为1~3。9.根据权利要求1所述的一种大载量的除病毒膜组件，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾建东，卢红星，徐希晨，相黎超，
申请(专利权)人：杭州科百特过滤器材有限公司，
类型：发明
国别省市：