单次使用TFF膜包的经济模型

简介

当将一种工艺从实验室规模放大至生产规模时，开发一种适用于下游纯化工艺步骤的经济模型是一项关键性的任务。一个准确的经济模型必需包括工艺的所有关键点。劳动力、设施以及废液处理的考量会增加准确工艺模型的复杂性。在此，有必要权衡单次使用技术和传统重复使用工艺步骤的优劣。Repligen 的TangenX品牌为生物制药行业提供市面上第一款预消毒、针对单次使用目的而特制的切向流过滤膜包产品。

纯化工艺

建立准确的切向流过滤（TFF）经济模型前，必需对工艺有透彻的理解，而其中，TFF作为基本步骤使用。如果执行得当，工艺模型将是一种非常有价值的工具，其需准确包括纯化工艺的所有关键点。劳动力、设施、管理、耗材以及废液处理的考量都会增加一个准确工艺模型的复杂性。工艺的所有方面需联合起来，形成稳健的操作，并可简单地规模放大至商品化生产工艺。通常情况下，需在计划阶段权衡单次使用技术与重复使用工艺步骤的优劣。

建立工艺模型时，可以将工艺步骤绘于工艺流程图中，见下图。建立流程图后，考量每个步骤的细节，形成经济模型。

单次使用TFF的优势

生物技术行业可以很快地认识到单次使用产品的优势，因其可显著节省时间、劳动力以及成本投入。此外，单次使用的可抛弃产品被认为是一种可规模放大的技术，这种灵活性可提高生产，同时消除CIP清洗、产品验证的必要性。由于不需要消毒步骤，苛性化合物和纯水的使用被最小化或彻底消除，亦降低了交叉污染的风险。相似的理论也可用于切向流过滤。

典型的下游纯化工艺一般会包括数个TFF操作单元。在合适的条件下，执行单次使用TFF工艺可显著节省时间和资源。通常，一个TFF工艺会包括使用前处理、工艺以及使用后处理的多个基本步骤。这些步骤制成如图2饼图，并按操作所需的时间划定百分比。在总工艺时间中，只有50%被用于产品的处理，剩下的时间都被花在了TFF系统的准备和清洗上。

重复使用TFF膜包工艺

• 使用前、后处理花费大量的时间和人力

• 清洗验证需要特定资源

• CIP和冲洗需要大量的水

• 重复使用后，膜性能降低

同样，评估了单次使用TFF。每个步骤绘于图3，并按操作所需的时间划定百分比。此时，总工艺时间的80%被用于产品工艺，相比更加传统的重复使用TFF工艺，增加了工艺效率。

单次使用TFF工艺

• 更多的时间和资源被用于工艺主体

• 劳动力和系统规模最小化

• 降低交叉污染的风险

• 降低设施要求

• 可获得更高的生产灵活性

正如大多数工艺工程师所达成共识的，时间和劳动力的节省可最大限度地降低经济成本。图4比较了与重复使用TFF工艺和单次使用工艺相关的设施和劳动力成本的总量。以50ft2（5m2）浓缩和洗滤工艺为模型，从劳动力和设施的角度所要求的支持水平，分析主要的工艺步骤。然后对设施要求进行细分，并根据每个特定工艺步骤所需的服务，确定管理成本比例。以相似的方式确定劳动力成本比例；管理、操作以及质量人员均加权计算后纳入考量。尽管不同生产点之间的成本会有差异，但与单次使用相关的节省是可测算的。在此情况下，重复使用TFF工艺的操作成本是$28,000USD，相比单次使用工艺的成本为$19,600USD；即每次运行可节省$8,400USD（或约30%）。如假定每周运行一次，该TFF工艺的年节省约为$500,000USD。

TFF的单次使用经济模型

尽管在多数情况下，单次使用TFF可提供显著的优势，但它也可能因操作的规模和频次而出现经济性限制。多个关键因素会影响单次使用TFF的经济性，其中两个是操作所使用的膜面积和膜的循环次数。图5所示为在多种不同工艺规模下，年工艺循环次数和与单次使用TFF相关的经济优势（节省百分比）之间的关系。总体的趋势显示，在较小的规模下，即低于5m2，单次使用TFF技术最具优势。随着规模放大至10m2，该模型预测平衡拐点发生在约20个重复使用循环时。如年工艺循环数低于20个重复使用循环时，更大规模操作可获益。

当然，很多无形的利益会超过与单次使用TFF相关的额外成本，但在该模型中没有计入。该模型主要计入了系统设计、制造、厂房、验证、劳动力、设施、耗材以及废液处置。该经济模型在规划TFF工艺以及决定某一给定工艺规模是选择重复使用还是单次使用膜包时，最有用。

经济模型总结

• 相比传统重复使用TFF，单次使用TFF可提供经济型节省

• 在小至中等规模下，单次使用TFF可提供最大的优势

• 单次使用TFF是CMO的最佳选择

• 还可实现多种无形的优势：

• 交叉污染

• 批次间可重复性

• 生产灵活性

• 模型计入了：

• 系统设备& 制造

• 验证

• CIP循环

• 劳动力&总成本

• 耗材

总结

相比重复使用TFF膜包，单次使用膜包可提供额外的经济性价值。预消毒的膜包安装、缓冲液平衡后，即可在工艺中使用。无需用DI水冲洗或检测水通量，节省时间和资源。由于不需要进行膜清洗和检测水通量的恢复，开发工作、规模放大和工艺的进行可加快50%。每次工艺进行时，使用新的膜，不同运行间的膜性能更加一致。使用单次使用膜包，交叉污染的风险也可最小化。

TangenX Sius 单次使用TFF膜包

Sius单次使用膜包家族经特殊设计，可提供与重复使用产品相当的性能，而成本显著降低。每块膜包预消毒包装，用缓冲液平衡后，即可用于工艺使用。出厂前，每块膜包100%完整性检测，并经低TOC和低内毒素认证。Sius膜包提供0.01m2 – 2.5m2膜表面积范围。这些膜包以创新的生产方法开发，形成高效的生产工艺，从而获得显著低于同等规模重复使用产品的单次使用膜包成本。最重要的是，使用现有的膜包硬件，单次使用膜包可与相应重复使用膜包无缝对换，使其成为多数TFF工艺的理想选择。

参考文献：M.Perreault, Developing an Economic Model for Single-Use Tangential Flow Filtration Cassettes. BioProcess International Conferences, 2008.

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