Technologieën voor eenmalig gebruik (SUT's) veranderen de downstream processing (DSP) in de biofarmaceutische productie. Door vaste roestvrijstalen apparatuur te vervangen door voorgesteriliseerde systemen voor eenmalig gebruik, worden faciliteiten flexibeler, wordt het verontreinigingsrisico verminderd en worden productwisselingen versneld. Deze voordelen zijn met name waardevol in faciliteiten met meerdere producten, gentherapie, gepersonaliseerde geneeskunde en vaccinproductie.
De kern van deze transformatie is realtime, inline monitoring van analytische en fysieke parameters. Van oogsten tot afvullen/afwerken, inbedden van vooraf gekalibreerde, door gammastraling gesteriliseerde sensoren voor parameters zoals druk, UV-absorptie, conductiviteit, pH, temperatuur, troebelheid en stroom: operators kunnen op gegevens gebaseerde beslissingen nemen die de opbrengst, kwaliteit en compliance beschermen.
Het type modaliteit beïnvloedt de strategie voor downstream processing (DSP). Monoklonale antilichamen (mAbs), virale vectoren, mRNA-vaccins en celtherapieën verschillen in hun eigenschappen, onzuiverheidsprofielen en verontreinigingsprofielen, waardoor op maat gemaakte benaderingen nodig zijn. mAb's maken vaak gebruik van een platformproces met proteïne A-chromatografie, virale vectoren vereisen voorzichtige zuivering en gespecialiseerd polijsten om de infectiekracht te behouden, en celtherapieën vereisen minimale mechanische belasting om de levensvatbaarheid te behouden.
Ongeacht de modaliteit is continue monitoring en consistente controle van analytische en fysieke parameters essentieel.
Inline sensoren voor eenmalig gebruik maken realtime meting van deze parameters mogelijk, ondersteunen een betere procescontrole en automatisering, het minimaliseren van off-line testen en garanderen de productkwaliteit in diverse DSP-workflows.
Zowel de EMA als de FDA accepteren systemen voor eenmalig gebruik, op voorwaarde dat deze werken volgens een gevalideerde, op risico gebaseerde controlestrategie.
Belangrijke referenties zijn:
Virale veiligheid – ICH Q5A(R2) (2024), EMA-richtlijn "Virale veiligheid van biotechnologische producten"
Productspecificaties – ICH Q6B
Aseptische productie – EU GMP Bijlage 1, FDA-richtlijnen voor aseptische verwerking
Procesvalidatie – FDA Richtlijnen voor procesvalidatie (fase 1-3), EU GMP bijlage 15
Data-integriteit - 21 CFR Part 11, EU GMP Bijlage 11
Geavanceerde SUT's combineren flexibiliteit met robuuste procesprestaties. Zo maken door gammastraling gesteriliseerde inline gecombineerde pH-/temperatuursensoren met een pH-waarde van 1-13 nauwkeurige, realtime bewaking mogelijk tijdens lage-pH viral inactivation.
Deze sensoren leveren bewijs van de effectiviteit van de controlestrategie, zodat snel op procesafwijkingen kan worden gereageerd en tegelijkertijd aan de verwachtingen van de FDA en EMA voor data-integriteit en procesbewaking kan worden voldaan.
Downstream processing zuivert biologische stoffen na upstream celcultuur of fermentatie door het doelmolecuul te isoleren en gastheerceleiwitten, DNA, aggregaten, virussen en andere onzuiverheden te verwijderen. Moderne DSP-systemen voor eenmalig gebruik maken gebruik van wegwerpcomponenten zoals steriele zakken, filters, slangen en voorverpakte chromatografiekolommen om de efficiëntie te verbeteren, de reinigings- en validatievereisten te minimaliseren en het risico op besmetting te verminderen.
Voortbouwend op deze aanpak bieden inline sensoren voor eenmalig gebruik continue realtime bewaking van kritieke procesparameters, wat een strakkere controle, snellere op gegevens gebaseerde beslissingen en een consistente productkwaliteit in de gehele DSP-workflow mogelijk maakt.
Stappen | Doel | Belangrijke inline metingen |
Oogsten | Verwijdert cellen en vuil met behulp van dieptefiltratie of centrifugering voor eenmalig gebruik. | Druk, troebelheid, conductiviteit |
Chromatografie vastleggen | Bij primaire zuivering wordt vaak gebruik gemaakt van proteïne A voor mAb's. | UV-absorptie, pH, druk, stroom |
Tussenproduct- en polijstchromatografie | Verwijdert proces- en productgerelateerde verontreinigingen. | UV-absorptie, conductiviteit, pH, druk |
Virale inactivatie | Inactiveert of verwijdert virussen via lage pH, behandeling met reinigingsmiddel of nanofiltratie. | pH, temperatuur, druk, stroom, UV-absorptie |
Ultrafiltratie/diafiltratie (UF/DF) | Concentreert het product en voert bufferuitwisseling uit. | Druk, conductiviteit, temperatuur, UV-absorptie, pH |
Receptuur | Past de pH en concentratie aan en voegt hulpstoffen toe om stabiliteit en therapeutische activiteit te garanderen. | pH, conductiviteit, osmolaliteit |
Steriele filtratie | Laatste filtratiestap van 0,22 µm om deeltjes en bioburden te verwijderen. | Druk, stroom |
Afvullen/afwerken en opslaan | De actieve stof wordt in containers gevuld en onder geschikte omstandigheden opgeslagen. | Gewichts-/volumesensoren, temperatuur |
Bron: “Integrating Continuous and Single-Use Methods to Establish a New Downstream Processing Platform for Monoclonal Antibodies.” Continuous Processing in Pharmaceutical Manufacturing, January 2015.
Oogsten is de eerste cruciale stap in de downstream processing, waarbij cellen en afval uit de bioreactor worden gescheiden om een gezuiverd, celvrij supernatant te verkrijgen. Deze stap wordt gewoonlijk bereikt met behulp van dieptefiltratie of centrifugering voor eenmalig gebruik, met zorgvuldige controle om shear-schade en verstopping van het filter te voorkomen, wat de opbrengst kan verminderen of de kwaliteit in gevaar kan brengen.
Realtime bewaking van de troebelheid detecteert doorbraak van deeltjes of onvolledige zuivering, terwijl de druk verstopping of blokkering van het filter identificeert. De conductiviteit bevestigt de juiste buffersamenstelling en detecteert kruisbesmetting. Door de troebelheid (NTU) en de drukgradiënt over de verschillende runs te volgen, kunnen filters tijdig worden vervangen voordat er sprake is van doorbraak, waardoor de productintegriteit en de procesprestaties worden beschermd. Deze controles zijn in overeenstemming met 21 CFR 211,113(b) over de controle op microbiologische verontreiniging en de vereisten van EU GMP Bijlage 2 voor de verwijdering van bioburden en onzuiverheden.
Chromatografie vastleggen is de primaire zuivering, waarbij het doelmolecuul, zoals monoklonale antilichamen, selectief wordt gebonden aan een complex mengsel met behulp van affiniteitsharsen (bijv. proteïne A) of ionenuitwisselende oplossingen. Zware elutieomstandigheden, zoals een lage pH, kunnen aggregatie veroorzaken, terwijl overbelasting van de kolom de opbrengst en zuiverheid kan beïnvloeden. Inline bewaking van UV-absorptie (280 nm) bevestigt de doelmolecuulconcentratie en detecteert productdoorbraak, pH zorgt ervoor dat de bindings-/elutiecondities worden gehandhaafd, conductiviteit verifieert de nauwkeurigheid van de buffer en kolomdruk identificeert vervuiling of overcompressie. Bewaking van de stroomsnelheid voorkomt pompgerelateerde afwijkingen. Het volgen van deze metingen over cycli biedt vroegtijdige detectie van vervuiling, inzicht in de prestaties van hars en bewijs van procesconsistentie. De online bewaking van deze parameters garandeert gedocumenteerde compliance met gevalideerde profielen en is afgestemd op de richtlijnen voor procesvalidatie van de FDA, evenals ICH Q8/Q9 voor het ontwerp van de controlestrategie.
Het volgen van deze metingen over cycli biedt vroegtijdige detectie van vervuiling, inzicht in de prestaties van hars en bewijs van procesconsistentie. De online bewaking van deze parameters garandeert gedocumenteerde compliance met gevalideerde profielen en is afgestemd op de richtlijnen voor procesvalidatie van de FDA, evenals ICH Q8/Q9 voor het ontwerp van de controlestrategie.
Tussenproduct- en polijstchromatografie verbetert de productzuiverheid verder door proces- en productgerelateerde onzuiverheden te verwijderen, waaronder HCP, DNA, aggregaten en chargevarianten.
Veelvoorkomende benaderingen zijn ionenuitwisseling (IEX), hydrofobe interactie chromatografie (HIC) en gemengde-moduschromatografie. De prestaties kunnen worden beïnvloed door suboptimale bufferomstandigheden of kolomvervuiling die de resolutie vermindert. Continue bewaking van de conductiviteit detecteert fouten in de buffersamenstelling, pH-afwijkingen kunnen de scheidingsselectiviteit beïnvloeden, druk identificeert kolomvervuiling en UV met dubbele golflengte (260/280 nm) traceert de verwijdering van onzuiverheden en productterugwinning.
Deze gegevens vergemakkelijken bufferaanpassingen en ondersteunen voorspellend onderhoud. Door deze parameters na verloop van tijd te bewaken, wordt het buffergebruik geoptimaliseerd en wordt gegarandeerd dat elke cyclus aan de vooraf gedefinieerde klaringsdoelen voldoet. Dit vermindert de afhankelijkheid van off-line analyse en verbetert de algehele procesefficiëntie. Deze parameters zijn afgestemd op de risicogebaseerde procescontroleprincipes van ICH Q8 en Q9. Buffersystemen moeten worden gekwalificeerd en onder gecontroleerde omstandigheden worden opgeslagen voor reproduceerbaarheid.
Virale inactivatie waarborgt de veiligheid van de patiënt door accidentele en endogene virussen te verwijderen of te deactiveren. Veelvoorkomende strategieën zijn lage pH-waarden, behandelingen met reinigingsmiddelen en virusretentieve nanofiltratie. Risico's zijn onder meer aggregatie door langdurige blootstelling aan lage pH of productveranderingen door restwasmiddelen.
Realtime bewaking van de pH garandeert condities voor viral inactivation, temperatuur beschermt de klaringsefficiëntie, druk detecteert filterblokkering en de stroom bevestigt stabiele filtratiesnelheid. UV-absorptie kan productverlies of doorbraak tijdens nanofiltratie aan het licht brengen. Inline drukbewaking is van cruciaal belang om de integriteit van het filter te verifiëren en storingen van de log-reductiewaarde (LRV) te voorkomen. Het volgen van deze parameters over runs heen ondersteunt voorspellend onderhoud, bevestigt naleving van pH/tijdspecificaties en levert gedocumenteerd bewijs voor het behalen van gevalideerde LRV-doelen.
Ultrafiltratie en diafiltratie (UF/DF) bereiden de biologische stof voor op formulering door het product te concentreren en buffers uit te wisselen via tangentiale flowfiltering (TFF). Deze stappen passen het volume en de samenstelling aan terwijl de stabiliteit behouden blijft. Risico's zijn onder meer door shear veroorzaakte denaturatie en onvolledige bufferuitwisseling.
Realtime bewaking van de transmembraandruk (TMP) identificeert membraanvervuiling, UV-absorptie traceert de concentratie, pH en permeaat conductiviteit bevestigen een volledige bufferuitwisseling. Afwijkingen kunnen wijzen op een storing van de pomp, membraandegradatie of een onjuiste eindpuntbepaling. Het volgen van TMP en andere parameters over runs heen ondersteunt het traceren van de membraanconditie, voorspellend onderhoud en consistente cyclusprestaties.
De formulering buffert en stabiliseert de uiteindelijke actieve stof om de potentie en werkzaamheid op lange termijn te behouden. Dit omvat vaak pH-aanpassing en toevoeging van hulpstoffen zoals suikers, oppervlakteactieve stoffen of stabilisatoren. Onjuiste excipiëntniveaus of buffersamenstelling kunnen leiden tot instabiliteit, neerslag of incompatibiliteit van de container.
Continue bewaking van de pH garandeert stabiliteit, conductiviteit bevestigt de juiste buffersamenstelling en osmolaliteit verifieert de excipiëntniveaus. Een onjuiste osmolaliteit kan leiden tot instabiliteit van het product of verminderde werkzaamheid. Het volgen van deze parameters tijdens de productie biedt vroegtijdige bevestiging van de procesconsistentie en vermindert het risico op afwijkingen. Vrijgavebeslissingen zijn gebaseerd op geverifieerde formulatiespecificaties en de kwaliteit van excipiënten volgens de monografieën van USP–NF of Ph. Eur. De best practice omvat het gebruik van vooraf gekwalificeerde partijen hulpstoffen, het verifiëren van de compatibiliteit van containers en het uitvoeren van stabiliteitsstudies volgens de ICH-richtlijnen om de robuustheid van de houdbaarheid te bevestigen.
Steriele filtratie is de laatste sterilisatiestap vóór het afvullen/afwerken, doorgaans met behulp van een 0,22 µm filter om micro-organismen en deeltjes te verwijderen. Belangrijke risico's zijn productverlies door adsorptie of filterdefect. Realtime bewaking van de druk detecteert vervuiling van het filter of verlies van integriteit en de stroom bevestigt een ongehinderde verwerking.
Afwijkingen kunnen wijzen op een dreigend filterstoring of een inbreuk op de steriliteitsgarantie. De gegevenstendens kan dus helpen bij het bevestigen van de filterprestaties en de naleving van EU GMP Bijlage 1 en de FDA-richtlijnen voor aseptische verwerking. Besluitvorming is afhankelijk van succesvolle integriteitstests en het bereiken van het vereiste garantieniveau van steriliteit (SAL). Procescontroles, zoals deeltjes- en bioburdentests, bieden vroegtijdige kwaliteitsbevestiging en ondersteunen een betrouwbare en tijdige vrijgave van batches.
Afvullen/afwerken en opslag voltooien het proces, waarbij het biologische middel aseptisch wordt afgevuld in flacons, injectiespuiten of zakken en onder gecontroleerde omstandigheden wordt opgeslagen om de steriliteit en stabiliteit te behouden.
Risico's zijn onder meer onnauwkeurigheid van het vulvolume, sluitingsfouten en temperatuurschommelingen. Inline gewichts-/volumeverificatie voorkomt non-compliance bij onder-/overvulling en temperatuurbewaking zorgt ervoor dat de opslagomstandigheden binnen de gevalideerde limieten blijven om de potentie en stabiliteit te handhaven.
METTLER TOLEDO Pendotech biedt voorgesteriliseerde sensoren en monitoringoplossingen voor eenmalig gebruik die de nauwkeurigheid en efficiëntie van downstream processing (DSP) verbeteren.
Deze vooraf gekalibreerde druk-, stroom-, UV-, conductiviteits-, pH-, temperatuur- en troebelheidssensoren verzamelen realtime, GMP-conforme gegevens over de filtratie, chromatografie, UF/DF en receptuurprocessen zonder de vertragingen van de reinigingsvalidatie.
Deze sensoren met een laag volume zijn naadloos geïntegreerd in gesloten, steriele systemen en versnellen de technologieoverdracht, verkorten de productwisselingen en versterken de procescontrole. Elektronische batchgegevens voldoen aan 21 CFR Part 11 en Annex 11, naadloos afgestemd op de richtlijnen voor procesvalidatie van de FDA (Stage 3). Dit compliancekader maakt op gegevens gebaseerde activiteiten mogelijk, garandeert een consistente productkwaliteit en geeft producenten het vertrouwen om op te schalen in snel veranderende omgevingen met meerdere producten.
In deze video wordt dieper ingegaan op de belangrijkste beslissing tussen sensoren voor hergebruik en eenmalig gebruik in de bioproductie, met de nadruk op hoe deze keuze van invloed is op efficiëntie, flexibiliteit en compliance met de wet- en regelgeving. Of het nu gaat om grootschalige of modulaire opstellingen: het is belangrijk om de voor- en nadelen van elk sensortype te begrijpen voor een robuuste en efficiënte productie.
