八因子层析工艺立项建议-填料与层析柱0710.doc

2007年10月关于八因子项目的层析工艺立项提案（社外秘）一、工艺路线借鉴国内外成熟的层析纯化工艺经验，结合自身的研究开发。人血浆八因子的主要工艺技术路线（推荐）：1步层析工艺 + 2步病毒灭活 （其他步骤略）说明：以下的提案内容仅涉及层析工艺部分的内容。二、项目开发计划1、前期准备工作公司内部调研、公司外部调研、讨论该项目开发的必要性和可行性等2、提案与立项与供应商间进行交流、完成项目投资成本的初步估算；八因子项目的研发提案、公司高层的研究决策；八因子项目研发工作的正式立项3、小试阶段层析纯化介质、层析柱的选择；层析纯化条件的优化；层析纯化工艺的初步确立注：拟使用层析纯化介质为Toyopearl DEAE-650M（日本TOSOH公司产品）小试用预装柱柱尺寸：Toyopearl DEAE-650M PAK 22mmI.D.*20cmL （76mLgel）4、中试阶段中试用层析柱的选择；层析纯化条件的进一步优化；（载量、纯度、回收率等指标的确认）批次重复/再现性试验；层析工艺的确立5、设备的引进、安装与调试层析纯化介质使用量的讨论、决定及购买；层析柱选用的讨论、决定及购买；安装调试等6、规模化试生产7、工艺验证（纯化工艺、病毒灭活工艺等）多方通力合作，完成八因子制备工艺的验证工作8、报批9、临床三、项目投资成本的初步估算（层析工艺部分）（一）、层析纯化介质部分1、纯化介质的选用产品：Toyopearl DEAE-650M（日本TOSOH公司）纯化介质粒径分布范围：40-90微米纯化介质孔径大小：1000埃Toyopearl DEAE-650M填料的其他指标请参照产品说明书。2、纯化介质使用量的算出工艺路线一：从血浆直接制备八因子回收率：根据进料量的不同，回收率会出现差异。经验表明，回收率一般在50-90%。（我们的目标为70%）纯度：100-500 I.U./mg八因子前提假设1：0.5I.U.八因子/mL血浆 DEAE-650M的载量：50 I.U.八因子/mLDEAE-650M 每mL DEAE-650M的血浆处理量：100 mL血浆/mLDEAE-650M批次 前提假定2：使用50L的DEAE-650M纯化介质 50L DEAE-650M的血浆处理量：5,000L血浆/50LDEAE-650M批次 前提假定3：纯化介质在使用15-20个批次后进行更换 50L DEAE-650M使用15-20个批次后的血浆处理总量：75,000L-100,000L血浆/50LDEAE-650M（15-20）批次 前提假设4：每L血浆重量为1Kg 50L DEAE-650M使用15-20个批次后的血浆处理总量：75-100吨血浆/50LDEAE-650M（15-20）批次 结论：采用工艺路线一、并结合上述前提假定的情况下，当使用50L DEAE-650M填料进行八因子的纯化时，累计可处理75-100吨血浆原料。工艺路线二：从冷沉淀（Cryoprecipitate）制备八因子前提假设1：2-5 I.U.八因子/mL冷沉淀前提假定2：每L DEAE-650M纯化介质可处理1-2Kg冷沉淀前提假定3：每吨血浆可获得12-15Kg冷沉淀前提假定4：纯化介质在使用30-50个批次后进行更换 结论1：每50L DEAE-650M纯化介质每个批次可处理50-100 Kg冷沉淀。换算成血浆，也就是说每50L DEAE-650M纯化介质每个批次可处理3.3-8.3吨血浆。那么，当纯化介质可使用30-50个批次时，可处理的血浆总量为99-415吨血浆。（调查结果表明：对于从冷沉淀出发制备八因子时，纯化介质的使用寿命要比从血浆出发直接制备八因子要长。从国外某些八因子生产厂家的经验来看，当使用DEAE-650M进行冷沉淀来源的八因子的制备时，纯化介质的使用寿命可以达到100-200个批次。当然，在成本考虑上，同时也需要注意从血浆到冷沉淀等工艺上的投资。） 结论2：每50L DEAE-650M纯化介质每个批次可获得105-5*105 I.U.的八因子。按照纯化介质可使用15-20个批次计算，共可获得1.5*106-107 I.U.的八因子。3、层析工艺研究开发及试生产各阶段层析纯化介质使用量的方案小试阶段：Toyopearl DEAE-650M PAK 22mmI.D.*20cmL （76mLgel） TOSOH公司免费提供中试阶段：Toyopearl DEAE-650M 纯化介质 1-3L TOSOH公司免费提供规模生产：Toyopearl DEAE-650M 纯化介质 50L*1.2（纯化介质装填预留倍数）= 60L 装填推荐工业生产制备柱：Millipore QuikScale 450mmI.D. 制备柱最大可装纯化介质体积：87L 推荐纯化介质装填高度：30cm 推荐纯化介质装填体积：50L4、层析纯化介质的报价纯化介质：Toyopearl DEAE-650M数量：60L总价：约40,000USD/L （FOB Japan）5、层析纯化介质使用中的技术支持对于贵司八因子纯化工艺中涉及纯化介质部分的验证工作（TOSOH公司TOYOPEARL分离纯化介质均已在FDA的药品管理档案（DMF）中注册），TOSOH公司将配合贵司并提供相关服务。（无偿服务）在层析纯化介质的装填、使用、清洗、保存等工作中，TOSOH公司将提供无偿的相关技术支持。此外，TOSOH公司提供相关的技术指导与培训。（二）、层析柱部分根据八因子层析工艺设想，结合Millipore层析柱特点，我们推荐客户使用QuikScale 层析柱，尺寸450550mm（内径高度），柱材质为玻璃。1、QuikScale 层析柱优势：（1） 高流速，产量高层析柱可使用的最高流速为1000cm/hr，耐压最高为7bar（根据柱直径和柱材质不同略有不同）。独特的设计保证了纯化的重现性和可信赖性，可使用多种不同性质的层析介质。（2） 层析介质装填十分方便，快速层析柱的装填、纯化过程以及卸柱都十分迅速，重现性好。不需要直接抬升沉重的柱头，所有的部件均紧固在柱体上。可选的柱底拆卸功能使得卸柱十分简单快速。不需要使用特殊的工具就可以完成所有操作。独特的分配器设计使得柱床均一性好，重现性高。专利的密封圈设计使得操作更为方便。（3） 十分适合工艺放大上图为从胰岛素中纯化卵清蛋白的工艺放大。使用22mm直径的Vantage L实验室规模层析柱放大到450mm直径的QuikScale层析柱，柱体积放大418倍，柱径放大20倍。可以看出，放大的结果非常类似。（4） 多种材质选择，应对多种应用层析柱柱体材料可选用玻璃，有机玻璃（聚丙烯酸），不锈钢材料。可进行在位清洗（CIP）和消毒。下图为内毒素的去除实验：所有接液部分材料的选择和加工均符合FDA规范第21卷170199的要求或USP Class VI中有关毒性测试的要求（5）独特的气泡陷阱设计 在层析应用中，所用溶液的浓度和粘度通常有很大的差异（例如缓冲液或盐溶液）。如果在层析系统中，要求真正的柱塞式流动，那么流体的控制对于保证层析系统的性能就是至关重要的，在这样的系统中，气泡陷井和任何一种含有一定量滞留液体的装置是关键部件之一。普通气泡陷井在普通的气泡陷井中，流入的流动相与滞留的流动相不能充分混合，造成混合过程失控和层析性能不稳定。液体气泡陷井内分层，使得系统无法达到设定条件。在高盐混合时的密度分层 气泡陷井的动态混合QuikScale设计的气泡陷井内有一个液压的导管，能确保流动相在气泡陷井内连续动态混合，确保了产品纯化过程中形成稳定的梯度效果，并且把死体积降到最低限度。流入的液体在气泡陷井内产生半圆形涡流，使液体充分混合，保证了运行过程中对液体的控制。左图是自混型、自排气并具有自动液位控制的气泡陷井的实例。2、八因子项目层析柱具体需求（1）尺寸：推荐使用QuikScale450550mm（直径高度），柱床高度可调范围为0550mm，柱体积可调范围为087L，推荐装柱高度300mm，柱床体积约为50L。（2）材质：玻璃（3）最高耐压：2.5bar（4）建议选配件：气泡陷阱（90mm直径），12个月维修备件（5）服务：提供24次免费装填服务，及时的故障相应（6）报价：约6.5万美金（7）到货期：90120天（8）保修期：从安装日起12个月3、工艺放大期间的安排考虑到项目的实施情况，我方将努力配合客户进行工艺开发。根据项目进展情况，实验室规模的工艺设计和开发将在AKTA系统上进行，我方将提供相应的DEAE-650M预装柱；在中试阶段，我方将尽量提供一台直径100mm的QuikScale层析柱用于工艺研发，并提供相应的DEAE-650M凝胶13L；设备安装阶段，我方将与TOSOH，Millipore公司相关人员一起，落实层析柱的拆箱，柱体安装及填料装填，层析柱柱效评价等工作。4、另外一种选择国内某厂家采用的是Moduline2的层析柱。这种柱子的优点是价格较低，密封圈的压力可调节，维护简单。缺点是装柱较QuikScale复杂，耐压2bar。（1）尺寸：Moduline2 450500mm（直径高度），柱床高度可调范围为0500mm，柱体积可调范围为080L，推荐装柱高度300mm，柱床体积约为50L。（2）材质：玻璃（3）最高耐压：2bar（4）建议选配件：气泡陷阱（G140X250毫米,3BAR,3/4TC卫生接口,3.8L），12个月维修备件（5）服务：提供24次免费装填服务，及时的故障相应（6）报价：约5.5万美金（7）到货期：90120天（8）保修期：从安装日起12个月四、层析系统部分根据八因子项目特点，结合Millipore在层析系统方面的集成开发能力，我们推荐使用KPrime 40 III型系统。1、Millipore公司在层析系统设计方面的经验和技术Millipore具备这样的技术和能力来满足您在分离和纯化方面的所有需求。在各种过滤产品的设计、制造和安装方面，Millipore都具有公认的领先地位。随着Amicon 和Prochrom公司的加盟，Millipore具有了在LPLC、HPLC系统和层析柱设计方面的技术，并且使Millipore公司成为目前唯一一家能够向客户提供完整、系统的纯化方案的公司。杂峰2、管道设计和阀门选择（层析方面）确保不存在对系统的层析效果会产生不利影响的未扫过区域和不必要的残留体积，是层析单元操作的独特要求，如果存在未扫过的区域或者死体积，会导致产品的交叉污染，大大损害产品的质量，并且影响生产效率。 采用传统的堰阀设计的管道都存在这种现象，因为液体或液体中的产品会滞留在管道安装所需要的三通内。当液体流经这些死腔时，由于浓度梯度的作用，污染物会扩散至这些死腔中。使用零静压阀时也存在死腔，因而也会生这种现象。 为了使层析的带宽降至最低，并且降低产品污染的风险，我们建议采用三通阀。这种阀门不需要使用三通，并由于不再使用歧管，减少了残留体积。三通阀的采用使整个层析系统的体积显著减小。这些阀门的使用还减少了焊接和抛光的工作量，提高了整个管道设计的质量。焊接工作量的减少，使得焊接文件和维修工作量也相应减少。Millipore公司是在卫生级管道设计中采用三通阀的先行者。3、（层析的）梯度混合系统 Millipore层析系统（KPrime 系列）使用的梯度形成方式是以高速三通混合阀的脉冲宽度调制为基础的。阀门的启动接口与溶液的进口相连，而通用接口与泵的进口连接，这一技术在很多层析系统中已经成功地使用多年。使用以阀门为基础的梯度形成系统与以泵为基础的梯度形成系统相比具有以下优点：（1）简化梯度形成系统的结构 阀门型梯度形成系统由一个高速三通溶液混合阀、一个泵和一个流量计组成。阀门型梯度形成系统使得所需要的阀门的数量减少，因而简化了安装工作，并减少了系统的验证工作。由于溶液比率的形成是由时间、容积或传感器的反馈信息控制的，因而几乎不需要对梯度形成系统进行校准或维护。为了保证液体的均匀混合，可以采用适当的传感器形成反馈控制回路，在这种情况下，需要对传感器（通常是电导率）进行校准。（2）以泵为基础的梯度形成系统，梯度范围狭窄 取决于系统的要求，如果梯度仅仅是通过泵来形成，则很难同时满足工艺中的梯度和溶液输送这两种要求。 大多数泵有十到一的调节比（即每分钟一至十公升）。很少有泵能提供所需要的梯度范围而没有局限性，比如，蠕动泵压力过低；隔膜式计量泵高流速，高成本；螺杆泵当空转时，弹性垫片将脱落并毁坏。 流量计通常有三十比一的有效调节比。 因此大多数泵型梯度形成系统在狭窄的4：1流速范围内只能达到20%：80%的溶液混合能力，如每分钟520公升。 最后，以泵为基础的梯度形成系统需要更多的硬件：两个泵、两个变频器、两个流量计和更多的管道等，并且运行过程中的安装、维护和验证的工作量和成本都会相应增加。（3）阀门型梯度形成系统具有更大的动态梯度范围 在以阀门分配为基础的梯度形成系统中，溶液的混合和液体的传送是分别由不同的元件来控制的，这使得系统的动态梯度范围有显著的改善。在泵的整个调节范围内，溶液的梯度混合范围是595%。如果选择使用隔膜泵，梯度混合的范围可能达到100比1。不同的应用和硬件的选择，可能使混合性能更好。（4）层析控制系统使Millipore的梯度形成系统无与伦比。阀位的切换时间是至关重要的，同时也与选用的泵的类型和系统的瞬时流速有关。由于能够精确控制阀门在不同进口之间的切换，层析系统就能够精确地控制溶液实际的体积配比。只要控制阀门每一次切换时流入溶液的体积较小，在到达层析柱前，两种溶液就可以充分混合，不需要在线的混合器。与需要在线混合器的泵型梯度形成系统相比，阀门型系统减少了系统内滞留液体的空间。去层析柱 用阀进行的梯度混合（5）如何通过混合阀形成梯度 阀门的切换周期取决于最佳的阀门切换周期和周期内激活阀门所需的时间。在阀门的一个切换周期内，阀门向一个指定进口打开的时间长短决定了该溶液的实际加入量。例如，如果设计的溶液混合比率是10%/90%，阀门在溶液A和溶液B之间切换周期是一秒钟，那么，阀门向进口A打开的时间是100毫秒，向进口B打开的时间是900毫秒。阀门向进口A和进口B开启的时间比例90B10AA进口开启 B进口开启90mS10mS混合阀1秒钟的切换周期的长度阀门型梯度形成系统的典型表现 阀门切换的结果是把溶液按比例混合，溶液在到达层析柱时已经混合均匀了。4、系统制造能力Millipore在全世界各地的许多地方设有制造厂，以满足当地市场的需求。这些制造厂都具有为国际市场设计、制造和检测各类纯化和分离系统及产品的能力。制造方面的多元化使Millipore具备了满足全球市场需求的能力。所有制造厂都通过了ISO9001认证，确保向顾客提供的所有系统都具有一致的质量和性能。M过滤及层析系统的制造厂Millipore制造一系列微滤、超滤和生产型层析系统以满足生化工业的需求。在尺寸和能力上，这些系统包括了从小型的UF超滤系统到大型的高流速HPLC系统的系列产品。这些系统既可以作为独立的操作单元，通过系统上的控制面板进行操作，也可以作为大型纯化设施的一部分与其他单元一起运行。在大型的制药生产厂中，这些系统可以并入大型的DCS或SCADA中央控制网络作为大的操作单元的一部分运行。根据用户要求制造的系统具备了设计和制造系列纯化和分离系统以及层析柱的能力，我们就能够向客户提供完整的生产纯化方案。大型层析系统5、软件设计、质量与控制 Millipore具有丰富的经验可提供一系列自动化纯化方案，从而满足顾客的要求。我们在SCADA平台（如Intellution）应用方面的经验无人能比。我们已经安装了许多需要与整个工厂的PLC网络相连的系统，而这些PLC网络的控制系统都是由第三方供应商开发和安装的。只有那些具有现场质量验证程序，并且有能力对由第三方工程公司所提供的自动化平台进行质量控制的设备供应商才能做到。Millipore可以做到。 Millipore获得了有关计算机控制软件开发和维护 ISO9000/3许可。质控软件的开发，使我们可以在开发、检测、校正和发行每一个自动化系列产品的质控程序时，都可以保持一致性。为维护该认证，我们要接受外部机构的监督和审查，以保证始终与ISO9000/3的要求相符。系统开发周期项目完成项目要求系统验证指标要求功能指标系统硬件设计软件的集成及测试组装及基本功能测试系统安装IQ 立项系统验证可交付的活动后开发阶段开发阶段错误反馈阶段系统检验系统测试软件功能指标软件模块测试调试模块系统制造软件编写和测试象任何产品一样，软件开发也遵循一个包括开发、集成以及维护的生命周期。无论是定型产品还是根据用户要求定制的系统，基于我们在软件开发方面的经验，我们能够理解软件开发和项目管理的需求。Millipore内部有一套清晰地确定软件开发项目每一步骤的特定程序，这一程序既适用于内部开发的软件，也适用于通过第三方承包商、咨询顾问或外部软件开发团队开发的软件。这使得Millipore有能力成为综合程序软件开发团队中的一员，为大型成套设备提供系统和产品。由于将Fix在生物制药领域的应用而被Intellution授予工业优秀奖。6、文件及效用支持 Millipore在世界范围内安装了许多经过验证的用于药物产品纯化的系统，我们的生产厂都经过ISO9001认证。 每一系统都随附一份验证支持文件，包括了系统的指标、结构、检验结果、安装及操作。所提供的文件和服务包括： 系统描述 P&ID管道和仪器图表 装配总图 设备和工艺所需占地面积 原料的质控检测报告 机械图 电路图、示意图、平面布置图 气动装置简图 标识图 所有部件的详细清单 焊接规程和操作 焊接位置图 焊接记录 软件规格 软件操作和功能手册 软件操作规程 系统安装规程 系统操作规程 建议的备件清单 维修保养服务要求生产设备和控制系统 校正程序和周期 设备供应商手册 用户操作手册 现场安装（选项） 操作员培训（选项）每一系统都带有一份工厂IQ和OQ测试手册，确保系统安装和运行与系统说明书一致。IQ和OQ手册举例如下：（1）安装规程，IQ该规程用来证明系统的安装、管道的连接以及电路布线符合相应的制造规范、客户要求和设备供应商规范。安装规程的内容如下： 系统的书面描述 预定用途的描述 所有特定部件已经正确安装的证明文件和部件单独运行的证明文件 电路和机械测试 单个部件的运行测试 部件编号制造商编号序号与料液接触部件的材质 与料液接触部件的材质与生产用料液的兼容性（根据需要） 建议的备件 每年维修所需备件 维修服务要求 生产设备 控制系统 设备和工艺的占地面积 安全及警示的信息与标志 校正程序和周期 运行记录和程序 系统