Erkennen Sie Aggregation bevor Ausbeute und Produktqualität beeinträchtigt werden
Erhalten Sie Echtzeit-Einblicke in Proteinkonzentration und Aggregation während UF/DF. Die Inline-Raman-Überwachung ermöglicht Entscheidungen im laufenden Prozess, wodurch die Downstream-Reinigung zu einem kontrollierten, entscheidungsgesteuerten Vorgang wird – statt zu einer Korrektur in der Endphase.
Verlust von Zeit (und Ausbeute) bei UF/DF
Die Ultrafiltration/Diafiltration (UF/DF) ist eine der dynamischsten Stufen in der Downstream-Phase. Sie erfolgt typischerweise nach der Reinigung durch Chromatographie und unmittelbar vor der Endformulierung und Abfüllung und Verpackung, wodurch dies die letzte Gelegenheit ist, Konzentration, Pufferzusammensetzung und Aggregationsrisiko zu korrigieren, bevor der Wirkstoff endgültig fixiert wird.
Proteinkonzentration, Pufferzusammensetzung und Aggregationsneigung können sich sehr schnell ändern – trotzdem jedoch basieren die meisten Strategien zur Prozessüberwachung und -steuerung noch immer auf einer extraktiven, verzögerten Analyse. Durch UF/DF sind die Proteine hohen lokalen Konzentrationen, Scherkräften und schnellem Pufferaustausch ausgesetzt, wodurch sich das Aggregationsrisiko speziell in der Stufe erhöht, in der der Materialwert am höchsten ist.
Mit Intensivierung der Upstream-Prozesse werden die Zeitfenster für die Downstream-Reinigung enger. Das Warten auf Offline-Ergebnisse bedeutet:
- Aggregationsprobleme werden erkannt, nachdem die Ausbeute bereits verloren ist
- Unnötige Unterbrechungen von UF/DF-Vorgängen
- Behebungsmaßnahmen werden zu spät ergriffen, um noch effektiv zu sein
Das Ergebnis sind fragmentierte Downstream-Arbeitsabläufe, längere Zykluszeiten und ein erhöhtes Risiko für die Produktqualität. Da UF/DF in einer späten Phase im Downstream-Prozess erfolgt, führt nach Fertigstellung entdeckte Aggregation oftmals zu irreversiblen Ausbeuteverlusten, Nacharbeiten oder Zurückweisung der Charge, statt zu einer einfachen Parameterjustierung.
Transparenz des Reinigungszustands – und nicht nur des Systemzustands
Herkömmliche Echtzeit-Messungen während der UF/DF-Phase zeigen nicht, ob sich Aggregation entwickelt oder ob der Pufferaustausch wirklich abgeschlossen ist. Diese Informationen stehen nicht in Echtzeit, sondern nur durch eine Offline-Analyse zur Verfügung. Die in den UF/DF-Strömungspfad integrierte Inline-Raman-Spektroskopieanalyse – eine Prozessanalysetechnologie (PAT) – liefert kontinuierliche, nicht extraktive Einblicke in den Reinigungsprozess, während er durchgeführt wird.
Statt allein anhand von Druck, Durchfluss oder Volumen auf den Prozesszustand zu schließen, erhalten Teams direkten Einblick in:
- Entwicklung der Proteinkonzentration während der UF-Phase und Endkonzentration
- Fortschritt des Pufferaustauschs während der Diafiltration
- Spektrale Signaturen im Zusammenhang mit dem Aggregationsverhalten
Diese Unterscheidung ist von entscheidender Bedeutung, weil sich die Attribute der Produktqualität unabhängig von der hydraulischen Stabilität während der UF/DF-Phase entwickeln.
Analyse, die mit der Downstream-Geschwindigkeit Schritt hält
Die Überwachung mittels Raman-Spektroskopie wird über eine durchflussbasierteRaman-Baugruppe implementiert, die spezifisch für die Downstream-Reinigungspfade konzipiert wurde.
Die Konfiguration unterstützt:
- UF/DF-Ströme von geringer Menge und geringer Trübung
- Sterile Vorgänge mit wiederverwendbaren oder Einweg-Durchflussmesszellen
- Integration in Entwicklungsumgebungen mit einem Pfad zur cGMP-Herstellung
Durch Integration der Analyse direkt in den Strömungspfad ist das System auf Geschwindigkeits- und Mengenbeschränkungen moderner Downstream-Prozesse (DSP) ausgerichtet.
Eingreifen, bevor Aggregation zu Verlusten führt
Stehen während der UF/DF-Phase Downstream-Einblicke zur Verfügung, werden Entscheidungen rechtzeitig in den Upstream-Prozess verlagert. Wenn aggregationsbezogene spektrale Trends inline auftreten, können Teams noch immer Konzentrationsraten anpassen, den Pufferaustausch für die Diafiltration modifizieren oder den Prozess vor der Endkonzentration unterbrechen, statt das Problem erst später anhand von Offline-Analysemethoden wie der Größenausschluss-Chromatographie (SEC) zu erkennen.
Durch Implementierung einer vielseitigen PAT, die hochspezifische Einblicke in den Prozess unter Berücksichtigung mehrerer Analyten ermöglicht, brauchen Teams nicht länger auf eine Bestätigung nach dem Prozess zu warten, um zu verstehen, was passiert ist. Sie können:
- Frühzeitig Aggregationstrends erkennen, solange der UF/DF-Vorgang noch wiederherstellbar ist, was eine Minderung des Problems ermöglicht, bevor Ausbeute oder Qualität irreversibel beeinträchtigt werden
- Betriebsbedingungen anpassen, während der Prozess läuft
- Unnötige Prozessunterbrechungen vermeiden
- Entwicklungszyklen durch Reduzierung von Nacharbeiten und Wiederholungsläufen verkürzen
Verbesserungen dank Inline-Überwachung der UF/DF-Phase
Teams, die die Inline-Raman-Spektroskopie während der UF/DF-Phase nutzen, können konkrete Verbesserungen in den Downstream-Prozessen verzeichnen, so u. a.:
- Kürzere UF/DF-Zykluszeiten , da das Warten auf Analysen entfällt
- Weniger Produktverluste durch frühere Aggregationserkennung
- Verbesserte Chargenkonsistenz in Biosimilar-Produktionsläufen
- Weniger manuelle Eingriffe und weniger Justierungen nach Abschluss des Prozesses
- Schnellere DSP-Entwicklung dank PAT-fähigem Prozessverständnis
Über die Ausbeute hinaus schützt ein frühzeitiger Einblick in die Aggregation die Wirksamkeit des Wirkstoffs, die Pharmakokinetik, das Immunogenitätsrisiko und die Akzeptanz des Wirkstoffs durch Regulierungsbehörden – Faktoren, die alle direkt von den Aggregatkonzentrationen in biopharmazeutischen Produkten beeinflusst werden. Diese Vorteile summieren sich über verschiedene Kampagnen hinweg, wodurch sich die Produktkosten für Waren reduzieren und die Markteinführung beschleunigt.
Echtzeit-Überwachung der UF/DF-Prozesse bei Alvotech
Alvotech hat in einer Downstream-Entwicklungsstudie die Inline-Raman-Spektroskopie zur Echtzeit-Überwachung des Proteinreingungsprozesses während der UF/DF-Prozesse eingesetzt. Ziel war nicht nur die Beobachtung des Prozesses, sondern auch die Feststellung, ob das Aggregationsrisiko frühzeitig genug während des UF/DF-Prozesses identifiziert werden könnte, um Downstream-Entscheidungen in Echtzeit zu beeinflussen.
Der Ansatz ermöglichte Echtzeit-Entscheidungen wie:
- Echtzeit-Verfolgung von Konzentrationsänderungen und anderen Prozessparametern
- Erkennung von aggregationsbezogenem Spektralverhalten
- Entwicklung von Vorhersagemodellen durch Kombination von Inline-Raman-Spektroskopie mit vorhandenen analytischen Referenzen
Über das Analyseergebnis hinaus zeigt die Implementierung, wie die Inline-Raman-Spektroskopie die Dynamik der Downstream-Entwicklung verändert – durch Verringerung der Fragmentierung und Ermöglichung schnellerer, sicherer Entscheidungen zur Reinigung, wodurch die Produktqualität sichergestellt wird.
Weshalb Endress+Hauser?
Endress+Hauser unterstützt Downstream- und PAT-Teams vom Prozessverständnis über die Modellentwicklung bis zur Implementierung und hilft ihnen dabei, die Möglichkeiten der Raman-Spektroskopie in entscheidungsrelevante UF/DF-Arbeitsabläufe umzusetzen.
Der Fokus liegt nicht allein auf der Instrumentierung, sondern darauf, frühere Eingriffe, einen höheren Schutz der Ausbeute und widerstandsfähigere Downstream-Prozesse in der biopharmazeutischen Fertigung zu ermöglichen.
Bring real‑time insight into downstream operations
Dieses eBook erläutert, wie die Raman Flow Assembly direkt im Downstream-Prozessfluss Inline-Messungen in Echtzeit ermöglicht. Erfahren Sie, wie die kontinuierliche Überwachung von Konzentration und Zusammensetzung ein frühzeitigeres Verständnis, fundiertere Entscheidungen und eine bessere Steuerung der Downstream-Prozessschritte ermöglicht, ohne dass Sie sich ausschließlich auf verzögerte Offline-Analysen verlassen müssen.
Im Buch erfahren Sie:
- Wo die Inline-Raman-Messung in den verschiedenen Downstream-Prozessschritten Mehrwert schafft
- Wie Echtzeit-Trends von Konzentration und Zusammensetzung den Zeitpunkt für Entscheidungen verbessern
- Weshalb sich die Durchflussmessung von Mikrovolumen für Entwicklungs- und Scale-up-Arbeitsabläufe eignet
- Wie Teams verzögerte Analysen reduzieren und dabei Prozessverständnis und -robustheit verbessern können
