JP2024088949A - Method for filtering biopolymer solutions - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、生体高分子溶液を15nmウイルス除去膜でろ過する際に、効率よくウイルス除去膜でろ過する方法を提供することを目的とする。【解決手段】生体高分子溶液を孔径約20nmのウイルス除去フィルターで処理する工程と、得られたろ液を孔径約15nmのウイルス除去フィルターで処理する工程を含む、生体高分子のろ過方法であって、ここで該生体高分子のろ過量が孔径約20nmまたは孔径約15nmのフィルター膜面積当たり20kg/m2以上である、ろ過方法を提供する。【選択図】図1[Problem] The present invention aims to provide a method for efficiently filtering a biopolymer solution through a 15 nm virus removal membrane. [Solution] The method includes a step of treating a biopolymer solution with a virus removal filter having a pore size of about 20 nm, and a step of treating the obtained filtrate with a virus removal filter having a pore size of about 15 nm, in which the amount of the biopolymer filtered is 20 kg/m2 or more per filter membrane area with a pore size of about 20 nm or about 15 nm. [Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、生体高分子溶液を孔径約20nmのウイルス除去フィルターで処理する工程と、得られたろ液を孔径約15nmのウイルス除去フィルターで処理する工程を含む、生体高分子のろ過方法であって、ここで該生体高分子のろ過量が孔径約20nmまたは孔径約15nmのフィルター膜面積当たり20kg/m2以上である、ろ過方法に関する。 The present invention relates to a method for filtering biopolymers, comprising the steps of treating a biopolymer solution with a virus removal filter having a pore size of about 20 nm and treating the obtained filtrate with a virus removal filter having a pore size of about 15 nm, in which the amount of the biopolymer filtered is 20 kg/ m2 or more per filter membrane area having a pore size of about 20 nm or about 15 nm.
生物由来原料は、医薬品、医薬部外品、化粧品、医療機器および再生医療等製品に使用されるヒトおよびその他の生物(植物を除く)に由来する原料である。これらが医薬品等の製造に使用される場合には、医薬品等の品質、有効性、安全性を確保するために構ずべき必要な措置が日本では「生物由来原料基準」(非特許文献1:厚生労働省告示第37号/平成30年2月28日制定)で定められている。 Biological raw materials are raw materials derived from humans and other living organisms (excluding plants) that are used in pharmaceuticals, quasi-drugs, cosmetics, medical devices, and regenerative medicine products. When these are used in the manufacture of pharmaceuticals, etc., the necessary measures to be taken to ensure the quality, efficacy, and safety of pharmaceuticals, etc. are stipulated in Japan's "Standards for Biological Raw Materials" (Non-Patent Document 1: Ministry of Health, Labour and Welfare Notification No. 37/Established February 28, 2018).
生物由来原料は、主に生物の細胞が作り出す天然の高分子であり、生体高分子である。生体高分子は、モノマー単位が共有結合して構成された大きな分子である。構成するモノマーと形成される生体高分子の構造によって、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、および多糖の3つの主要なクラスに分類される。RNAやDNAなどのポリヌクレオチドは、13個以上のヌクレオチドモノマーで構成される長い高分子である。ポリペプチドはアミノ酸の重合体であり、インスリンなどの小さな分子からコラーゲン、アクチン、フィブリノーゲンなど大きなタンパク質まで多様である。多糖は直鎖状または分岐状の高分子炭水化物のことで、たとえばデンプン、セルロース、アルギン酸が含まれる。生体高分子の別の例としては、天然ゴム(イソプレンの高分子)、スベリンとリグニン(ポリフェノールの複合高分子)、クチンやクタン(長鎖脂肪酸の複合高分子)、メラニンなどがある。 Biological raw materials are primarily natural polymers produced by the cells of living organisms, known as biopolymers. Biopolymers are large molecules composed of covalently linked monomer units. They are classified into three main classes: polynucleotides, polypeptides, and polysaccharides, based on the constituent monomers and the structure of the resulting biopolymer. Polynucleotides, such as RNA and DNA, are long polymers composed of 13 or more nucleotide monomers. Polypeptides are polymers of amino acids and range from small molecules such as insulin to large proteins such as collagen, actin, and fibrinogen. Polysaccharides are linear or branched polymeric carbohydrates, including starch, cellulose, and alginic acid. Other examples of biopolymers include natural rubber (a polymer of isoprene), suberin and lignin (complex polymers of polyphenols), cutin and cutan (complex polymers of long-chain fatty acids), and melanin.
これら生物由来原料は、生物に由来する生体高分子であるため、ウイルス等病原体感染のリスクを有している。このため、ヒト血漿からタンパク質が精製されて使用される血漿分画製剤や、ウシ血清等を添加して培養発現された生体高分子を有効成分とする生物学的製剤においては、原料由来または製造工程由来のウイルス等の感染性因子の混入が懸念され、製造過程においてウイルスを不活化または除去する工程、すなわちウイルス不活化・除去工程がその安全性の観点から非常に重要である。またウイルス不活化・除去の対象となる感染性因子はウイルスに限定されない。タンパク質性の感染性因子プリオンの伝播によるクロイツフェルトヤコブ病などの例も知られている。以上のように、生物由来の高分子溶液は種々のウイルス等の感染性因子を含む可能性がある。したがって、これらを原料とした製品の製造に際しては、ウイルス等を十分に不活化・除去する工程を組み込むことが必須である。 These biological raw materials are biopolymers derived from living organisms, and therefore carry the risk of infection with pathogens such as viruses. For this reason, in plasma fraction preparations in which proteins are purified from human plasma and used, and biological preparations in which biopolymers cultured and expressed with the addition of bovine serum, etc., are used as active ingredients, there is concern about contamination with infectious factors such as viruses derived from the raw materials or the manufacturing process, and a process for inactivating or removing viruses during the manufacturing process, i.e., a virus inactivation/removal process, is very important from the perspective of safety. In addition, infectious factors that are the subject of virus inactivation/removal are not limited to viruses. Examples include Creutzfeldt-Jakob disease caused by the transmission of proteinaceous infectious factors prions. As described above, biological polymer solutions may contain various infectious factors such as viruses. Therefore, when manufacturing products using these raw materials, it is essential to incorporate a process for sufficiently inactivating and removing viruses, etc.
これらウイルスを不活化する方法としては、熱処理法、有機溶媒/界面活性剤処理(S/D処理)法、化学物質処理法、pH処理法、照射法、光増感剤+UV処理法がある(非特許文献2:バイオ医薬品ハンドブック第4版、2020年、株式会社じほう)。しかし、これらいずれの方法も一長一短があり、単独の方法での各種ウイルスの完全不活化または完全除去は難しく、またこれらの方法では製品中の生体高分子そのものを変質させる可能性もある。ゆえに、複数のウイルス不活化・除去の方法を組み合わせて用いることが有効であると考えられている。 Methods for inactivating these viruses include heat treatment, organic solvent/surfactant treatment (S/D treatment), chemical treatment, pH treatment, irradiation, and photosensitizer + UV treatment (Non-Patent Document 2: Biopharmaceutical Handbook, 4th Edition, 2020, Jiho Co., Ltd.). However, each of these methods has its advantages and disadvantages, and it is difficult to completely inactivate or completely remove various viruses using a single method, and these methods may also alter the biopolymers themselves in the product. Therefore, it is considered effective to use a combination of multiple virus inactivation and removal methods.
これらウイルスを除去する方法は、生体高分子の化学的な変質を伴わずに物理的にウイルスを除去するものであり、沈殿法、クロマトグラフィー法、ろ過法によるウイルスの除去/分離方法がある(非特許文献2:バイオ医薬品ハンドブック第4版、2020年、株式会社じほう)。この中で、近年最も堅牢なウイルス除去技術とされているのが、ウイルス除去膜によるろ過法である。ウイルス除去膜は、ろ過膜の素材として、セルロースのような天然素材よりなる膜、あるいはポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリスルホン(PSU)またはポリエチレン(PE)のような合成高分子素材よりなる膜が知られている。 These virus removal methods physically remove viruses without chemically altering biopolymers, and include virus removal/separation methods using precipitation, chromatography, and filtration (Non-Patent Document 2: Biopharmaceutical Handbook, 4th Edition, 2020, Jiho Co., Ltd.). Among these, the filtration method using a virus removal membrane has been considered the most robust virus removal technology in recent years. Known virus removal membranes are made of natural materials such as cellulose, or synthetic polymer materials such as polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethersulfone (PES), polysulfone (PSU), or polyethylene (PE).
ウイルス除去膜によるろ過法では、生体高分子溶液中の生体高分子の分子量が小さい場合、ウイルスは透過できないが、その生体高分子は透過できるようなサイズの孔径を有するウイルス除去膜が用いられる。ウイルス除去膜ろ過は、除去膜の孔径よりも大きなサイズを有するウイルス等病原体を製造工程で製品から排除するものである。しかしながら、生体高分子溶液からの膜によるウイルス等の病原体除去における大きな問題の一つは、ウイルス除去膜が目詰まりを起こして、ろ過が困難になるか、不能になる点である。ウイルス除去膜の孔径はメーカーや規格毎に異なり、10~70nmの大きさを有する。一方、ろ過において除去膜の孔を通液させたい生体高分子の例として、タンパク質を対象とする場合は、その分子量は10~数1000kDaであり、生体高分子の大きさとしてはウイルス除去膜の孔径と同レベルにある。ウイルス除去膜の孔径は小さければ小さい程より小さいウイルスまでを捕捉して除去できるため、ウイルス除去工程方法としての期待される効果は大であるが、通過させる生体高分子の大きさ次第では、生体高分子とウイルスとの分離は不可能となる。したがって、生体高分子溶液のウイルス除去膜ろ過においては、通過させたい生体高分子の大きさを考慮して、使用する除去膜の孔径を選択する必要がある。また、適切な孔径の除去膜を選定したとしても、その目的とする生体高分子溶液中に存在する微量の凝集体や夾雑する別の生体高分子がウイルス除去膜の孔を通過できずに孔を塞いでしまい、ウイルス除去膜の目詰まり、ひいてはろ過の障害を引き起こす。特に、小孔径(10~20nm)のウイルス除去膜のろ過においては、孔を通過できる生体高分子の大きさは小さくなり、ろ過液中に含まれる生体高分子の種類と量次第では、この目詰まり防止が課題となる。 In the virus removal membrane filtration method, when the molecular weight of the biopolymer in the biopolymer solution is small, the virus cannot pass through, but a virus removal membrane with a pore size that allows the biopolymer to pass through is used. Virus removal membrane filtration is a method of removing pathogens such as viruses that are larger than the pore size of the removal membrane from the product during the manufacturing process. However, one of the major problems in removing pathogens such as viruses from a biopolymer solution using a membrane is that the virus removal membrane becomes clogged, making filtration difficult or impossible. The pore size of the virus removal membrane varies depending on the manufacturer and standard, and is 10 to 70 nm. On the other hand, when a protein is used as an example of a biopolymer that is desired to pass through the pores of the removal membrane in filtration, the molecular weight of the protein is 10 to several thousand kDa, and the size of the biopolymer is at the same level as the pore size of the virus removal membrane. The smaller the pore size of the virus removal membrane, the smaller the viruses that can be captured and removed, so the greater the expected effect of the virus removal process method. However, depending on the size of the biopolymers to be passed, it may be impossible to separate the biopolymers from the viruses. Therefore, in the virus removal membrane filtration of a biopolymer solution, it is necessary to select the pore size of the removal membrane to be used, taking into consideration the size of the biopolymers to be passed. Even if a removal membrane with an appropriate pore size is selected, trace amounts of aggregates and other contaminating biopolymers present in the target biopolymer solution cannot pass through the pores of the virus removal membrane and block the pores, causing clogging of the virus removal membrane and ultimately filtration problems. In particular, in filtration with a virus removal membrane with a small pore size (10 to 20 nm), the size of the biopolymers that can pass through the pores becomes small, and preventing this clogging becomes an issue depending on the type and amount of biopolymers contained in the filtrate.
ウイルス除去膜を装填したウイルス除去フィルター装置によるウイルス含有溶液のろ過は、短時間でより多くの量の生体高分子溶液をろ過でき、かつ十分に高いウイルス除去性能を発揮できることが望ましい。短時間でより多くの量の生体高分子溶液を処理するためには、一般にウイルス含有溶液のろ過をできるかぎり高流速下または高圧力下で行うことになる。このような高圧力下でのろ過を続けると、膜の内部にろ液に含まれるべき生体高分子が残留して除去膜細孔の閉塞に向かう場合がある。また、近年では生体高分子の一種であるタンパク質性の製品である、タンパク質を有効成分とした医薬品中のタンパク質濃度は高くなる傾向にあり、それに伴いウイルスを除去するためのウイルス除去膜ろ過工程においてはウイルス除去膜ろ過に供するタンパク質の濃度を高くする方が製造工程上は有利である。高濃度のタンパク質溶液を小孔径ウイルス除去膜でろ過する場合、特に膜の内部へのタンパク質残留によるウイルス除去膜の目詰まりの発生が顕著となるため、高い圧力でのろ過は不都合となる場合がある。 It is desirable that the filtration of a virus-containing solution using a virus removal filter device equipped with a virus removal membrane can filter a large amount of biopolymer solution in a short time and can exhibit sufficiently high virus removal performance. In order to process a large amount of biopolymer solution in a short time, the filtration of the virus-containing solution is generally performed at a high flow rate or high pressure as much as possible. If filtration is continued under such high pressure, biopolymers that should be contained in the filtrate may remain inside the membrane and lead to clogging of the removal membrane pores. In addition, in recent years, the protein concentration in pharmaceuticals that contain proteins as active ingredients, which are proteinaceous products that are a type of biopolymer, has tended to increase, and therefore in the virus removal membrane filtration process for removing viruses, it is advantageous in the manufacturing process to increase the concentration of proteins to be used in the virus removal membrane filtration. When a high-concentration protein solution is filtered through a small-pore virus removal membrane, clogging of the virus removal membrane due to protein residues inside the membrane is particularly noticeable, so filtration at high pressure may be inconvenient.
近年最も堅牢な技術と位置付けられているこのウイルス除去膜ろ過において、極端な圧力条件がウイルス除去膜ろ過後のウイルスの検出性、すなわち、ウイルスの漏出に影響を与えうる例が報告されている。上述のように、ウイルス除去膜ろ過における膜間差圧(TMP)が高い場合はウイルス除去膜ろ過におけるワーストケースの一つとして例示されている(非特許文献2:バイオ医薬品ハンドブック第4版、2020年、株式会社じほう)。 In recent years, virus removal membrane filtration has been positioned as the most robust technology, but there have been reported cases where extreme pressure conditions can affect the detectability of viruses after virus removal membrane filtration, i.e., virus leakage. As mentioned above, high transmembrane pressure (TMP) in virus removal membrane filtration is exemplified as one of the worst cases in virus removal membrane filtration (Non-Patent Document 2: Biopharmaceuticals Handbook, 4th Edition, 2020, Jiho Co., Ltd.).
別の知見として、このTMPが低い場合や一時的な圧力開放に続く再加圧直後のろ液に、一過性にウイルス粒子が検出されることが、特に小型のパルボウイルスやバクテリオファージを負荷したろ過実験系で観察されることが示されている。この現象の原因はろ過液流によりブラウン運動が抑制されウイルス除去膜内に捕捉されていたウイルス粒子が、圧力がなくなることでブラウン運動を再開してウイルス除去膜壁から離れ、次の加圧時に粒子径より大きな穴を通り膜外部に流れ出るためと考えられている。本現象は特定のウイルス除去膜に特有の現象ではなく、一般的なものである。(非特許文献2:バイオ医薬品ハンドブック第4版、2020年、株式会社じほう) Another finding is that when the TMP is low or immediately after repressurization following a temporary pressure release, virus particles are transiently detected in the filtrate, particularly in filtration experimental systems loaded with small parvoviruses or bacteriophages. This phenomenon is thought to be caused by the Brownian motion suppressed by the filtrate flow, and virus particles trapped in the virus removal membrane resume Brownian motion when the pressure is removed, detaching from the virus removal membrane wall and flowing out of the membrane through holes larger than the particle diameter at the next pressurization. This phenomenon is not specific to a particular virus removal membrane, but is common. (Non-patent Document 2: Biopharmaceutical Handbook, 4th Edition, 2020, Jiho Co., Ltd.)
さらに別の知見として、マウス微小ウイルス(MVM)のような非エンベロープウイルスを一例とする小径ウイルスまたは小径ウイルス様粒子は、ウイルス除去膜への負荷量が多くなるとウイルス除去膜は目詰まりすることなく、当該ウイルスを漏出しうることが報告されている(非特許文献3:Kayukawa T, Yanagibashi A, Hongo-Hirasaki T, Yanagida K. Particle-based analysis elucidates the real retention capacities of virus filters and enables optimal virus clearance study design with evaluation systems of diverse virological characteristics. Biotechnol Prog. 2022 Mar;38(2):e3237.)。 Another finding is that small viruses or small virus-like particles, such as non-enveloped viruses such as minute virus of mice (MVM), can leak out of the virus removal membrane without clogging it when the load on the membrane increases (Non-Patent Document 3: Kayukawa T, Yanagibashi A, Hongo-Hirasaki T, Yanagida K. Particle-based analysis elucidates the real retention capacities of virus filters and enables optimal virus clearance study design with evaluation systems). of diverse virological characteristics. Biotechnol Prog. 2022 Mar;38(2):e3237. ).
したがって、ウイルスと同程度の大きさの分子がウイルス除去膜によってろ過される生体高分子試料溶液中にどれだけ存在するかにより、小径ウイルスの漏出に影響することが考えられる。ゆえに、このウイルスと同程度の大きさの分子はウイルスに限定されるものでなく、生体高分子やその凝集物、あるいはその他の種類の生体高分子の共存とその量がウイルスの漏出に影響する可能性がある。 Therefore, it is thought that the leakage of small viruses is affected by the amount of molecules of similar size to viruses present in the biopolymer sample solution filtered by the virus removal membrane. Therefore, molecules of similar size to viruses are not limited to viruses, and the coexistence and amount of biopolymers or their aggregates, or other types of biopolymers, may affect the leakage of viruses.
そのため、ウイルス除去膜によるろ過は、ろ過する生体高分子の大きさ、特性および供試量並びに夾雑しうる感染性物質の大きさ、特性および存在量等を踏まえた事前の適正なウイルス除去膜ろ過の条件設定が必要である。 Therefore, when filtering using a virus removal membrane, it is necessary to set appropriate virus removal membrane filtration conditions in advance, taking into account the size, characteristics, and sample amount of the biopolymer to be filtered, as well as the size, characteristics, and amount of infectious substances that may be contaminating.
ウイルス除去膜ろ過工程によるウイルス除去能への影響は、実際の工程を模したウイルスクリアランス試験を行うことで予想可能である。 The impact of the virus removal membrane filtration process on virus removal ability can be predicted by conducting a virus clearance test that mimics the actual process.
ウイルスクリアランス試験は、例えばバイオテクノロジーを応用した医薬品の安全性を管理するためにプロセス開発時や医薬品の承認申請時に必要なウイルス不活化・除去能力を評価する試験であり、「ヒト又は動物細胞株を用いて製造されるバイオテクノロジー応用医薬品のウイルス安全性評価(ICH-Q5A)」(非特許文献4)に示されているように、ウイルス不活化・除去工程におけるウイルスの不活化・除去能力を製造システムのスケールダウン系において定量的に評価するものである。 Virus clearance tests are tests to evaluate the virus inactivation and removal capabilities required for managing the safety of, for example, biotechnology-based pharmaceuticals during process development and drug approval applications. As indicated in "Virus Safety Assessment of Biotechnology-Based Pharmaceuticals Produced Using Human or Animal Cell Lines (ICH-Q5A)" (Non-Patent Document 4), the virus inactivation and removal capabilities during the virus inactivation and removal process are quantitatively evaluated in a scaled-down production system.
また、日本においては、血漿分画製剤に対して「血漿分画製剤のウイルスに対する安全性確保に関するガイドライン」(非特許文献5)があり、原料血漿に存在する可能性のある既知のウイルスおよび未知のウイルスを、製造工程で効果的に除去および不活化できることを検証または推測するためにウイルス・プロセスバリデーション試験と称するウイルクリアランス試験が求められている。 In addition, in Japan, there is the "Guideline for Ensuring the Viral Safety of Plasma Fraction Preparations" (Non-Patent Document 5) for plasma fraction preparations, which requires a virus clearance test called a virus process validation test to verify or predict that known and unknown viruses that may be present in the raw plasma can be effectively removed and inactivated during the manufacturing process.
ウイルス不活化・除去工程のウイルスクリアランス試験により得られるウイルスクリアランス指数は、ウイルス不活化・除去工程によるウイルス減少値を一般的には対数値で表示される。例えば、「血漿分画製剤のウイルスに対する安全性確保に関するガイドライン」(非特許文献5)において、ウイルスクリアランス指数Rは次式で示される。
R=log((V1×T1)/(V2×T2))
ここで、Rは対数で表される減少度、V1は工程処理前の試料の容量、T1は工程処理前の試料のウイルス力価、V2は工程処理後の試料の容量、T2は工程処理後の試料のウイルス力価である。
対数除去率であるウイルスクリアランス指数は、RF(リダクションファクター)やLRV(log reduction value、対数減少値)とも称される。
本明細書において、ウイルスクリアランス指数は数値で示すが、原文からの引用では数字とlogを合わせた表記(例えば、「4log」)を用いることがある。
The virus clearance index obtained by the virus clearance test in the virus inactivation/removal step is generally expressed as a logarithmic value of the virus reduction value in the virus inactivation/removal step. For example, in the "Guidelines for Ensuring the Safety of Plasma Fraction Preparations Against Viruses" (Non-Patent Document 5), the virus clearance index R is expressed by the following formula:
R = log ((V1 x T1) / (V2 x T2))
where R is the logarithmic reduction, V1 is the volume of the sample before the process, T1 is the viral titer of the sample before the process, V2 is the volume of the sample after the process, and T2 is the viral titer of the sample after the process.
The virus clearance index, which is the logarithmic removal rate, is also called RF (reduction factor) or LRV (log reduction value).
In this specification, the viral clearance factor is expressed as a numerical value, but when citing the original text, a notation combining the number and log (e.g., "4 log") may be used.
この「血漿分画製剤のウイルスに対する安全性確保に関するガイドライン」の改正案(非特許文献6)には、「頑健性の高い工程」として、4log以上のウイルスクリアランス能のあるウイルス不活化・除去工程を想定し、非常に高いウイルスクリアランス能のある工程を意味する目標値であることがその「用語」の項に記載されている。また、非特許文献7(小田昌宏、寺野剛、岡村元義、川俣治、新井健史、小澤貞雄、小杉公彦、洪苑起、高橋英晴、築山美奈、佐藤哲男、大場徹也、ウイルスクリアランス試験の課題と事例検討―総ウイルスクリアランス指数(LRV)をどこまで追求するかー、PDA Journal of GMP and Validation in Japan、2005 7(1):44-54)には2005年の時点において、「目標値としての達成すべきLRVを4程度」と示されており、ウイルス不活化・除去の一工程におけるウイルスクリアランス指数の目標値としては長年にわたってコンセンサスが得られているものと考えられる。 The revised version of the "Guidelines for Ensuring the Viral Safety of Plasma Fraction Preparations" (Non-Patent Document 6) envisages a virus inactivation/removal process with a virus clearance capacity of 4 log or more as a "highly robust process," and states in the "Terminology" section that this target value means a process with extremely high virus clearance capacity. In addition, Non-Patent Document 7 (Masahiro Oda, Tsuyoshi Terano, Motoyoshi Okamura, Osamu Kawamata, Takeshi Arai, Sadao Ozawa, Kimihiko Kosugi, Yuanqi Hong, Hideharu Takahashi, Mina Tsukiyama, Tetsuo Sato, Tetsuya Oba, Issues and Case Studies of Viral Clearance Tests - How Far Should the Total Viral Clearance Value (LRV) Be Pursued?, PDA Journal of GMP and Validation in Japan, 2005 7(1):44-54) states that as of 2005, "the target value to be achieved is approximately 4 for the LRV," and it is believed that a consensus has been reached for many years as to the target value for the viral clearance value in one process of virus inactivation and removal.
ウイルス除去膜の中で、非エンベロープウイルスのような小径ウイルスまでを除去対象としたウイルス除去フィルターとしては、例えば、プラノバ(商標)15N(旭化成)、プラノバ(商標)20N(旭化成)、プラノバ(商標)Bio-EX(旭化成)、ウルチポアVF-DV20(ポール)、バイアソルブNFP(ミリポア)等の製品名で市販されている。ウイルス除去フィルターの型としては中空糸型やプリーツ型、平膜型などがある。 Among the virus removal membranes, virus removal filters that are designed to remove even small viruses such as non-enveloped viruses are commercially available under product names such as Planova (trademark) 15N (Asahi Kasei), Planova (trademark) 20N (Asahi Kasei), Planova (trademark) Bio-EX (Asahi Kasei), Ultipore VF-DV20 (Pall), and Viresolve NFP (Millipore). Virus removal filters come in a variety of types, including hollow fiber, pleated, and flat membrane types.
このうち、中空糸膜フィルターとして市販されているプラノバ(商標)では、タンパク質溶液がこの中空糸内部に導入され、大きな空洞状のボイド孔や細長いキャピラリー孔が三次元的に結合した網目状の構造をした膜中を通過してろ過される。中空糸の膜厚が数十マイクロメーターの重層した孔構造を有し、ウイルスは膜内で段階的に効率よく捕捉・除去されるが、タンパク質は吸着や失活を最小限に抑えたまま膜を通過することが説明されている。そして、フィルターカートリッジ容器の基本構造は変わらず、サイズによって中空糸の本数が増減されるだけなので、開発段階の実験から製造まで安定したスケールアップが可能とされる。(プラノバフィルターカタログ、旭化成メディカル株式会社バイオプロセス事業部、TAE31002J-4.1:非特許文献8) Among these, Planova (trademark), which is commercially available as a hollow fiber membrane filter, introduces a protein solution into the hollow fiber and filters it through a membrane with a mesh-like structure in which large hollow void holes and long, thin capillary holes are three-dimensionally connected. It is explained that the membrane of the hollow fiber has a layered pore structure of several tens of micrometers, and viruses are efficiently captured and removed in stages within the membrane, while proteins pass through the membrane with minimal adsorption or deactivation. The basic structure of the filter cartridge container remains the same, and only the number of hollow fibers is increased or decreased depending on the size, making it possible to steadily scale up from experiments in the development stage to production. (Planova Filter Catalog, Asahi Kasei Medical Co., Ltd. Bioprocess Division, TAE31002J-4.1: Non-Patent Document 8)
ウイルス除去膜であるプラノバ(商標)のウイルスクリアランス指数はウイルス粒子の大きさに比例して高くなる。小径の非エンベロープウイルスの一つとして知られているPPV(ブタパルボウイルス、サイズ18~24nm)のウイルスクリアランス指数は、プラノバ(商標)35N(平均孔径35±2nm)では1.0未満であるが、プラノバ(商標)20N(平均孔径19±2nm)やプラノバ(商標)15N(平均孔径15±2nm)では4.0以上である。これは、このウイルス除去膜ろ過が吸着などの物理化学的な性質に左右されず、サイズ排除(大きさによる篩い分け)のろ過原理によってウイルスを除去分離するためであることが示されている。さらに、ウイルスの大きさがウイルス除去膜の孔の条件を満たす限り、未知のウイルスが混入していようとも除去することが可能であることが示されている。(プラノバフィルターカタログ、旭化成メディカル株式会社バイオプロセス事業部、TAE31002J-4.1:非特許文献8)
そして、ウイルス除去膜の価格は一般的に孔径の大きさに反比例して高くなっている。
The virus clearance index of Planova™, a virus removal membrane, increases in proportion to the size of the virus particle. The virus clearance index of PPV (porcine parvovirus, size 18-24 nm), which is known as one of the small diameter non-enveloped viruses, is less than 1.0 for Planova™ 35N (average pore size 35±2 nm), but is 4.0 or more for Planova™ 20N (average pore size 19±2 nm) and Planova™ 15N (
Furthermore, the price of virus removal membranes generally increases inversely proportional to the pore size.
非特許文献9(モダンメディア.2013 59(9):231-237)には、孔径15nmのウイルス除去膜を用いたプリオンタンパク質溶液のろ過により、微粒子となった異常型プリオンタンパク質に対して、一定の除去効果(3.5log以上のクリアランス指数)を発揮し、感染リスクの低減に有用であることが示されている。 Non-Patent Document 9 (Modern Media. 2013 59(9):231-237) shows that filtering a prion protein solution using a virus removal membrane with a pore size of 15 nm has a certain degree of removal effect (clearance index of 3.5 log or more) on abnormal prion protein particles, and is useful for reducing the risk of infection.
したがって、生体高分子溶液のウイルス除去膜ろ過においては、その生体高分子のろ過性を確認しつつ、できるだけ孔径の小さいウイルス除去膜でろ過することがパルボウイルスのような既知の非エンベロープウイルスのような小径ウイルスの除去のみならず、未知のウイルス等の病原体除去の観点からも有用と考えられる。 Therefore, when filtering a biopolymer solution using a virus removal membrane, it is considered useful to filter the solution using a virus removal membrane with as small a pore size as possible while checking the filterability of the biopolymer, not only for removing small viruses such as known non-enveloped viruses like parvovirus, but also for removing pathogens such as unknown viruses.
生体高分子の一種である血清アルブミンは分子量6.6万Daのタンパク質で、585個のアミノ酸からなる分子である。血清アルブミンは全タンパク質中の約6割を占める血漿中に最も多く含まれるタンパク質であって、生体内では肝臓で合成される。そして、血液中で血漿膠質浸透圧の維持、毒物の中和や酸塩基平衡の維持に関与しており、また多くの薬物や化合物と非特異的に結合し、それらを運搬する役割を担う。上記アルブミンを製剤化したアルブミン製剤は、火傷、ネフローゼ症候群等によるアルブミン喪失およびアルブミン合成能低下による低アルブミン血症、出血性ショックなどの治療に用いられている。アルブミン製剤は、タンパク質濃度が4.4~25%という高濃度のタンパク質製剤である。また、製剤1本あたりの容量も20~250mLと大量であり、その製造においては大容量かつ大量のタンパク質を短時間で処理することが求められる。 Serum albumin, a type of biopolymer, is a protein with a molecular weight of 66,000 Da and is a molecule consisting of 585 amino acids. Serum albumin is the protein most abundant in plasma, which accounts for approximately 60% of all proteins, and is synthesized in the liver in the body. It is involved in maintaining plasma colloid osmotic pressure in blood, neutralizing toxic substances, and maintaining acid-base balance, and also plays a role in transporting many drugs and compounds by nonspecifically binding to them. Albumin preparations made from the above albumin are used to treat hypoalbuminemia and hemorrhagic shock caused by albumin loss due to burns and nephrotic syndrome, and reduced ability to synthesize albumin. Albumin preparations are highly concentrated protein preparations with a protein concentration of 4.4 to 25%. In addition, the volume of each preparation is large, at 20 to 250 mL, and their production requires the processing of a large volume and a large amount of protein in a short period of time.
アルブミン製剤の製造工程は他の血漿タンパク質製剤に比べて、処理すベきタンパク質量が膨大であることから、ウイルス除去膜ろ過を導入する場合には、製造工程中のどの工程段階でろ過するか、いかなる組成、性状のアルブミン含有水溶液をろ過するかがウイルス除去膜導入のポイントとして考慮され得る。また、ウイルス除去膜の使用数量、ろ過面積およびそれに要するコストの面も条件設定のポイントとして挙げられる。つまり、ウイルス除去膜ろ過工程導入にあたっては、高価なウイルス除去膜の使用数量をできるだけ少なく抑えることができる条件を見出すことが、工業的な応用には重要である。通常、アルブミン製剤の製造工程で導入されるウイルス除去膜の孔径は、その分子量の大きさに基づくろ過性から、約15nmまたは約20nmである。 Compared to other plasma protein preparations, the production process of albumin preparations requires a huge amount of protein to be processed, so when introducing virus removal membrane filtration, the key points to consider when introducing virus removal membrane filtration are at which stage of the production process the filtration is performed and what composition and properties of the albumin-containing aqueous solution is to be filtered. In addition, the number of virus removal membranes used, the filtration area, and the costs required for them are also key points to set. In other words, when introducing a virus removal membrane filtration process, it is important for industrial application to find conditions that allow the amount of expensive virus removal membranes used to be kept as low as possible. Typically, the pore size of the virus removal membrane introduced in the production process of albumin preparations is about 15 nm or about 20 nm, based on the filtration ability based on the molecular weight of the membrane.
アルブミン製剤のウイルス除去膜ろ過に関しては、いくつかの報告がある。特許文献1(特開平06-279296)では、ヒト血清アルブミンを15nm、35nm、40nm、75nmの4種ウイルス除去膜でろ過した例が記載されている。また、特許文献2(WO2004/089402)では、ヒト血清アルブミン含有水溶液を15nmのウイルス除去膜でろ過する前に、陰イオン交換体およびプレフィルターにより処理することから成る前処理に関する報告がある。さらに、特許文献3(特表2007-535495)では、15g/L~80g/Lの濃度および9~11.5の範囲のpHを有するアルブミン水溶液を15℃~55℃の温度範囲におけるウイルス除去膜に供する工程を含むアルブミンを精製するための方法が開示されている。その実施例2には、ウイルス除去膜として、孔径15nmのフィルターを用い、膜面積当たりのろ過量が0.5および1kg/m2のろ過例が示されている。次に、実施例3および実施例4では膜面積当たりの同ろ過量が4kg/m2のろ過例が示されている。さらに、実施例5および実施例6では最大の膜面積当たりのろ過量として8kg/m2のろ過例が示されている。このようなアルブミン製剤におけるウイルス除去膜ろ過において、孔径15nmのウイルス除去膜ろ過にプレフィルターを設けることも試みられている。しかしながら、孔径20nm以下のフィルターをプレフィルターのように使用した例はない。 There are several reports on virus removal membrane filtration of albumin preparations. Patent Document 1 (JP Patent Publication 06-279296) describes an example of filtering human serum albumin with four types of virus removal membranes of 15 nm, 35 nm, 40 nm, and 75 nm. Patent Document 2 (WO2004/089402) also reports a pretreatment consisting of treating an aqueous solution containing human serum albumin with an anion exchanger and a prefilter before filtering it with a 15 nm virus removal membrane. Furthermore, Patent Document 3 (JP2007-535495) discloses a method for purifying albumin, which includes a step of subjecting an aqueous albumin solution having a concentration of 15 g/L to 80 g/L and a pH in the range of 9 to 11.5 to a virus removal membrane at a temperature range of 15°C to 55°C. Example 2 shows a filtration example in which a filter with a pore size of 15 nm is used as the virus removal membrane, and the filtration amount per membrane area is 0.5 and 1 kg/ m2 . Next, in Examples 3 and 4, filtration examples with a filtration amount per membrane area of 4 kg/ m2 are shown. Furthermore, in Examples 5 and 6, filtration examples with a maximum filtration amount per membrane area of 8 kg/ m2 are shown. In such virus removal membrane filtration for albumin preparations, attempts have been made to provide a prefilter for virus removal membrane filtration with a pore size of 15 nm. However, there have been no examples of using a filter with a pore size of 20 nm or less as a prefilter.
他方で、非特許文献10(Biologicals.2012.40(6):473-481)では、タンパク質であるホロトランスフェリンのウイルス除去膜ろ過において、孔径15nmまたは孔径20nmをそれぞれ単独で使用、あるいは、孔径15nmまたは孔径20nmをそれぞれ膜面積比を変えて連結した場合のウイルスクリアランス指数が示されており、同孔径のフィルターを連結してろ過することによってウイルスクリアランス指数が増加する例が示されている。また、タンパク質アポトランスフェリンやC1-インヒビターを連結したウイルス除去膜フィルターによってろ過した例も示されている。さらに、タンパク質プロトロンビン複合体濃縮(PCC)製剤では、イヌパルボウイルス(CPV,18-26nm)を用いた孔径15nmまたは孔径20nmのウイルス除去膜を連結した例も示されている。しかしながら、そのフィルター膜面積当たりの負荷量は明らかではないが、使用した孔径15nmまたは孔径20nmのウイルス除去膜は、膜面積が0.001m2または0.01m2と示されており、PCC製剤は20g/Lを200mLまたは40g/Lを100mLろ過している。したがって、これらのフィルター膜面積当たりのタンパク質負荷量は、最大4kg/m2と見積もることができる。 On the other hand, Non-Patent Document 10 (Biologicals. 2012.40(6):473-481) shows the virus clearance index in the virus removal membrane filtration of the protein holotransferrin when a pore size of 15 nm or a pore size of 20 nm is used alone, or when a pore size of 15 nm or a pore size of 20 nm is connected with a different membrane area ratio, and shows an example in which the virus clearance index is increased by connecting filters of the same pore size for filtration. Also shown is an example of filtration using a virus removal membrane filter connected with the protein apotransferrin or C1-inhibitor. Furthermore, in the case of a protein prothrombin complex concentrate (PCC) preparation, an example is shown in which a virus removal membrane with a pore size of 15 nm or a pore size of 20 nm is connected using canine parvovirus (CPV, 18-26 nm). However, although the loading amount per filter membrane area is not clear, the virus removal membranes with pore sizes of 15 nm and 20 nm used have membrane areas of 0.001 m2 and 0.01 m2 , respectively, and 200 mL of 20 g/L or 100 mL of 40 g/L of PCC formulation are filtered. Therefore, the protein loading amount per filter membrane area can be estimated to be a maximum of 4 kg/ m2 .
このように生体高分子を孔径15nmのウイルス除去膜でろ過する先行例はあるものの、十分な生体高分子の負荷量と小径ウイルスの除去能を達成するには、なお課題が存在していた。 Although there are previous examples of filtering biopolymers using a virus removal membrane with a pore size of 15 nm, there are still challenges to be overcome in achieving a sufficient biopolymer loading amount and the ability to remove small viruses.
本発明は、生体高分子溶液を15nmウイルス除去膜でろ過する際に、効率よくウイルス除去膜でろ過する方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a method for efficiently filtering a biopolymer solution through a 15 nm virus removal membrane.
本発明者等は、上記の目的を達成するために検討を重ねた結果、生体高分子溶液を孔径約20nmのウイルス除去フィルターで処理する工程と、得られたろ液を孔径約15nmのウイルス除去フィルターで処理する工程を含む、生体高分子のろ過方法であって、ここで該生体高分子のろ過量が孔径約20nmまたは孔径約15nmのフィルター膜面積当たり20kg/m2以上である、ろ過方法を見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of extensive investigations to achieve the above-mentioned object, the inventors have discovered a method for filtering biopolymers, comprising the steps of treating a biopolymer solution with a virus removal filter having a pore size of about 20 nm and treating the obtained filtrate with a virus removal filter having a pore size of about 15 nm, in which the amount of filtered biopolymer is 20 kg/ m2 or more per filter membrane area with a pore size of about 20 nm or about 15 nm, and have completed the present invention.
したがって、本発明には以下の発明が含まれる:
[1]
生体高分子溶液を孔径約20nmのウイルス除去フィルターで処理する工程と、得られたろ液を孔径約15nmのウイルス除去フィルターで処理する工程を含む、生体高分子のろ過方法であって、ここで該生体高分子のろ過量が孔径約20nmまたは孔径約15nmのフィルター膜面積当たり20kg/m2以上である、ろ過方法。
[2]
前記生体高分子がタンパク質である、[1]に記載のろ過方法。
[3]
前記タンパク質がヒト血清アルブミンである、[2]に記載のろ過方法。
[4]
ウイルスのクリアランス指数が3.5またはそれ以上である、[1]に記載のろ過方法。
[5]
生体高分子のろ過量が孔径約20nmまたは孔径約15nmフィルター膜面積当たり40kg/m2以上、または60kg/m2以上である、[1]に記載のろ過方法。
[6]
生体高分子溶液を孔径約20nmのウイルス除去フィルターで処理する工程と、得られたろ液を孔径約15nmのウイルス除去フィルターで処理する工程を含む、生体高分子をろ過する工程、および得られた生体高分子を製剤化する工程を含み、ここで該生体高分子のろ過量が孔径約20nmまたは孔径約15nmのフィルター膜面積当たり20kg/m2以上である、生体高分子を含む製剤の製造方法。
Therefore, the present invention includes the following:
[1]
A method for filtering biopolymers, comprising the steps of treating a biopolymer solution with a virus removal filter having a pore size of about 20 nm, and treating the obtained filtrate with a virus removal filter having a pore size of about 15 nm, wherein the amount of the biopolymer filtered is 20 kg/m2 or more per filter membrane area having a pore size of about 20 nm or a pore size of about 15 nm.
[2]
The filtration method according to [1], wherein the biopolymer is a protein.
[3]
The filtration method according to [2], wherein the protein is human serum albumin.
[4]
The filtration method described in [1], wherein the virus clearance index is 3.5 or more.
[5]
The filtration method according to [1], wherein the amount of biopolymers filtered is 40 kg/ m2 or more, or 60 kg/ m2 or more per filter membrane area having a pore size of about 20 nm or a pore size of about 15 nm.
[6]
A method for producing a formulation containing a biopolymer, comprising: a step of filtering the biopolymer, the step of filtering the biopolymer, the step of filtering the obtained filtrate, the step of filtering the biopolymer, the step of filtering the obtained filtrate, the step of formulating the obtained biopolymer, wherein the amount of the biopolymer filtered is 20 kg/m2 or more per filter membrane area having a pore size of about 20 nm or a pore size of about 15 nm.
本発明によれば、生体高分子溶液を孔径約15nmのウイルス除去フィルターでろ過する際に、効率よくウイルス除去膜でろ過する方法を提供できる。 The present invention provides a method for efficiently filtering a biopolymer solution through a virus removal membrane when filtering the solution through a virus removal filter with a pore size of approximately 15 nm.
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 The following describes in detail preferred embodiments of the present invention. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
1つの態様において、本発明は、生体高分子溶液を孔径約20nmのウイルス除去膜で処理する工程と、得られたろ液を孔径約15nmのウイルス除去膜で処理する工程を含む、生体高分子のろ過方法であって、ここで該生体高分子のろ過量が孔径約20nmまたは孔径約15nmのウイルス除去膜面積当たり20kg/m2以上である、ろ過方法に関する。 In one aspect, the present invention relates to a method for filtering biopolymers, comprising the steps of treating a biopolymer solution with a virus removal membrane having a pore size of about 20 nm and treating the obtained filtrate with a virus removal membrane having a pore size of about 15 nm, wherein the amount of the biopolymer filtered is 20 kg/ m2 or more per area of the virus removal membrane having a pore size of about 20 nm or about 15 nm.
本発明において、生体高分子溶液は、生体高分子を含む水溶液を指す。好ましくは、生体高分子溶液は、孔径約15nmを通過しうる生体高分子を含む。ろ過において除去膜の孔を通液させたい生体高分子の例として、タンパク質を対象とする場合は、その分子量は、10kDa、20kDa、30kDa、40kDa、50kDa、60kDa、70kDa、80kDa、90kDa、100kDa、200kDa、250kDa、500kDa、750kDa、1000kDa、1500kDa、2000kDa、2500kDa、3000kDa、4000kDa、5000kDa、6000kDa、7000kDa、8000kDa、9000kDa、10000kDa以下である。好ましくは、10~数1000kDaの間の任意の分子量であり、生体高分子の大きさとしてはウイルス除去膜の孔径と同レベルにある。生体高分子として、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、および多糖を含んでもよい。ポリヌクレオチドは、RNAやDNAが挙げられる。ポリペプチドはアミノ酸の重合体であり、インスリンなどの小さな分子からコラーゲン、アクチン、フィブリノーゲンなど大きなタンパク質までを含むがこれらに限定されない。本発明において、好ましくは、生体高分子は、タンパク質である。タンパク質として、顆粒球コロニー刺激因子、インターフェロン、インターロイキン、マクロファージコロニー刺激因子、トロンビン、エリスロポエチン、血液凝固第VII因子、ウロキナーゼ、α1プロテアーゼインヒビター、血液凝固第IX因子、プロテインC、アンチトロンビンIII、ヘモグロビン、アルブミン、オステオポンチン、組織プラスミノーゲン活性化因子、C1インヒビター、セルロプラスミン、モノクローナルlgG、血液凝固第XI因子、血漿由来マンノース結合レクチン、血液凝固第VIII因子、ヒト免疫グロブリンG、フィブリノーゲン、フォンビルブランド因子、または免疫グロブリンMを含むがこれらに限定されない。さらに好ましくは、タンパク質はアルブミンである。より好ましくは、タンパク質はヒト血清アルブミンである。 In the present invention, a biopolymer solution refers to an aqueous solution containing a biopolymer. Preferably, the biopolymer solution contains a biopolymer that can pass through a pore size of about 15 nm. As an example of a biopolymer to be passed through the pores of the removal membrane during filtration, when the target is a protein, its molecular weight is 10 kDa, 20 kDa, 30 kDa, 40 kDa, 50 kDa, 60 kDa, 70 kDa, 80 kDa, 90 kDa, 100 kDa, 200 kDa, 250 kDa, 500 kDa, 750 kDa, 1000 kDa, 1500 kDa, 2000 kDa, 2500 kDa, 3000 kDa, 4000 kDa, 5000 kDa, 6000 kDa, 7000 kDa, 8000 kDa, 9000 kDa, or 10000 kDa or less. Preferably, the molecular weight is any value between 10 and several thousand kDa, and the size of the biopolymer is at the same level as the pore size of the virus removal membrane. The biopolymer may include polynucleotides, polypeptides, and polysaccharides. Examples of polynucleotides include RNA and DNA. Polypeptides are polymers of amino acids, and include, but are not limited to, small molecules such as insulin and large proteins such as collagen, actin, and fibrinogen. In the present invention, the biopolymer is preferably a protein. Examples of proteins include, but are not limited to, granulocyte colony-stimulating factor, interferon, interleukin, macrophage colony-stimulating factor, thrombin, erythropoietin, blood clotting factor VII, urokinase, alpha-1 protease inhibitor, blood clotting factor IX, protein C, antithrombin III, hemoglobin, albumin, osteopontin, tissue plasminogen activator, C1 inhibitor, ceruloplasmin, monoclonal IgG, blood clotting factor XI, plasma-derived mannose-binding lectin, blood clotting factor VIII, human immunoglobulin G, fibrinogen, von Willebrand factor, or immunoglobulin M. More preferably, the protein is albumin. More preferably, the protein is human serum albumin.
本発明において使用されるウイルス除去膜は、サイズ排除(大きさによるふるい分け)のろ過原理によってウイルスを除去分離するためのフィルターを指す。ウイルス除去膜またはウイルス除去フィルターとして、セルロース(例えば、銅アンモニア法再生セルロース)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリスルホン(PSU)またはポリエチレン(PE)等から形成された膜を含み得る。ウイルス除去フィルターとして、例えば、プラノバ(商標)15N(旭化成)、プラノバ(商標)20N(旭化成)、プラノバ(商標)Bio-EX(旭化成)、ウルチポアVF-DV20(ポール)、バイアソルブNFP(ミリポア)などが挙げられ、当業者は適宜該当する製品を選択できる。ウイルス除去フィルターの型としては中空糸型やプリーツ型、平膜型などが挙げられる。ウイルス除去フィルターの非限定的な例としては、銅アンモニア再生法セルロース中空糸膜を含む、旭化成メディカル株式会社製プラノバ(商標)の15Nまたは20Nフィルターが挙げられる。例えば、容器内には、中空糸の束が収められており、生体高分子溶液が、中空糸の内部に導かれ、大きな空洞状のボイド孔または細長いキャピラリー孔が三次元的に結合した網目状の構造をした膜中を通過して外に出ていくことにより、ろ過が行われる。このウイルス除去フィルタープラノバ(商標)Nシリーズの推奨操作圧力は0.98bar以下である。 The virus removal membrane used in the present invention refers to a filter for removing and separating viruses by the filtration principle of size exclusion (screening by size). Virus removal membranes or virus removal filters may include membranes formed from cellulose (e.g., cuprammonium regenerated cellulose), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethersulfone (PES), polysulfone (PSU), polyethylene (PE), etc. Examples of virus removal filters include Planova (trademark) 15N (Asahi Kasei), Planova (trademark) 20N (Asahi Kasei), Planova (trademark) Bio-EX (Asahi Kasei), Ultipore VF-DV20 (Pall), Viasorb NFP (Millipore), etc., and those skilled in the art can select the appropriate product. Types of virus removal filters include hollow fiber type, pleated type, flat membrane type, etc. Non-limiting examples of virus removal filters include Planova (trademark) 15N or 20N filters manufactured by Asahi Kasei Medical Co., Ltd., which contain a cuprammonium regenerated cellulose hollow fiber membrane. For example, a bundle of hollow fibers is contained in a container, and the biopolymer solution is introduced into the inside of the hollow fibers and filtered by passing through a membrane with a mesh-like structure in which large hollow void holes or long, thin capillary holes are three-dimensionally connected and then exiting. The recommended operating pressure for this virus removal filter Planova (trademark) N series is 0.98 bar or less.
本発明において使用されるウイルス除去フィルターは、孔径約15nm、または約20nmを有するフィルターが使用される。フィルターの孔径は平均孔径で示され、「約」という用語の記載により続く数値の±1nm、±2nm、または±3nmが孔径の指す範囲内にある。例えば、本発明において、孔径約15nmのフィルターとしてはプラノバ(商標)の15Nのフィルターを使用でき、孔径約20nmのフィルターとしてはプラノバ(商標)の20Nのフィルターを使用できる。 The virus removal filter used in the present invention has a pore size of about 15 nm or about 20 nm. The pore size of the filter is indicated as an average pore size, and the range of the pore size indicated by the word "about" is ±1 nm, ±2 nm, or ±3 nm. For example, in the present invention, a Planova (trademark) 15N filter can be used as a filter with a pore size of about 15 nm, and a Planova (trademark) 20N filter can be used as a filter with a pore size of about 20 nm.
ウイルス除去フィルターは、例えば中空糸の本数の増加により、スケールアップが可能となる。ウイルス除去フィルターの膜面積は、約0.0001、0.0002、0.0003、0.0004、0.0005、0.0006、0.0007、0.0008、0.0009、0.001、0.002、0.003、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.011、0.012、0.013、0.014、0.015、0.016、0.017、0.018、0.019、0.02、0.05、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0m2またはそれ以上であってもよい。好ましくは、ウイルス除去フィルターの膜面積は、約0.0003、0.001、0.01、0.12、0.3、1.0、4.0m2である。膜面積を増加させることにより、ろ過の効率が増加し得る。例えば、膜面積を増加させることにより、膜面積当たりの生体高分子溶液の負荷量が減少し、ろ過にかかる時間が短縮し得る。 The virus removal filter can be scaled up by, for example, increasing the number of hollow fibers. The membrane area of the virus removal filter is about 0.0001, 0.0002, 0.0003, 0.0004, 0.0005, 0.0006, 0.0007, 0.0008, 0.0009, 0.001, 0.002, 0.003, 0.004, 0.005, 0.006, 0.007, 0.008, 0.009, 0.01, 0.011, 0.012, 0.013, 0.0 14, 0.015, 0.016, 0.017, 0.018, 0.019, 0.02, 0.05, 0.10, 0.11, 0.12, 0.13, 0.14, 0.15, 0.16, 0.17, 0.18, 0.19, 0.2 , 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0 m 2 or more. Preferably, the membrane area of the virus removal filter is about 0.0003, 0.001, 0.01, 0.12, 0.3, 1.0, 4.0 m 2. By increasing the membrane area, the efficiency of filtration can be increased. For example, by increasing the membrane area, the loading amount of biopolymer solution per membrane area can be reduced, and the time required for filtration can be shortened.
本発明において、「ろ過量」とは、膜面積当たりのウイルス除去フィルターを通過する生体高分子溶液中の生体高分子の溶質量を指し、kg/m2で表される。一実施形態では、ろ過量は、膜面積当たり10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80kg/m2またはそれ以上である。ろ過量は、好ましくは、膜面積当たり20、30、40、50、60、70、80kg/m2またはそれ以上である。 In the present invention, the term "filtration amount" refers to the amount of solute biopolymer in the biopolymer solution passing through the virus removal filter per membrane area, and is expressed in kg/m 2. In one embodiment, the filtration amount is 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80 kg/m 2 or more per membrane area. The filtration amount is preferably 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 kg/m 2 or more per membrane area.
本発明において、ウイルス除去膜ろ過工程によるウイルス除去能への影響は、実際の工程を模したウイルスクリアランス試験を行うことで予想可能である。本発明において、「ウイルスクリアランス指数」とは、ウイルス除去率の対数値である。クリアランス指数は、本明細書において「RF(リダクションファクター)」としても使用されている場合がある。ウイルスクリアランス指数は、log((V1×T1)/(V2×T2))で表される。ここで、V1は工程処理前の試料の容量、T1は工程処理前の試料のウイルス力価、V2は工程処理後の試料の容量、T2は工程処理後の試料のウイルス力価である。一実施形態では、ウイルスクリアランス指数は、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0またはそれ以上である。別の実施形態では、クリアランス指数は、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0またはそれ以上である。 In the present invention, the effect of the virus removal membrane filtration process on the virus removal ability can be predicted by performing a virus clearance test simulating the actual process. In the present invention, the "virus clearance index" is the logarithm of the virus removal rate. The clearance index may also be used as the "RF (reduction factor)" in this specification. The virus clearance index is expressed as log((V1 x T1)/(V2 x T2)). Here, V1 is the volume of the sample before the process treatment, T1 is the virus titer of the sample before the process treatment, V2 is the volume of the sample after the process treatment, and T2 is the virus titer of the sample after the process treatment. In one embodiment, the viral clearance factor is 2.0, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 3.0, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0 or more. In another embodiment, the clearance factor is 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0 or more.
本発明において、ウイルスは、エンベロープウイルスであっても非エンベロープウイルスであってもよい。本発明において、ウイルスは、アベルソンマウス白血病ウイルス(A-MuLV)、ヒトパルボウイルスB19(B19)、ウシ下痢症ウイルス(BVDV)、イヌパルボウイルス(CPV)、脳心筋炎ウイルス(EMCV)、A型肝炎ウイルス(HAV)、ヒト免疫不全ウイルス(HIV)、ヒト免疫不全ウイルス1型(HIV-1)、単純ヘルペスウイルス(HSV)、マウス微小ウイルス(MVM)、ポリオウイルス1型(Polio-1)、ブタパルボウイルス(PPV)、仮性狂犬病ウイルス(PRV)、レオウイルス3型(Reo-3)、サルウイルス40(SV40)、または異種指向性マウス白血病ウイルス(XMuLV)が挙げられる、がこれらに限定されない。 In the present invention, the virus may be an enveloped or non-enveloped virus. In the present invention, the virus may be, but is not limited to, Abelson murine leukemia virus (A-MuLV), human parvovirus B19 (B19), bovine diarrhea virus (BVDV), canine parvovirus (CPV), encephalomyocarditis virus (EMCV), hepatitis A virus (HAV), human immunodeficiency virus (HIV), human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1), herpes simplex virus (HSV), minute virus of mice (MVM), poliovirus type 1 (Polio-1), porcine parvovirus (PPV), pseudorabies virus (PRV), reovirus type 3 (Reo-3), simian virus 40 (SV40), or xenotropic murine leukemia virus (XMuLV).
本発明では、ウイルス除去フィルターを用いたろ過工程に先立って前処理工程が行われてもよい。前処理には、イオン交換体による前処理、プレろ過による前処理またはそれらの組み合わせが含まれてもよい。一態様では、プレろ過による前処理が実施されてもよく、本発明の方法の前に、生体高分子溶液を、プレフィルター(除去サイズ35-200nm)に通液し、目詰まりの原因と考えられる35-200nm以上の大きさの粒子をこれに捕捉させることにより除去してもよい。 In the present invention, a pretreatment step may be carried out prior to the filtration step using a virus removal filter. The pretreatment may include pretreatment with an ion exchanger, pretreatment by prefiltration, or a combination thereof. In one embodiment, pretreatment by prefiltration may be carried out, and prior to the method of the present invention, the biopolymer solution may be passed through a prefilter (removal size 35-200 nm) to remove particles of 35-200 nm or more in size, which are believed to cause clogging, by trapping them.
本発明において、孔径約20nmのウイルス除去フィルターと、孔径約15nmのウイルス除去フィルターが連結されていてもよいし、別々に分離されていてもよい。例えば、孔径約20nmのウイルス除去フィルターで処理する工程と、得られたろ液を孔径約15nmのウイルス除去フィルターで処理する工程が一連に行われてもよいし、孔径約20nmのウイルス除去フィルターで処理する工程のあとにろ液が回収され、得られたろ液を孔径約15nmのウイルス除去フィルターで処理してもよい。一実施形態では、生体高分子溶液を孔径約15nmのウイルス除去フィルターでろ過する場合に、孔径約15nmのウイルス除去フィルターの上流に孔径約20nmのフィルターを設けてもよい。 In the present invention, a virus removal filter with a pore size of about 20 nm and a virus removal filter with a pore size of about 15 nm may be connected or may be separated. For example, a process of treating with a virus removal filter with a pore size of about 20 nm and a process of treating the obtained filtrate with a virus removal filter with a pore size of about 15 nm may be performed in series, or the filtrate may be collected after the process of treating with a virus removal filter with a pore size of about 20 nm, and the obtained filtrate may be treated with a virus removal filter with a pore size of about 15 nm. In one embodiment, when a biopolymer solution is filtered with a virus removal filter with a pore size of about 15 nm, a filter with a pore size of about 20 nm may be provided upstream of the virus removal filter with a pore size of about 15 nm.
一実施形態では、ろ過によるウイルスの漏れは、低減されている、または生じない。ウイルスの漏れが低減または生じないことにより、生体高分子溶液のろ液の安全性が高まり、当該ろ液に由来する製品の製造や安全性に有利である場合がある。ウイルスの漏れや除去能は例えば、ウイルスクリアランス指数により確認することができる。 In one embodiment, virus leakage due to filtration is reduced or does not occur. Reducing or eliminating virus leakage increases the safety of the filtrate of the biopolymer solution, which may be advantageous for the manufacture and safety of products derived from the filtrate. Virus leakage and removal ability can be confirmed, for example, by the virus clearance index.
一実施形態では、ろ過フィルターに供する生体高分子溶液中の生体高分子の量は、約20、30、40、50、60、70kg/m2以上であるが、これらに限定されない。好ましくは、50kg/m2以上である。 In one embodiment, the amount of biopolymer in the biopolymer solution applied to the filter is, but is not limited to, about 20, 30, 40, 50, 60, 70 kg/ m2 or more. Preferably, it is 50 kg/ m2 or more.
一実施形態では、ろ過フィルターに供する生体高分子溶液中に含まれる生体高分子の濃度は、約0.001%、0.01%、0.1%、1%、8%、10%であるが、これらに限定されない。好ましくは、1%以上である。 In one embodiment, the concentration of the biopolymer contained in the biopolymer solution fed to the filtration filter is about 0.001%, 0.01%, 0.1%, 1%, 8%, or 10%, but is not limited to these. Preferably, it is 1% or more.
一実施形態では、ろ過フィルターで処理する工程において、圧力は使用するウイルス除去フィルターの膜間差圧(TMP)を指し、このTMPは、約0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50.0.55.0.60、0.65、0.70、0.75、0.80、0.85、0.90、または0.98barである。好ましくは、そのTMPは使用するウイルス除去フィルターの推奨操作圧力の範囲内で実施される。 In one embodiment, in the process of filtering, the pressure refers to the transmembrane pressure (TMP) of the virus removal filter used, which is about 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.35, 0.40, 0.45, 0.50, 0.55, 0.60, 0.65, 0.70, 0.75, 0.80, 0.85, 0.90, or 0.98 bar. Preferably, the TMP is performed within the recommended operating pressure range of the virus removal filter used.
一実施形態では、ろ過フィルターで処理する工程は、約1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、35、37、40、45、50℃またはそれ以上で行われるが、これらに限定されない。好ましくは、室温(1℃~30℃)である。 In one embodiment, the filtering step is performed at, but is not limited to, about 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 35, 37, 40, 45, 50°C or higher. Preferably, the filtering step is performed at room temperature (1°C to 30°C).
一実施形態では、ろ過フィルターで処理する工程において、生体高分子溶液のpHは、当業者が目的に応じて適宜設定できる。ろ過フィルターで処理する工程において、生体高分子溶液は、生体高分子の他に種々の物質を含むことができ、当業者が目的に応じて適宜設定できる。例えば、生体高分子溶液は、安定化剤または緩衝剤を含む。 In one embodiment, in the process of treating with a filtration filter, the pH of the biopolymer solution can be appropriately set by a person skilled in the art according to the purpose. In the process of treating with a filtration filter, the biopolymer solution can contain various substances in addition to the biopolymer, and can be appropriately set by a person skilled in the art according to the purpose. For example, the biopolymer solution contains a stabilizer or a buffer.
ウイルス除去フィルターでろ過する工程において、ウイルス除去フィルターの目詰まりによりろ過が困難になる場合がある。そのため、一実施形態では、ウイルス除去フィルターによるろ過は、ろ過終期の流速(flux)がろ過初期の流速(flux)の1%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、またはそれ以上の範囲で行うことができ、当業者が目的に応じて適宜設定できる。 In the process of filtering through a virus removal filter, filtration may become difficult due to clogging of the virus removal filter. Therefore, in one embodiment, filtration through a virus removal filter can be performed with a flow rate (flux) at the end of filtration that is 1%, 5%, 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% or more of the flow rate (flux) at the beginning of filtration, and can be appropriately set by a person skilled in the art according to the purpose.
ウイルス除去膜ろ過工程のウイルスクリアランス試験において、ウイルスの漏出が生じる場合がある。そのため、一実施形態では、ウイルス除去フィルターによるろ過は、ウイルスクリアランス指数が3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0またはそれ以上である。好ましくは、クリアランス指数は、3.5またはそれ以上の範囲で行うことができる。 In the virus clearance test of the virus removal membrane filtration process, virus leakage may occur. Therefore, in one embodiment, filtration with a virus removal filter has a virus clearance index of 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4.0, 4.5, 5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0 or more. Preferably, the clearance index is in the range of 3.5 or more.
本発明の一態様では、生体高分子溶液を孔径約20nmのウイルス除去フィルターで処理する工程と、得られたろ液を孔径約15nmのウイルス除去フィルターで処理する工程を含む、生体高分子のろ過方法であって、ここで該生体高分子のろ過量が孔径約20nmまたは孔径約15nmのフィルター膜面積当たり20kg/m2以上である、ろ過方法、ならびに得られた生体高分子を製剤化する工程を含む、生体高分子を含む製剤の製造方法が提供される。 In one aspect of the present invention, there is provided a method for filtering a biopolymer, comprising the steps of treating a biopolymer solution with a virus removal filter having a pore size of about 20 nm and treating the obtained filtrate with a virus removal filter having a pore size of about 15 nm, in which the amount of the biopolymer filtered is 20 kg/ m2 or more per filter membrane area having a pore size of about 20 nm or about 15 nm, as well as a method for producing a formulation containing a biopolymer, comprising the step of formulating the obtained biopolymer.
本発明において、「除去膜」および「除去フィルター」は相互互換的に使用される。特に指示がない限り、本明細書において「約」とは±10%、好ましくは±5%の範囲を意味する。 In the present invention, the terms "removal membrane" and "removal filter" are used interchangeably. Unless otherwise indicated, in this specification, "about" means within a range of ±10%, preferably ±5%.
本発明者等は、より少量のフィルターによる効果的なウイルス除去膜ろ過方法を検討し、以下の知見を得た。孔径15nmのウイルス除去フィルターに供することができる生体高分子溶液であれば本発明のろ過方法を適用することができる。また、生体高分子の例としてタンパク質が挙げられる。その例として、アルブミン溶液を用いた実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。 The inventors have investigated an effective virus removal membrane filtration method using a smaller amount of filter and have obtained the following findings. The filtration method of the present invention can be applied to any biopolymer solution that can be fed to a virus removal filter with a pore size of 15 nm. An example of a biopolymer is a protein. The present invention will be described in detail using an example using an albumin solution as an example, but the present invention is not limited to these examples.
実施例1:ヒト血清アルブミン含有水溶液の調製
特許文献2(WO2004/089402)に記載の方法に従い、コーンのアルコール分画によって得られた第V画分ペーストに、注射用水(日局)をペースト重量の2倍以上加え撹拌溶解し、限外ろ過法により脱アルコールしたアルブミン画分を、pH4.5、EC1.5mS/cm以下、タンパク質濃度12w/v%に調整した。その後、pH4.5、EC5mS/cm以下の酢酸バッファーで平衡化した陰イオン交換体(Qセファロース(登録商標)FastFlow(Cytiva))にアルブミン含有水溶液を展開し、素通り画分を回収した。タンパク質濃度8w/v%、pH7.0に調整し、孔径0.1μmのフィルターでろ過したものを試験材料とした。
Example 1: Preparation of an aqueous solution containing human serum albumin According to the method described in Patent Document 2 (WO2004/089402), the V-fraction paste obtained by alcohol fractionation of Cohn was mixed with water for injection (JP) at least twice the weight of the paste, stirred and dissolved, and the albumin fraction dealcoholized by ultrafiltration was adjusted to pH 4.5, EC 1.5 mS/cm or less, and protein concentration 12 w/v%. Then, the albumin-containing aqueous solution was developed on an anion exchanger (Q Sepharose (registered trademark) FastFlow (Cytiva)) equilibrated with an acetate buffer of pH 4.5 and
実施例2:ヒト血清アルブミン溶液の小孔径ウイルス除去膜によるろ過
ウイルス除去膜の孔径の違いによるろ過流量を比較確認するために、上記アルブミン含有水溶液(タンパク質濃度8%)を加圧容器に入れ、圧力調整器を備えた窒素ガスボンベにより一定の圧力を加えて、ウイルス除去膜(旭化成メディカル製)、プラノバ(商標)15N(孔径15±2nm)または20N(孔径19±2nm)(それぞれの膜面積は0.001m2)に通液して、ウイルス除去膜ろ過を行った。プラノバ(商標)15Nは0.3barおよび0.9barの一定圧力下でろ過した。プラノバ(商標)20Nは0.9barの一定圧力下でろ過した。結果を図1に示す。左図はろ過量(throughput、kg/m2)の経時変化を示し、右図は流速(flux、kg/m2/h)の経時変化を示す。曲線Aはプラノバ(商標)15Nの0.3bar加圧ろ過、曲線Bはプラノバ(商標)15Nの0.9bar加圧ろ過、曲線Cはプラノバ(商標)20Nの0.9bar加圧ろ過の結果である。
Example 2: Filtration of human serum albumin solution through small-pore virus removal membrane In order to compare and confirm the filtration flow rate due to the difference in pore size of the virus removal membrane, the above-mentioned albumin-containing aqueous solution (protein concentration 8%) was placed in a pressure vessel, and a constant pressure was applied using a nitrogen gas cylinder equipped with a pressure regulator, and the solution was passed through a virus removal membrane (manufactured by Asahi Kasei Medical), Planova (trademark) 15N (pore
プラノバ(商標)15Nを用いたA(圧力0.3bar)とB(圧力0.9bar)の曲線の比較から、ろ過圧力が大きくなるとろ過量が短時間で増加すること、および、ろ過圧力が大きくなると流速が大きくなることが確認された。同一圧力0.9barでのプラノバ(商標)15Nのろ過(曲線B)とプラノバ(商標)20Nのろ過(曲線C)の比較からは、ウイルス除去フィルターの孔径が大きくなるとろ過量が短時間で増加すること、及び、ウイルス除去フィルターの孔径が大きくなると流速が大きくなることが確認された。また、曲線Cの流速の低下傾向よりも曲線Bの流速の低下傾向の方が大きく、ウイルス除去膜の孔径の小ささによる目詰まり傾向が示された。 A comparison of curves A (pressure 0.3 bar) and B (pressure 0.9 bar) using Planova™ 15N confirmed that the filtration volume increases in a short time as the filtration pressure increases, and that the flow rate increases as the filtration pressure increases. A comparison of filtration with Planova™ 15N (curve B) and filtration with Planova™ 20N (curve C) at the same pressure of 0.9 bar confirmed that the filtration volume increases in a short time as the pore size of the virus removal filter increases, and that the flow rate increases as the pore size of the virus removal filter increases. In addition, the flow rate of curve B showed a greater tendency to decrease than that of curve C, indicating a tendency for clogging due to the small pore size of the virus removal membrane.
実施例3:同一ろ過量条件下でのヒト血清アルブミン溶液のろ過性
実施例2と同様のアルブミン含有水溶液を調製し、同一ろ過量(56kg/m2)のときのウイルス除去膜ろ過に要する時間を比較した。結果を下表に示す。
Example 3: Filterability of human serum albumin solution under the same filtration volume The same albumin-containing aqueous solution as in Example 2 was prepared, and the time required for virus removal membrane filtration at the same filtration volume (56 kg/m 2 ) was compared. The results are shown in the table below.
プラノバ(商標)15Nによるアルブミン水溶液のろ過について、0.8barの一定圧力の条件下、ろ過温度を10℃、23℃、30℃および37℃と変化させると、ろ過時間(h)は101/97、64/55、52/48/55および44と、温度の上昇とともに短縮した(試験No.1~8)。これに対して、プラノバ(商標)15Nの前に同一膜面積のプラノバ(商標)20Nを加えて連結してろ過し、プラノバ(商標)15Nを80kPaの一定圧力でろ過した結果、そのろ過時間は52hとなり(試験No.9)、前段にプラノバ20Nをプレフィルターのように設けても、このようなプレフィルターがない試験No.5~7と同等のろ過時間であることがわかった。なお、プラノバ(商標)15N+プラノバ(商標)15Nの構成による連結した連続ろ過の挙動については、前段のプラノバ15Nろ過によるろ過性に主として支配されると考えられ、そのろ過時間は試験No.1~8の試験結果から予見することができると考えられる。 When an aqueous albumin solution was filtered using Planova™ 15N at a constant pressure of 0.8 bar and the filtration temperature was changed to 10°C, 23°C, 30°C, and 37°C, the filtration time (h) decreased with increasing temperature, to 101/97, 64/55, 52/48/55, and 44 (Tests No. 1-8). In contrast, when Planova™ 20N of the same membrane area was added before Planova™ 15N and connected for filtration, Planova™ 15N was filtered at a constant pressure of 80 kPa, and the filtration time was 52 h (Test No. 9). This shows that even when Planova 20N was placed in the front stage as a prefilter, the filtration time was equivalent to that of Tests No. 5-7 without such a prefilter. In addition, the behavior of the connected continuous filtration with a configuration of Planova (trademark) 15N + Planova (trademark) 15N is considered to be mainly governed by the filterability of the Planova 15N filtration in the previous stage, and the filtration time can be predicted from the test results of Test Nos. 1 to 8.
実施例4:モデルウイルスを添加したヒト血清アルブミン溶液のろ過性とウイルス捕捉能
ウイルス除去膜(旭化成メディカル製)プラノバ(商標)15Nのろ過条件を変えてろ過量(タンパク質負荷量)を比較した。また、上記アルブミン含有水溶液に対し、モデルウイルスとしてブタパルボウイルス(PPV、サイズ18~24nm)液を1v/v%または0.1v/v%の量で加え、これをプラノバ(商標)15Nに対してろ過し、ろ過前後でのウイルス混合溶液のウイルス感染価を測定して、ウイルスクリアランス指数(RF)を確認した。プラノバ(商標)15Nの前段にプラノバ(商標)20Nを設けた試験No.16では両ウイルス除去フィルターは同一の膜面積のものを連結してろ過し、プラノバ(商標)15NのTMPを0.8barに調節してろ過した。結果を下表に示す。
Example 4: Filterability and virus capture ability of human serum albumin solution with added model virus The filtration conditions of the virus removal membrane Planova (trademark) 15N (manufactured by Asahi Kasei Medical) were changed to compare the filtration amount (protein load). In addition, a porcine parvovirus (PPV, size 18-24 nm) solution was added as a model virus to the above-mentioned albumin-containing aqueous solution at an amount of 1 v/v% or 0.1 v/v%, and this was filtered through Planova (trademark) 15N, and the virus infectivity of the virus mixed solution before and after filtration was measured to confirm the virus clearance index (RF). In test No. 16, in which Planova (trademark) 20N was installed in front of Planova (trademark) 15N, both virus removal filters with the same membrane area were connected and filtered, and the TMP of Planova (trademark) 15N was adjusted to 0.8 bar for filtration. The results are shown in the table below.
頑健性の高いウイルス不活化・除去工程としてウイルスクリアランス指数4以上の工程が想定されている。試験No.11の結果から、PPVを1v/v%量負荷したアルブミン溶液をプラノバ(商標)15Nのろ過に供したとき、約半分のろ過を経た時点でウイルス除去フィルターは目詰まりし、ウイルスクリアランス指数は評価できなかった。次に、試験No.12~15の結果から、プラノバ(商標)15Nのみによるろ過において、タンパク質の負荷量を62kg/m2から56kg/m2、45kg/m2や23kg/m2に減らしてもろ液からPPVが検出され、そのウイルスクリアランス指数は約3のままであり、頑健性の高いウイルス除去工程にはならず、ろ過温度の影響もなかった。このことは、孔径約15nmのフィルター量を単純に数倍増やしたとしても数十kg/m2レベルのタンパク質負荷では頑健性の高いウイルス除去工程とすることは困難であることがわかった。また、これら試験No.12~15のPPVの負荷総量は、試験No.11のPPV負荷総量よりも少ないにもかかわらず、顕著なウイルス除去フィルターの目詰まりによる閉塞を生じることもなく、ウイルスの漏出が認められた。試験No.16では、プラノバ(商標)15Nの前段に同膜面積のプラノバ(商標)20Nを設けてろ過すると、ろ液からはPPVは検出されず、そのウイルスクリアランス指数は3.7以上となり、頑健性の高いウイルス除去工程となった。 A process with a virus clearance index of 4 or more is assumed as a highly robust virus inactivation/removal process. From the results of Test No. 11, when an albumin solution loaded with 1 v/v% PPV was subjected to filtration with Planova (trademark) 15N, the virus removal filter became clogged at about half the filtration, and the virus clearance index could not be evaluated. Next, from the results of Test No. 12 to 15, in filtration using only Planova (trademark) 15N, PPV was detected in the filtrate even when the protein load was reduced from 62 kg/m 2 to 56 kg/m 2 , 45 kg/m 2 , or 23 kg/m 2 , and the virus clearance index remained at about 3, which did not result in a highly robust virus removal process, and there was no effect of the filtration temperature. This shows that even if the amount of filters with a pore size of about 15 nm is simply increased several times, it is difficult to achieve a highly robust virus removal process with a protein load of several tens of kg/m 2. In addition, these Test Nos. Although the total PPV load in Test No. 12 to 15 was less than the total PPV load in Test No. 11, no significant blockage due to clogging of the virus removal filter occurred, and virus leakage was observed. In Test No. 16, when filtration was performed using Planova™ 20N with the same membrane area provided in front of Planova™ 15N, PPV was not detected in the filtrate, and the virus clearance index was 3.7 or more, indicating a highly robust virus removal process.
実施例5:ウイルス除去膜ろ過前後の凝集体含量の比較
実施例2のろ過前後のアルブミン溶液をサイズ排除高速液体クロマトグラフィー(SE-HPLC)にて分析した。SE-HPLCの分析条件は以下の通りである。
カラム:TSKgel G3000SWXL、7.8mm×30cm
移動相:0.1mol/Lリン酸ナトリウム+ 0.1mol/L硫酸ナトリウム、0.05%アジ化ナトリウム、pH6.7
カラム温度:25℃付近の一定温度
流速:毎分0.5mL
検出:280nm
各試料に含まれる凝集体の量を比較した結果を下表に示す。
Example 5: Comparison of aggregate content before and after virus removal membrane filtration The albumin solution before and after the filtration in Example 2 was analyzed by size-exclusion high performance liquid chromatography (SE-HPLC). The analysis conditions for SE-HPLC are as follows.
Column: TSKgel G3000SWXL, 7.8 mm x 30 cm
Mobile phase: 0.1 mol/L sodium phosphate + 0.1 mol/L sodium sulfate, 0.05% sodium azide, pH 6.7
Column temperature: constant temperature around 25°C Flow rate: 0.5 mL per minute
Detection: 280 nm
The results of comparing the amount of aggregates contained in each sample are shown in the table below.
SE-HPLCは、サイズ排除の原理により、大きな分子から順に溶出される。本SE-HPLC分析では保持時間10分から20分の間に分画されて溶出する。分析の結果、人血清アルブミンの単量体は保持時間約18分に溶出し、二量体は保持時間約16分に溶出した。微小なピークは少なくとも0.1%の含量を検出できるが、保持時間約10分~16分の間にピークはなく、人血清アルブミンの二量体よりも大きな凝集物は検出されなかった。そして、表3より、ウイルス除去膜ろ過の前後で凝集体、人血清アルブミンの二量体及び単量体の含量に大きな変化はなかった。ウイルスと同程度の大きさの分子がウイルス除去膜によってろ過される生体高分子試料溶液中にどれだけ存在するかにより、小径ウイルスの漏出に影響することが考えられる。したがって、タンパク質の凝集体は少ない方が好ましい。分子量6.6万Daの人血清アルブミン8%溶液のモル濃度は約1.2mmol/Lである。そして、凝集体の量はSE-HPLCによりその1/1000レベルの量で評価できる。しかしながら、実施例4におけるろ過前の液に加えたPPVの量は107レベルである。このウイルス量はamolからfmolレベルの量となり、非常に微量である。高濃度タンパク質溶液のウイルス除去膜ろ過において、SE-HPLC等の分析方法によって凝集物を評価してもウイルス除去膜ろ過のろ過性への影響を推測することは困難であることがわかる。 In SE-HPLC, molecules are eluted in order from larger to smaller molecules due to the principle of size exclusion. In this SE-HPLC analysis, the molecules are fractionated and eluted between retention times of 10 and 20 minutes. As a result of the analysis, the monomer of human serum albumin was eluted at a retention time of about 18 minutes, and the dimer was eluted at a retention time of about 16 minutes. Although a small peak was detected with a content of at least 0.1%, there was no peak between retention times of about 10 and 16 minutes, and no aggregates larger than the dimer of human serum albumin were detected. And, as shown in Table 3, there was no significant change in the content of aggregates, dimers and monomers of human serum albumin before and after virus removal membrane filtration. It is considered that the amount of molecules of the same size as viruses present in the biopolymer sample solution filtered by the virus removal membrane affects the leakage of small-diameter viruses. Therefore, it is preferable to have fewer protein aggregates. The molar concentration of an 8% solution of human serum albumin with a molecular weight of 66,000 Da is about 1.2 mmol/L. The amount of aggregates can be evaluated at 1/1000 of that amount by SE-HPLC. However, the amount of PPV added to the liquid before filtration in Example 4 is at the level of 107. This virus amount is at the amol to fmol level, which is a very small amount. It can be seen that in virus removal membrane filtration of a high-concentration protein solution, even if aggregates are evaluated by an analytical method such as SE-HPLC, it is difficult to estimate the effect on the filterability of the virus removal membrane filtration.
例えば、プラノバ(商標)15Nの上流に孔径35nm以上のプレフィルターを設けることがこれまでに当業者において実施されている。しかしながら、PPV(ブタパルボウイルス、サイズ18~24nm)のような小径の非エンベロープウイルスに対し、このような孔径のプレフィルターの適用においては、PPVはプレフィルターを容易に通過する。したがって、プラノバ(商標)15Nへの既知のプレフィルターの追加により非エンベロープウイルスのような小径ウイルスのウイルスクリアランス能の増強効果は期待できない。そこで、例えば、孔径約15nmのウイルス除去フィルターでろ過した後にさらに孔径約15nmのウイルス除去フィルターで繰り返しろ過すること、あるいは、孔径約15nmのウイルス除去フィルターを連結してろ過することにより、頑健性の高いウイルス除去工程とすることは当業者において容易に実施することができる。しかしながら、このときの前段の孔径約15nmのウイルス除去フィルター側へのタンパク質及びウイルスの負荷が大きくなり、連続する両フィルターへのタンパク質及びウイルスの効果的な負荷の分散は期待できず、前段の孔径約15nmのウイルス除去フィルター側の目詰まりのリスクが潜在的に存在する。そして、ウイルス除去フィルターのコストは孔径約15nmのウイルス除去フィルターの2倍となる。これまでに、数十kg/m2の生体高分子溶液のウイルス除去膜ろ過において、孔径20nm以下のフィルターをプレフィルターのように使用した例はなく、本発明者等は、孔径約20nmと孔径約15nmのフィルターとの生体高分子の目詰まりの特性の違いを実施例1により明らかにし、本願発明において孔径20nm以下のフィルターを孔径15nmのウイルス除去フィルターの前段に新規に使用し、孔径約20nmのウイルス除去フィルターおよび孔径約15nmのウイルス除去フィルターの両フィルターに生体高分子及びウイルスの負荷を分散させ、20kg/m2以上の生体高分子を効率よく低コストでウイルス除去膜ろ過する方法となることを新規に見出した。生体高分子のろ過量として20kg/m2以上のアルブミン含有水溶液を例にして孔径約15nmのウイルス除去膜でろ過するとき、孔径約15nmのウイルス除去膜の上流に孔径約20nmの膜を設けることが有効であり、生体高分子のろ過量が孔径約20nmまたは孔径約15nmの膜面積当たり数十kg/m2のレベル、さらには60kg/m2以上においても頑健性のあるウイルス除去膜ろ過の方法となる。 For example, a prefilter with a pore size of 35 nm or more has been provided upstream of Planova (trademark) 15N. However, when a prefilter with such a pore size is applied to a small non-enveloped virus such as PPV (porcine parvovirus, size 18-24 nm), the PPV easily passes through the prefilter. Therefore, the addition of a known prefilter to Planova (trademark) 15N cannot be expected to enhance the virus clearance ability of small viruses such as non-enveloped viruses. Therefore, for example, a highly robust virus removal process can be easily performed by a person skilled in the art by repeatedly filtering through a virus removal filter with a pore size of about 15 nm and then filtering through a virus removal filter with a pore size of about 15 nm, or by connecting and filtering a virus removal filter with a pore size of about 15 nm. However, in this case, the load of proteins and viruses on the front-stage virus removal filter with a pore size of approximately 15 nm increases, and effective distribution of the load of proteins and viruses to both successive filters cannot be expected, and there is a potential risk of clogging on the front-stage virus removal filter with a pore size of approximately 15 nm. Furthermore, the cost of the virus removal filter is twice that of a virus removal filter with a pore size of approximately 15 nm. To date, there have been no examples of using a filter with a pore size of 20 nm or less as a prefilter in virus removal membrane filtration of a biopolymer solution of several tens of kg/ m2 . The inventors have clarified in Example 1 the difference in the clogging characteristics of biopolymers between filters with a pore size of approximately 20 nm and filters with a pore size of approximately 15 nm, and have newly discovered in the present invention that a filter with a pore size of 20 nm or less is newly used in front of a virus removal filter with a pore size of 15 nm, thereby distributing the load of biopolymers and viruses over both the virus removal filter with a pore size of approximately 20 nm and the virus removal filter with a pore size of approximately 15 nm, thereby providing a method for efficient, low-cost virus removal membrane filtration of biopolymers of 20 kg/ m2 or more. For example, when an albumin-containing aqueous solution with a filtration rate of biopolymers of 20 kg/m2 or more is filtered with a virus removal membrane with a pore size of about 15 nm, it is effective to provide a membrane with a pore size of about 20 nm upstream of the virus removal membrane with a pore size of about 15 nm, and this results in a robust virus removal membrane filtration method even when the filtration rate of biopolymers is at the level of several tens of kg/ m2 per membrane area with a pore size of about 20 nm or a pore size of about 15 nm, or even at 60 kg/ m2 or more.
本発明によれば、生体高分子溶液を孔径約15nmのウイルス除去膜でろ過する際に、効率よくウイルス除去膜でろ過する方法を提供できる。 The present invention provides a method for efficiently filtering a biopolymer solution through a virus removal membrane with a pore size of approximately 15 nm.
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