JP2021502232A - タンクの循環による連続ダイアフィルトレーション - Google Patents

Abstract

液体試料を濾過するためのプロセスおよびシステムが提供される。液体試料のバッチ（複数）は、２つ以上の循環タンク（例えば、第１および第２の循環タンク）に送られることができる。第１の循環タンクを満たすと、生成された保持液を第１の循環タンクまたは収集容器に送って戻すことを含む連続ダイアフィルトレーションのプロセスによって、液体試料の第１のバッチが濾過組立体に送られることができる。第２の循環タンクを満たすと、生成された保持液を第２の循環タンクまたは収集容器に送って戻すことを含む連続ダイアフィルトレーションのプロセスによって、濾過組立体に液体試料の第２のバッチが送られる。総生成物量が処理されるまで、液体試料のバッチ（複数）の充填と連続ダイアフィルトレーションは、２つ以上の循環タンク間で交互に繰り返し続ける。

Description

本願は、出願日が２０１７年１１月１３日である米国仮特許出願第６２／５８５，１３２号の優先権の利益を主張するものであり、その全内容は本明細書に全体が組み込まれる。

ダイアフィルトレーションは、通常、タンパク質やペプチド、核酸、抗体、残基（ｒｅｓｉｄｅｓ）などの標的分子が存在するバイオプロダクション試料から、塩や、任意選択で他の低分子量の種を除去することに関連する。ダイアフィルトレーションの他の用途は、生成物が保持液または透過液のいずれか（または両方）に備われうる精製を含む。ダイアフィルトレーションはバイオプロダクションプロセスのいくつかの段階で実行できるが、緩衝液種を交換し、標的分子を含む最終生成物のプールのｐＨおよび／または導電率を変更するプロセスの最終的なステップとして頻繁に実行されている。

ダイアフィルトレーション中、交互および／または同時の濃縮および希釈ステップにより、試料から塩が「洗い流され」る。ダイアフィルトレーションは通常、バッチ操作（つまり、バッチダイアフィルトレーション）として実行される。この操作では、試料の量が濾過組立体を通過することを数回繰り返して、濾過組立体からの保持液の流れが供給タンクに戻って再循環され、新しい緩衝液が、濾過中に失われた溶媒を補充するために供給タンクに導入される。試料の繰り返される濾過は、最終的な処理条件が満たされるまで続き、その時点で生成物がシステムから回収される。あるいは、試料の量が一連の単回通過濾過組立体（つまり、インラインダイアフィルトレーション）を通過し、濾過の各段階の間に緩衝液が導入されてもよい。一連の単回通過濾過段階でダイアフィルトレーションを実行することにより、ダイアフィルトレーションシステムに対する試料の流入と流出を連続的なものにすることができる。

バイオプロダクション試料（あるいは「生成物」と呼ばれる）の連続的な流入と流出がバッチ濾過プロセスおよび組立体を使用して達成できるダイアフィルトレーションの方法およびシステムが提供される。そのような方法およびシステムは、インラインのダイアフィルトレーションに通常必要とされるよりも少ない膜の面積および／または緩衝液の量を必要としながら、連続的な生成を提供することができる。

一実施形態では、本発明は、液体試料の第１のバッチ（ｂａｔｃｈ）を試料容器（または供給源）から第１の循環タンクに送ることを含む、液体試料を濾過するためのプロセスに関する。第１の循環タンクを満たすと、液体試料の第１のバッチのダイアフィルトレーションによって生成された保持液を第１の循環タンクまたは濃縮濾過組立体または回収用の容器に送って戻すことを含む連続ダイアフィルトレーションのプロセスによって、第１のバッチを第１の循環タンクからダイアフィルトレーション組立体に送る。このプロセスは、第１のバッチがダイアフィルトレーションを経ている間に、液体試料の第２のバッチを試料容器または供給源から第２の循環タンクに送ることをさらに含む。第２の循環タンクを満たすと液体試料の第２のバッチの連続ダイアフィルトレーションによって生成された保持液を第２の循環タンクまたは濃縮濾過組立体または生成物回収用の容器に送って戻すことをさらに含む連続ダイアフィルトレーションのプロセスによって、第２の循環タンクから液体試料の第２のバッチはダイアフィルトレーション組立体に送られる。総生成物量が処理されるまで、液体試料の複数のバッチの充填と連続ダイアフィルトレーション、および液体試料を空にすることを、第１および第２の循環タンク間で交互に繰り返し続ける。

すべての実施形態において、連続ダイアフィルトレーションのプロセスは、タンジェンシャルフロー濾過（ＴＦＦ）のステップを含む。連続ダイアフィルトレーションのプロセスは、例えば、一定量ダイアフィルトレーションのプロセスまたは最適容量ダイアフィルトレーションのプロセスであり得る。さらに、一連の交互の濃縮および希釈ステップを使用して緩衝液の交換を行う不連続ダイアフィルトレーションを使用することもできる。

さらなる実施形態では、液体試料は、第１または第２の循環タンクに送達される前に、例えば、単回通過タンジェンシャルフロー濾過（ＳＰＴＦＦ）プロセスによって濃縮され得る。プロセスは、保持液を後続の濃縮濾過組立体に送達する前に、液体試料の第１および第２のバッチから得られた保持液を保持タンクに交互に送ることを任意にさらに含むことができる。各バッチのダイアフィルトレーションによって生成された保持液は、総生成物量が回収されるまで、単回通過タンジェンシャルフロー濾過（ＳＰＴＦＦ）などの濃縮フィルタ組立体によって交互に濾過されることができる。プロセスは、第１および第２のダイアフィルトレーションタンクの一方を、第１および第２の循環タンクの他方での連続ダイアフィルトレーションのプロセス中に洗浄することをさらに含むことができる。濾過組立体は、第１または第２のダイアフィルトレーションタンクの充填中に洗浄および／またはフラッシングされることができる。

さらに別の実施形態では、プロセスは、液体試料の第３のバッチを試料容器から第３の循環タンクに送り、総生成物量が回収されるまで、第１、第２、および第３の循環タンク間で液体試料のバッチ（複数）の充填および連続ダイアフィルトレーションを交互に繰り返すことを含む。液体試料に対する第３のバッチの連続ダイアフィルトレーションによって生成された保持液を、第３の循環タンクまたは濃縮濾過組立体または生成物の回収用の容器に送って戻すことを含む連続ダイアフィルトレーションのプロセスによって、液体試料の第３のバッチは第３の循環タンクから第２のダイアフィルトレーション組立体に送られることができる。２つのダイアフィルトレーション組立体は、並行して動作するように構成されることができる。

別の実施形態では、本発明は、液体試料を濾過するためのシステムであって、第１および第２の循環タンクと、液体試料の流れを第１または第２の循環タンクに導くように構成された第１のバルブと、連続ダイアフィルトレーション（ＣＤＦ）組立体と、第１または第２の循環タンクからＣＤＦ組立体への液体試料の流れを導くように構成された第２のバルブと、ダイアフィルトレーションポンプと、緩衝液の流れを第１または第２の循環タンクに戻るＣＤＦ組立体の保持液に導くように構成された第３のバルブと、を含むシステムに関する。システムはさらに、第１のバルブを切り替えて液体試料を第１および第２の循環タンクの一方に交互に導くと同時に、第２および第３のバルブを切り替えて連続ダイアフィルトレーションのプロセスにより第１および第２の循環タンクの他方から液体試料をＣＤＦ組立体に導くように、および緩衝液を第１および第２の循環タンクの他方に戻る保持液に導くように、構成されるコントローラを含むことができる。

いくつかの実施形態では、ＣＤＦ組立体は、タンジェンシャルフロー濾過（ＴＦＦ）組立体を含む。システムは、第１および第２のダイアフィルトレーションタンクの上流および／または第１および第２のダイアフィルトレーションタンクの下流の単回通過タンジェンシャルフロー濾過（ＳＰＴＦＦ）組立体をさらに含み、ダイアフィルトレーションの前および／または後に試料を濃縮することができる。システムはまた、第１および第２のダイアフィルトレーションタンクの上流または下流にサージ量を収容ための保持タンクまたは手段を含むことができる。

さらなる実施形態では、システムは第３の循環タンクを含み、コントローラはさらに、ＣＤＦ組立体での連続ダイアフィルトレーションのプロセスにおいて第１、第２、および第３の循環タンク間で液体試料のバッチ（複数）を循環させるように構成される。第１のＣＤＦ組立体と並行して動作するように構成された第２のＣＤＦ組立体が含まれることができる。コントローラはさらに、第１および第２のＣＤＦ組立体の両方での連続ダイアフィルトレーションのプロセスにおいて第１、第２、および第３の循環タンク間で液体試料のバッチ（複数）を循環させるように構成され得る。第３の循環タンクを超える追加の循環タンクは、所与の適用で実用的であり得る数の循環タンクまで追加されることができる。各循環タンクは、別の循環タンクがＣＤＦを受けている間に、異なる機能（例えば、反応化学や不純物のダイアフィルトレーションのための異なる緩衝液）を実行するように構成されることができる。

別の実施形態では、システムはダイアフィルトレーション緩衝液タンクを含む。ダイアフィルトレーションポンプは、ダイアフィルトレーション緩衝液タンクおよび第１および第２の循環タンクと流体連通することができ、または保持液を第１および第２の循環タンクに送るように構成された流体導管と流体連通することができる。システムは、同じまたは異なる緩衝液を有することができる複数のダイアフィルトレーション緩衝液タンクをさらに含むことができる。コントローラはさらに、ダイアフィルトレーションポンプでの緩衝液の流れを制御して、例えば、流量、タンクレベル、タンク、重量、または他の測定可能なパラメータであり得る設定点を維持するように構成され得る。システムは、第１および第２の循環タンクおよびＣＤＦ組立体と流体連通する供給ポンプをさらに含むこともでき、コントローラはさらに、供給ポンプで液体試料の流れを制御して、例えば、流量、膜流入圧力、膜圧力降下、またはその他の測定可能なパラメータであり得る設定点を維持するよう構成される。

さらに別の実施形態では、システムの流体接触流路は、閉鎖システムを作成するために滅菌または消毒され、ガンマ線照射、ＥＴＯ、ＮａＯＨまたは他の方法を使用して滅菌／消毒された、滅菌／消毒組立体を含み、無菌の接続はチューブ溶接または無菌コネクターを使用し、またバイオバーデン制御用の連続ダイアフィルトレーションシステムに対する流入口および流出口ラインにある滅菌フィルタを使用する。

前述の事柄は、同様の参照符号が異なる図全体を通して同じ部分を指す添付の図面に示されるものとして、例示的な実施形態の以下のより具体的な説明から明らかになる。図面は必ずしも縮尺通りではない。代わりに実施形態を説明することに重点が置かれている。

連続ダイアフィルトレーションのプロセスを依然として達成しながら、最小限の構成要素で構成される本発明の連続ダイアフィルトレーションシステムの概略図である。 フラッシングおよび洗浄操作のための追加の機器を含み、また連続ダイアフィルトレーションの前後の両方でＳＰＴＦＦユニット操作部をどのように配置できるかの例を提供する本発明の連続ダイアフィルトレーションシステムの別の例の概略図である。 図２のシステムにおける連続ダイアフィルトレーションのプロセスのステップを示す。 図２のシステムにおける連続ダイアフィルトレーションのプロセスのステップを示す。 図２のシステムにおける連続ダイアフィルトレーションのプロセスのステップを示す。 図２のシステムにおける連続ダイアフィルトレーションのプロセスのステップを示す。 図２のシステムにおける連続ダイアフィルトレーションのプロセスのステップを示す。 図２のシステムにおける連続ダイアフィルトレーションのプロセスのステップを示す。 図２のシステムにおける連続ダイアフィルトレーションのプロセスのステップを示す。 図２のシステムにおける連続ダイアフィルトレーションのプロセスのステップを示す。 図２のシステムにおける連続ダイアフィルトレーションのプロセスのステップを示す。 図２のシステムにおける連続ダイアフィルトレーションのプロセスのステップを示す。 図２のシステムにおける連続ダイアフィルトレーションのプロセスのステップを示す。 図２のシステムにおける連続ダイアフィルトレーションのプロセスのステップを示す。 図２のシステムにおける連続ダイアフィルトレーションのプロセスのステップを示す。 図２のシステムにおける連続ダイアフィルトレーションのプロセスのステップを示す。 第３の循環タンクを含む連続ダイアフィルトレーションシステムの別の例の概略図である。 ＴＦＦフィルタの並列構成を使用した、供給液フラックス対ポンプ通過、および小規模のバッチの必要な面積／流量の実験結果のグラフである。 ＴＦＦフィルタの直列構成を使用した、供給液フラックス対ポンプ通過、小規模のバッチの必要な面積／流量の実験結果のグラフである。 順方向モード回収プロセスを示す概略図である。 逆方向モード回収プロセスを示す概略図である。 ２つの循環タンクを備えた実験的ダイアフィルトレーションシステムを示す概略図である。 実験的な第１の連続ダイアフィルトレーションサイクルの経時的な圧力、膜貫通圧力、生成物回収ＵＶの読み取り、および透過液／緩衝液消費量の変化のグラフである。 ４つの実験的連続ダイアフィルトレーションサイクルについての経時的な圧力、膜貫通圧力、生成物回収ＵＶの読み取り、および透過液／緩衝液消費量の変化のグラフである。 同じ膜でのＤＦの連続する４サイクルのＴＭＰおよび累積透過液量対ダイアフィルトレーション時間のグラフである。 図９から図１２に記載された実験で行われた４つの連続ダイアフィルトレーションサイクルのサイクルの変動結果の表である。 図９から図１３の４つの連続ダイアフィルトレーションサイクルの収量および質量収支の結果の表である。 図９から図１４の４つの連続ダイアフィルトレーションサイクル後に洗浄なしで取得された膜透過性のグラフである。

定義
他に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が関係する当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。

本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、前後関係が明らかに他のことを指示しない限り、複数を含む。

「連続ダイアフィルトレーションのプロセス」または「ＣＤＦプロセス」は、緩衝液を追加し、透過液を除去することによって、ダイアフィルトレーション組立体への流入と流出の中断が最小限に抑えられた状態で液体試料の緩衝液の交換が行われるプロセスを指すために、本明細書で使用される。

「連続ダイアフィルトレーション組立体」または「ＣＤＦ組立体」は、連続ダイアフィルトレーションのプロセスで使用するように構成され、１つ以上の濾過モジュール（ＴＦＦ組立体など）を含む濾過組立体を指すために、本明細書で使用される。

「ＴＦＦ組立体」および「ＴＦＦシステム」は、本明細書では互換的に使用され、流体がシステムの濾過モジュール内の濾過膜の表面に沿って接線方向に移動するタンジェンシャルフロー濾過組立体を指す。

「ＳＰＴＦＦ組立体」および「ＳＰＴＦＦシステム」は、本明細書では互換的に使用され、流体がシステムを１回通過する単回通過モードで動作するように構成された単回通過タンジェンシャルフロー濾過システムを指す。

「濾過組立体」は、１つまたは複数の濾過ユニットまたは濾過モジュール、例えば（以下を含むが限定されない）カセット、らせん巻きフィルタ、カプセル、または中空繊維フィルタを含む組立体を指す。濾過組立体は、直列または並列で動作する１つ以上の濾過ユニットまたは濾過モジュールを含み得る。直列の動作とは、前のモジュールの保持液が次のモジュールの供給液になるモジュールを指す。

「カセット」は、積み重ねられた濾過（例えば、限外濾過または精密濾過）膜シートを含むカートリッジまたは平板のフィルタ要素を指す。

「らせん巻きフィルタ要素」とは、濾過膜シート、および任意選択で、中心コアの周りに巻かれたセパレータ材料を含むフィルタ要素をいう。

「カプセル」は、ホルダなしのカートリッジ内の濾過膜シートまたは濾過材料のマトリックスを含む濾過要素を指す。

「中空繊維フィルタ要素」は、濾過膜管の束を含むフィルタ要素を指す。

「濾過膜」とは、濾過プロセス（例えば、ＴＦＦプロセス、ダイアフィルトレーションのプロセス）において供給液を透過液の流れおよび保持液の流れに分離するための選択的透過性膜を指す。濾過膜には、限外濾過（ＵＦ）膜、精密濾過（ＭＦ）膜、逆浸透（ＲＯ）膜、ナノ濾過（ＮＦ）膜が含まれるが、これらに限定されない。

「限外濾過膜」および「ＵＦ膜」という用語は、一般に、約１ナノメートルから約１００ナノメートルの範囲の孔径を有する膜として定義される、あるいは、膜の「分画分子量」によって定義され、ダルトン単位で表現され、ＭＷＣＯと略される。様々な実施形態において、本発明は、約１，０００ダルトンから１，０００，０００ダルトンの範囲のＭＷＣＯ定格を有する限外濾過膜を利用する。

「精密濾過膜」および「ＭＦ膜」という用語は、本明細書では、約０．１マイクロメートルから約１０マイクロメートルの範囲の孔径を有する膜を指すために使用される。

「供給液」、「供給試料」および「供給液の流れ」という用語は、濾過される濾過モジュールに（例えば、連続的に、バッチとして）送達される溶液を指す。濾過のために濾過モジュールに送達される供給液は、例えば、システムの外部または内部の供給容器（例えば、容器、タンク）からの供給液、またはダイアフィルトレーションシステム上流の前述の濾過モジュールから管内を流れる保持液であり得る。

「生成物」は、供給試料中の標的化合物を指す。典型的には、生成物は、モノクローナル抗体（ｍＡｂ）などの対象の生体分子（例えば、タンパク質）である。これは、保持液または透過液、あるいはその両方に存在できる。

「濾過」という用語は、概して、膜を使用して、供給試料を透過液と保持液の２つの流れに分離する作用を指す。

「透過液」および「濾過液」という用語は、膜を透過した供給液の当該の部分を指す。

「保持液」という用語は、膜によって保持された溶液の部分を指し、保持液は保持された種が豊富な流れである。

「供給液ライン」または「供給液チャネル」は、供給源（例えば、供給容器）から濾過組立体内の１つ以上の処理ユニットに供給液を運ぶための導管を指す。

「保持液ライン」または「保持液チャネル」は、保持液を運ぶための濾過組立体内の導管を指す。

「透過液ライン」または「透過液チャネル」は、透過液を運ぶための濾過組立体内の導管を指す。

本明細書で処理ユニットを説明するために使用される場合、「複数」という用語は、２つ以上の処理ユニット（例えば、２つ以上の濾過ユニット）を指す。

「流体接続」は、液体が１つの構成要素から他の構成要素へ流れることができるように１つ以上の導管（例えば、供給液チャネル、保持液チャネル、透過液チャネル）によって接続される濾過組立体の２つ以上の構成要素を指す。

「処理」とは、対象の生成物を含有する供給液を（例えば、ＴＦＦによって）濾過し、その後、濃縮または精製された形態で生成物を回収する動作を指す。

「サイクルタンク」または「循環タンク」は、本明細書では、使い捨てまたは複数回の使用が可能であり、例えば、プラスチック、ガラス、または金属で構成され、例えば従来のバッチタンク、バッグ、および使い捨てバッグを含む、保持された流体を混合するための内部混合機を受け入れるまたは含むことが可能である、流体を貯蔵するように構成された容器を指すために使用される。サイクルタンクまたは循環タンクはまた、供給液のサージ量を取り込めるように供給液ラインまたは供給液チャネルに一体に構成されることもでき、個別および別個の構成要素である必要はない。ここで説明するタンクが、実行効率を達成するために、良好な混合を実証することが好ましい。これは、例えば、内部混合機の使用によって、および／または混合を助力するためのタンクおよび保持液流入口を設計することによって、達成されることができる。ダイアフィルトレートはタンクに直接追加できるが、混合した流体がタンクに導入される前に、保持液ラインにダイアフィルトレートを追加することが好ましい。

「ポンプ」は、本明細書では、例えば、磁気浮上ポンプ、蠕動ポンプ、またはダイヤフラムポンプを含む、流体に圧力差を適用して、自然流下を誘発するなどの流れを与えるように構成される方法またはデバイスを指すために使用される。

「膜貫通圧力損失」は、濾過膜全体のモジュール平均圧力損失である。

「クロスフロー」は、濾過モジュールの入口と出口の間の保持液の流量である。特に明記しない限り、「クロスフロー」は平均クロスフローを指す。

「透過液フラックス」は、濾過モジュールの透過液チャネル（例えば、リットル／時／ｍ２、ＬＭＨ）における透過液の面積正規化流量を指す。

「クロスフローフラックス」は、濾過モジュールの供給液チャネル（例えば、リットル／分／ｍ２、１ｍｍ）の保持液の面積正規化平均流量を指す。

「バルブ」とは、流体の流れを止め、システムの導管を通る流体の流れを方向転換させる方法または組立体を指す。これには、開いたシステムのタンク間での物理的なチューブの移動、「ピンチ」チューブ、開閉バルブ、制御バルブ、マルチポートバルブが含まれ得る。

例示的な実施形態の説明が続く。

連続的に生産するためのダイアフィルトレーションのシステムと方法
バイオ医薬品業界では、ダイアフィルトレーションは従来から、試料が数回の濾過を繰り返し、緩衝液の交換が数回の繰り返しで段階的に行われるバッチプロセスとして実行されている。従来のバッチダイアフィルトレーションは本質的に不連続な生産プロセスであり、ダイアフィルトレーションシステムへの生成物の流入と流出は、試料が濾過を数回繰り返す間に停止する。バイオ医薬品業界は、そのいくつかのユニット操作（例えば、灌流液の生成と採取、フロースルークロマトグラフィー、単回通過濃縮）の連続処理に移行しているため、生成物の連続的な流入と流出を提供できるダイアフィルトレーションの方法およびシステムが必要である。インラインダイアフィルトレーションは、生成物の連続的な流入と流出を可能にするが、そのようなシステムは、不本意に大きな膜の面積と緩衝液の容量を必要とし、ｃＧＭＰ環境で操作して複数の流れのバランスを取ることが非常に困難になる。不本意に大きな膜の面積および緩衝液の容量を必要とせず、操作が容易である連続的な生産プロセスで、ダイアフィルトレーションを行うことができる、ダイアフィルトレーションのシステムおよび方法が必要とされている。

従来のバッチダイアフィルトレーションは、通常、数時間だけ実行され、複数のポンプの通過によるタンパク質の分解を最小限に抑え、バイオバーデンを管理し、バッチ生成ラインのバランスを調整して、前処理および後処理の操作ステップを考慮する。循環（ｃｙｃｌｉｎｇ）の使用により、バランスの取れた生産ラインに対する連続的な動作、必要な面積を削減するための膜のより長期の利用が可能になり、大幅な複雑さを追加することなく、無菌または消毒の構成要素を備えたコンパクトなシステムで、バイオバーデンを管理できる。

本発明の方法およびシステムにおいて、バッチダイアフィルトレーションは、２つ以上の循環タンクによって提供される供給試料間で操作を繰り返しながら、緩衝液の交換を行うためのコアの操作として実行されることができる。このように、全体のバッチ容量の複数のアリコートがダイアフィルトレーションのために提供され、その結果、ダイアフィルトレーションシステムに対する生成物の連続的な流入および流出がもたらされる。このようなダイアフィルトレーションシステムは、上流または下流に存在する任意のプロセスまたはユニット操作の間、例えば、ＳＰＴＦＦ、反応、クロマトグラフィー、浄化、および／またはウイルス濾過ユニットの操作の間に配置できる。複数のそのようなダイアフィルトレーションシステムは、直列または並列で実行されることができ、クロマトグラフィービーズ、細胞基質、または吸着ポリマーなどの結合生成物を含むことができ、分離と保持を促す膜を使用して行われる一連の連続ステップで生成物が順次吸着、洗浄、溶出、再生される。

ダイアフィルトレーションシステム１００の例が図１に示され、第１および第２の循環タンク１０２、１０４および連続ダイアフィルトレーション組立体１２４を含む。循環タンク１０２、１０４のそれぞれは、流体導管１１６ａ、１１６ｂによって試料容器１１０に接続されている。試料容器１１０は、上流の位置から試料を保管または送るように構成された任意の容器であり得る。試料容器１１０はまた、上流プロセスに接続されるより大きな容積を保持するようにサイズが構成された流体導管の長さであり得る。

ダイアフィルトレーションシステム１００は、バルブ１３２、１３４、１３６、および１３８をさらに含む。試料バルブ１３２は、試料が第１の循環タンク１０２または第２の循環タンク１０４のいずれかに送られるように、流体導管１１６ａ、１１６ｂのいずれかを通る試料の流れを制御するように切り替えられ得る。緩衝液バルブ１３４が切り替えられて、緩衝液が第１の循環タンク１０２または第２の循環タンク１０４のいずれかに送られるように、緩衝液容器１５４およびダイアフィルトレーションポンプ１５２から流体導管１５６ａ、１５６ｂのいずれかを通る緩衝液の流れを制御することができる。供給バルブ１３６は、第１または第２の循環タンク１０２、１０４のいずれかから、流体導管１２６ａ、１２６ｂを通って、連続ダイアフィルトレーション組立体１２４への試料溶液の流れを制御するように切り替えられ得る。最後に、保持液バルブ１３８を切り替えられて、連続ダイアフィルトレーション組立体１２４を出る保持液の流れを、流体導管１２８ａ、１２８ｂのいずれかを介して循環タンク１０２、１０４に戻すか、流体導管１２８ｃを介してシステムから排出し、任意で、生成物容器１４０に向かって流れる前に保持タンク１４８に保存することができる。生成物容器１４０は、最終使用者が使用するための最終形態で保持液が捕捉される最終充填ステップであり得る。任意に、保持液圧力制御バルブ１３９は、連続濾過組立体１２４と保持液バルブ１３８との間に配置される。

ダイアフィルトレーションシステム２００の別の例が図２に示されており、図１のような構成要素のすべてを有している。さらに、この例では、第１の濾過ポンプ１１２および第１の濾過組立体１１４は、試料容器１１０と循環タンク１０２、１０４との間に任意に配置される。第２の濾過ポンプ１４２および第２の濾過組立体１４４は、任意選択で、循環タンク１０２、１０４の下流で、タンク１０２、１０４と生成物容器１４０との間に配置される。

ダイアフィルトレーション前の準備およびダイアフィルトレーション後の洗浄用構成要素は、システム２００に任意選択で含まれることができる。例えば、ダイアフィルトレーション前の準備に関しては、水（例えば、逆浸透脱イオン（ＲＯＤＩ）水）および再生溶液（例えば、洗剤、酵素、酸、塩基など）を貯蔵するための容器１８０、１８２が、第１の洗浄バルブ１７２と流体連通し、これは緩衝液および再生液の流れを連続濾過組立体１２４に選択的に向ける。第２および第３の洗浄バルブ１７４、１７６もまた、連続濾過組立体１２４へのおよびそこからの洗浄溶液の流れを導くために含まれ得る。

バルブ１３２、１３４、１３６、および１３８は、図２に破線で示されているように、コントローラ１６０に任意選択で接続される。コントローラ１６０は、以下でさらに説明するように、バルブ１３２、１３４、１３６、および１３８を切り替えるように構成されることができる。コントローラ１６０はまた、第１および第２の濾過ポンプ１１２、１４２、供給ポンプ１２２、ダイアフィルトレーションポンプ１５２、および保持液圧力制御バルブ１３９のいずれかの動作を制御することができる。コントローラ１６０はまた、任意選択で、洗浄バルブ１７２、１７４、１７６を含む洗浄構成要素を制御することができる。第１および第２の濾過ポンプ１１２、１４２、供給ポンプ１２２、ダイアフィルトレーションポンプ１５２、保持液圧力制御バルブ１３９、および洗浄バルブ１７２、１７４、１７６からコントローラ１６０への接続も、図２に破線で示されている。コントローラ１６０は、例えば、試料の、圧力、重量、体積、流量、時間、および／または濃度の読み取りを提供するデバイスの構成要素上に配置されたセンサから情報を受け取ることによって、ダイアフィルトレーションのプロセスをさらに監視することができる。例えば、重量センサは、循環タンク１０２、１０４、または保持タンク１４８に含まれることができる。バルブ１３２、１３４、１３６、１３８、１７２、１７４、１７６に、またはそれらのバルブの近くに配置されたセンサは、圧力、流量、および／または流体の体積の読み取りを提供することができる。図１の図表に関して明確にするために、そのようなセンサおよびコントローラ１６０へのそれらの各接続は示されていないが、センサは、構成要素間に配置される流体導管を含むシステムの任意の構成要素に、またはそのシステムの任意の構成要素の近くに、配置されることができることを理解されたい。コントローラ１６０は、ダイアフィルトレーションの開始、緩衝液の添加速度および量、回収のフラッシング時間、ならびに洗浄、フラッシング、完全性試験、および再生プロセスを含むシステムの他のプロセスを制御するように構成され得る。

バルブ１３２、１３４、１３６、および１３８の構成は、切り替えバルブまたはマルチポートバルブであり得、ダイアフィルトレーション組立体１２４が連続的に操作されている間に、主要生成物の流れが、充填、ダイアフィルトレーション、および生成物回収操作の間で循環されることを可能にする。

図３Ａから図３Ｎは、図２のシステム２００を使用する連続ダイアフィルトレーションのプロセスの例を示す。任意選択で、太い矢印３０１ａ、３０１ｂ（図３Ａ）によって示されるように、初期の使用前の膜のフラッシング操作が実行され得る。特に、第１、第２、および第３の洗浄バルブ１７２、１７４、１７６は、容器１８０から連続濾過組立体１２４を通して水の流れを方向付けるように切り替えられる。保持液バルブ１３８が流体導管１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃに沿って閉じられ、洗浄バルブ１７６が開かれると、水は、膜のフラッシングに続いてシステム２００を出るように向けられる。さらに、太い矢印３０２ａ、３０２ｂ（図３Ｂ）によって示されるように、任意の使用前の膜平衡化操作がダイアフィルトレーションの前に行われることができる。特に、第１、第２、および第３の洗浄バルブ１７２、１７４、１７６は、容器１５４から連続濾過組立体１２４を通して緩衝液の流れを方向付けるように切り替えられる。

ダイアフィルトレーションのプロセスの開始時に、太い矢印３０３ａ（図３Ｃ）で示されるように、バルブ１３２が切り替えられて、試料容器１１０から第１の循環タンク１０２に生成物の流れを導く。任意選択で、緩衝液の流れは、試料溶液でのタンクの充填の前またはそれと同時に、第１の循環タンクに導入され得る。ダイアフィルトレーションの前に試料を濃縮するために、第１の濾過組立体１１４によって、濃縮ステップが任意選択で実行され得る。図３Ｃから図３Ｎから理解されるように、ダイアフィルトレーションのプロセスの開始時に、ダイアフィルトレーションシステム２００への流入は、試料が処理の完了に近づくまで継続し続けることができる。

第１の循環タンク１０２が、試料の第１のバッチのダイアフィルトレーションを開始するのに十分な容量を収容すると、太い矢印３０３ｂ（図３Ｄ）によって示されるように、バルブ１３２が切り替えられ、試料の流れの方向を第２の循環タンク１０３へ変える一方で、第１のバッチのダイアフィルトレーションが開始される。特に、バルブ１３６および１３８は、太い矢印３０４ａで示されるように、ダイアフィルトレーション組立体１２４および第１のサイクルタンク１０２への、およびそれらからの試料の第１のバッチの流れを送るように切り替えられる。第１のバッチのダイアフィルトレーション中、太い矢印３０４ｂで示されるように、緩衝液を第１の循環タンク１０２、または第１の循環タンクに通じる流体導管に導くために、バルブ１３４が切り替えられる。図３Ｄから図３Ｎから理解されるように、ダイアフィルトレーションの開始時に、ダイアフィルトレーション組立体１２４は、試料が処理の完了に近づくまで連続動作を維持し得る。

試料の第１のバッチに関する処理条件が満たされると、太字の矢印３０５（図３Ｅ）で示すように、試料は保持タンク１４８に送られ、生成物の回収が開始されるまで保管される。保持タンク１４８、および濾過組立体１４４による後続的ないずれかの試料の濾過は、任意である。あるいは、試料は、流体導管によって次の処理または回収段階に直接送られることができる。試料の第１のバッチの生成物が保持タンク１４８に送られると、太い矢印３０３ｂで示されるように、システム２００への試料の流れは第２の循環タンク１０４に続く。試料の第１のバッチの生成物の回収は、太い矢印３０６ａ、３０６ｂ（図３Ｆ）によって示されるように、また以下でさらに説明されるように、緩衝液フラッシングを任意選択で含むことができる。

試料バッチ（複数）のダイアフィルトレーションの間に、以下でさらに説明する太い矢印３０７ａ、３０７ｂ（図３Ｇ）によって示されるように、循環タンク１０２は任意でパージされることができる。

第２の循環タンク１０４が、試料の第２のバッチのダイアフィルトレーションを開始するのに十分な容量を収容すると、太い矢印３０３ａ（図３Ｈ）によって示されるように、バルブ１３２が切り替えられ、試料の流れの方向を第１の循環タンク１０２へ戻す一方で、第２のバッチのダイアフィルトレーションが開始される。特に、バルブ１３６および１３８は、太い矢印３０８ａで示されるように、ダイアフィルトレーション組立体１２４および第２のサイクルタンク１０２への、およびそれらからの試料の第２のバッチの流れを送るように切り替えられる。第２のバッチのダイアフィルトレーション中、太い矢印３０８ｂで示されるように、緩衝液を第２の循環タンク１０４、または第１の循環タンクに通じる流体導管に導くために、バルブ１３４が切り替えられる。

試料の第２のバッチに関する処理条件が満たされると、太字の矢印３０９（図３Ｉ）で示すように、試料は保持タンク１４８に送られ、さらに生成物の回収ステップが開始されるまで保管される。

保持タンク１４８が生成物の回収を開始するのに十分な容量を収容すると、試料の流れは、太い矢印３１０（図３Ｉ）で示されるように、保持タンク１４８から、第２の濾過ポンプ１４２および第２の濾過組立体１４４を通って、容器１４０に送られる。図３Ｉから図３Ｎから理解されるように、保持タンク１４８からの生成物回収の開始時に、ダイアフィルトレーションシステム２００からの流出は、試料が処理を完了するまで継続したままであり得る。

試料の第１のバッチと同様に、試料の第２のバッチの生成物の回収は、太い矢印３１１ａ、３１１ｂ（図３Ｊ）で示されるように、任意選択で緩衝液フラッシングを含めることができる。試料バッチのダイアフィルトレーションの間に、太い矢印３１２ａ、３１２ｂ（図３Ｋ）で示されているように、循環タンク１０４は任意でパージされることができる。

太い矢印３１３ａから３１３ｄ（図３Ｌ）で示すように、試料バッチ（複数）のダイアフィルトレーションの間に、ダイアフィルトレーション組立体１２４が緩衝液、水、および／または再生液でフラッシングおよび／またはバックフラッシングされる場合、任意選択で、迅速な膜再生プロセスが実行され得る。このような再生プロセスは、試料の流入物が循環タンクの１つ（例えば、図３Ｌの太い矢印３０３ａで示されるように第１の循環タンク１０２）に送られ続けることが可能であるので、システムからの流入および流出を中断することなく行われ得る。また、試料の流出物は、（太い矢印３１０によって示されるように）保持タンク１４８から離れるよう送られ続けることができる。

試料の第２のバッチのダイアフィルトレーション、およびいずれかの任意選択の緩衝液フラッシングまたは再生プロセスが完了すると、太い矢印３０４ａ、３０４ｂ（図３Ｍ）で示されているように、試料の第３のバッチのダイアフィルトレーションが始まり、試料が第１の循環タンク１０２から送られ、循環タンク１０２に緩衝液を送る。システムは、サイクルタンク１０２と１０４との間で、試料のバッチ（複数）の充填と連続ダイアフィルトレーションを、交互に繰り返し続ける。そのような循環の間、ダイアフィルトレーション組立体１２４は、連続的に動作することができる。さらに、システムへの流入およびシステムからの流出（太い矢印３０３ａ、３０３ｂ、および３１０によって示されるように）もまた、連続的であり得る。

図３Ｎに示すように、試料のすべてのバッチ（複数）のダイアフィルトレーションが完了に近づくと、システムへの流入および濾過組立体１２４の動作が停止でき、生成物の回収を完了することが可能になる。

ダイアフィルトレーションシステム１００および２００は、２つの循環タンク１０２、１０４および１つの保持タンク１４８を含むように示されているが、他の構成も可能である。例えば、３つ、４つ、５つ、またはそれ以上の循環タンクがシステムに含まれることができる。さらに、上記のように、保持タンクを含めることは任意選択である。ダイアフィルトレーションシステムの代替構成が図４に示される。ダイアフィルトレーションシステム３００は、第３の循環タンク１０６を含む。バルブ１３４ａ、１３６ａ、および１３８ａは、それぞれ、３つのサイクルタンク１０２、１０４、および１０６のいずれかへの／からの、緩衝液の流れ、供給液の流れ、および保持液の流れを送るように構成される。システム３００はさらに、３つのサイクルタンク１０２、１０４、および１０６のいずれかからの試料の流れを制御するように構成された流出バルブ１４６を含む。したがって、任意のサイクルタンク１０２、１０４、および１０６は、ダイアフィルトレーションの前または後のいずれかに試料のバッチを保存することができ、ダイアフィルトレーションのプロセスは、３つのタンク間で繰り返すことができる。

システム１００、２００、３００は、タンク間の循環に加えて、ダイアフィルトレーションのプロセスを並行して操作し、および／またはダイアフィルトレーション組立体間で循環させることができるように、追加のダイアフィルトレーション組立体を任意選択でさらに含むことができる。

一実施形態では、本発明のシステムは、タンジェンシャルフロー濾過（ＴＦＦ）組立体である連続ダイアフィルトレーション組立体を包含する。ＴＦＦ組立体には、カセット、らせん巻きフィルタ要素、カプセル、または中空繊維フィルタ要素を含めることができる。ＴＦＦはまた、同一ユニット操作における試料の濃縮を可能にすると同時に、緩衝液の交換を実行するための効率的な方法を提供する。そのため、ＴＦＦはダイアフィルトレーションのプロセスでの使用に有利である。

別の実施形態では、本発明のシステムは、ダイアフィルトレーションの前／後に試料を濃縮するために、ダイアフィルトレーション組立体の上流および／または下流に位置するＴＦＦ組立体（例えば、濾過組立体１１４および１４４）を含む。このようなＴＦＦ組立体は、単回通過ＴＦＦ組立体（ＳＰＴＦＦ）にすることができる。ＳＰＴＦＦ組立体、およびその後の同ダイアフィルトレーションを使用する方法は、以下でさらに説明されるように、緩衝液フラッシングプロセスの使用により、より高度の生成物の回収を有利に可能にする。緩衝液フラッシングプロセスの最後のＳＰＴＦＦステップがない場合、回収された生成物は過剰な緩衝液で希釈される。

実施形態では、本発明のダイアフィルトレーションシステムは、従来のバッチタンク、ポンプ、および制御バルブなどの標準的なバイオプロダクション用設備を含む。システムはさらに、循環タンクおよびダイアフィルトレーション組立体と流体連通しているバルブおよび／またはマルチポートバルブを切り替えることを含み、ダイアフィルトレーション組立体が連続的に動作している間に、主要生成物フローを充填、ダイアフィルトレーション、および生成物回収操作の間で循環させることができる。

本発明のシステムおよび方法は、連続的な生成を実現しながら、生成物のより小規模のアリコートがダイアフィルトレーションを経ることを、有利にも可能にする。より小規模のアリコートをダイアフィルトレーションすることにより、処理時間、したがってポンプの通過回数は、通常のバッチダイアフィルトレーションのプロセスよりも短くすることができる。生体分子はポンプや濾過装置を通過する間に損傷を受ける可能性があり、これにより生成物の収率が低下する可能性があるため、試料のポンプ通過回数を制限することが望ましい。さらに、このようなシステムと方法は、他の処理操作とインラインで使用されることができると同時に、バイオ処理操作の高次の緩衝液交換要件も満たせる。試料を複数のアリコートに分割することにより、より小さなサイクルタンクと濾過組立体が使用されることができ、システムの設置面積を縮小し、サイクル時間を短縮できる。さらに、連続的に動作するダイアフィルトレーション組立体を通して生成物の複数のサイクルを順次実行することにより、従来のバッチダイアフィルトレーションで発生するような、バッチ間のアイドル時間を排除できる。ダイアフィルトレーション組立体の連続操作により、膜の面積あたりのタンパク質の負荷を増やすことができ、そのため、プロセスの最後に膜を廃棄し、その結果、洗浄時間、洗浄液、および再利用と再検証の除くことが、特に大規模な稼働では、経済的に実行可能になる。

実施形態では、十分な時間が各ダイアフィルトレーションサイクルの最後に残り、より多くの量の生成物を回収するための緩衝液フラッシングを提供する（図３Ｆ、図３Ｊ）。例えば、緩衝液、空気、または重力ドレンを導入して、ダイアフィルトレーション組立体の膜にもしくは膜内に位置する追加の生成物を、または流体導管／配管に位置する追加の生成物を、現在のサイクルタンクに押して戻す（バックフラッシングまたはフラッシングとも呼ばれる）ように、緩衝液フラッシングは実行されることができる。その後、サイクルタンクの内容物は、後続のユニット操作のための供給液として提供される。あるいは、試料は最初にサイクルタンクからポンプで排出され、次に緩衝液によって別の生成物収集タンクに追い出され、その内容物はその後、次のユニット操作のための供給液として提供される。

さらなる実施形態では、十分な時間が各ダイアフィルトレーションサイクルの最後に残り、膜で実行される高速再生サイクルを提供する。これは、長時間のサイクリング操作にわたる一定のダイアフィルトレーションフラックスを維持するのを補助する。高速再生サイクルは、各ダイアフィルトレーションサイクルの後に実行する必要がない場合があり、定期的に、または必要に応じて実施されることができる。

さらに別の実施形態では、すべてのダイアフィルトレーションサイクルに続いて、システムは完全または部分的な定置洗浄（ＣＩＰ）処置を経る。あるいは、またはさらに、流体導管およびシステムの構成要素のすべてまたは一部が交換される。例えば、使い捨てモジュールを含むＴＦＦ濾過組立体は、そのようなモジュールを取り除いて廃棄してもよいし、使い捨てバッグを含む循環タンクは、そのようなバッグを廃棄してもよい。

ダイアフィルトレーションは、様々な制御方法で実行されることができる。一実施形態では、連続ダイアフィルトレーションのプロセスは、試料の総容量がダイアフィルトレーション全体を通じて一定の値に維持される一定量のダイアフィルトレーションのプロセスである。一定量のダイアフィルトレーションのプロセスでは、濾液が除去されるのと同じ速度で緩衝液がサイクルタンクに追加される。あるいは、従来のバッチダイアフィルトレーションのプロセスが実行されることができる。このプロセスでは、大量のダイアフィルトレーション緩衝液がサイクルタンクに追加され、一定の保持容量に達するまで試料が繰り返し濃縮濾過される。特定の保持量に達すると、追加の緩衝液が加えられ、所望の緩衝液の総量が追加されるまでプロセスが繰り返される。

別の実施形態では、本発明の連続ダイアフィルトレーションのプロセスは、最適なダイアフィルトレーションのプロセスである。最適なダイアフィルトレーションのプロセスでは、特定の用途での、緩衝液の使用、生成物の収量、および緩衝液の交換を最適化するように、生成物の体積と濃度をプロセス全体で制御された経路に沿って変更することが可能である。最適なダイアフィルトレーションのプロセスは、例えば、緩衝液の交換に加えて、核酸生成物を含む試料からのタンパク質の分離も伴うダイアフィルトレーションのプロセスなど、試料に部分的に保持されている成分の除去が望まれる操作に特に適していることがある。

ダイアフィルトレーションの制御方法は、様々な制御方法によって実行されることができる。一実施形態では、連続ダイアフィルトレーションのプロセスは、ＴＦＦ膜クロスフローおよび膜貫通圧力（ＴＭＰ）の監視および調整を通じて制御される。ＴＦＦ膜のクロスフローは、供給ポンプの供給液の流量、保持液の流量、平均クロス流量、および／または圧力降下設定値を調整することで制御されることができる。ＴＭＰは、保持液圧力制御バルブ、またはサイクルタンクにかかるオーバーレイ圧力によって制御されることができる。ダイアフィルトレーション中、再循環する生成物の容量は、一定の設定値（例えば、一定量のダイアフィルトレーション）に制御されることができ、またはサイクルタンクの生成物および／または緩衝液種の濃度を最適化するアルゴリズムに基づいた可変の設定値（例えば、最適なダイアフィルトレーション）に制御されることができる。容量の制御は、レベルプローブまたはサイクルタンクに関連付けられたロードセルによって監視されることができる。あるいは、流量計、積算計、および／または重量計を使用して、緩衝液添加流量と透過液除去流量を測定できる。そのような測定は、コントローラ（例えば、コントローラ１６０）に提供され得、これは、ダイアフィルトレーションのプロセスをモニタリングし、バルブの切り替えまたはポンプ速度の調整などによって、クロスフローおよびＴＭＰに対する調整をもたらし得る。

また、ダイアフィルトレーションのエンドポイント制御は、様々なエンドポイント制御方法によっても実行されることができる。一実施形態において、ダイアフィルトレーションのエンドポイントは、システムの流体導管およびタンクに、または流体導管およびタンクの近くに配置された流量積算計または重量計によって測定される、加えられたダイアフィルトレーション緩衝液の総量および／または除去された透過液の総量に基づくか、時間ベースの測定値に基づくことができる。別の実施形態において、ダイアフィルトレーションのエンドポイントは、適切な緩衝液交換が起こったことを示す透過液または保持液の流れの測定可能な質に基づいて、作動され得る。例えば、ダイアフィルトレーションのエンドポイントは、ＴＦＦやイオン交換クロマトグラフィーのプロセスなどの次のステップの前にダイアフィルトレーションが実行されて導電率を低下させる、導電率の低下などの溶液の調整手段であり得る。測定可能な質の例は、ラインでのまたはインラインでの、ｐＨ、導電率、屈折率、ＵＶ、濁度、粒子サイズの測定値、または賦形剤、不純物、または標的生成物の濃度のほぼリアルタイムの直接的な測定値（例えば、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）またはその他の分析機器によって判定される）を含む。

生成物の回収は、様々な回収方法によっても実行されることがある。一実施形態では、供給ポンプおよび／またはダイアフィルトレーションポンプ（例えば、ポンプ、１２２、１５２）について、流量および／またはポンプの速度設定値が監視される。さらなる実施形態では、レベル、重量、および／または空気センサから得られた測定値、測定された容積の合計、時限排水時間、またはタンクが空であることを感知する他の手段に基づいて、タンク回収エンドポイントが監視および制御される。

最後に、緩衝液フラッシングの回収は、様々な回収方法によって制御されることができる。いくつかの実施形態では、緩衝液フラッシングは、緩衝液ポンプの流量、速度、および／または吐出圧力に基づいて監視および制御される。緩衝液フラッシングのエンドポイントは、フラッシング期間、合計容量、緩衝液の容器の回収容器の重量、空気センサ、またはタンパク質／緩衝液の他の測定可能な質、例えば紫外（ＵＶ）信号によって作動され得る。

いくつかの実施形態では、緩衝液の交換を行うことに加えて、連続ダイアフィルトレーションシステムおよび方法は、任意選択で、他の試料成分からの比較的低分子量の種の濾過も提供することができる。保持された構成要素から得るフィルタ透過性構成要素の例は、タンパク質から得る塩、核酸から得るタンパク質、細胞またはフロックから得るタンパク質生成物、細胞から得るウイルスおよび宿主細胞タンパク質、タンパク質から得るリフォールディング試薬、タンパク質から得るアルコール、ＰＥＧ化タンパク質から得る未反応ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、抗体薬物複合体（ＡＤＣ）から得る未反応毒素、および結合型ワクチンから得る未反応炭水化物を含む。

本発明のシステムおよび方法は、分離される分子に応じて、精密濾過、限外濾過、逆浸透、またはナノ濾過によるダイアフィルトレーションを含むことができる。適切なダイアフィルトレーション膜の特定の例は、Ｂｉｏｍａｘ（Ｒ）−３０ｋＤの膜およびＵｌｔｒａｃｅｌ（Ｒ）−３０ｋＤ膜（ＥＭＤ Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ、マサチューセッツ州ベッドフォード）、または対象の構成要素を保持するための他の適切な膜サイズのカットオフを含む。

本発明のシステムおよび方法での使用に適した緩衝液の例は、水、精製水、リン酸緩衝生理食塩水（ＰＢＳ）、酢酸塩、およびヒスチジンを含む。

例示
例１：小規模バッチ処理の実現可能性
８ダイアボリュームの緩衝液の交換を達成するために必要な時間、膜の面積、ポンプの通過を決定する、直列または並列に配置された１つまたは２つの膜デバイスを使用して、様々な供給液フラックスでの標準の再循環ＴＦＦシステムを介して６７ｇ／ＬのポリクローナルＩｇＧ溶液のダイアフィルトレーションを実行することにより、試料の小規模バッチ（約２００ｍＬ）の処理の実現可能性が、ラボベンチスケールで実証された。

膜の面積、ポンプの通過、および供給液フラックスの関数としての供給液流量の間のトレードオフが、並列装置については図５に、直列装置については図６に示されている。並列構成の総実行時間は１３．３３時間／日であったが、同等のバッチダイアフィルトレーションシステムでは３時間で、面積は４．４倍減少した。ダイアフィルトレーションのための最適面積および供給液フラックスの判定は、図５の長方形のボックスに示されている。同等のバッチダイアフィルトレーションシステムのプロセスの詳細が表１に示されている。

典型的なバッチの推奨よりも低い供給液フラックスで直列または並列の流れで実行される小さい膜の面積により、通常必要なポンプ通過数の０．３から０．６で、１日あたり２から４倍のｋｇ／ｍ^２の処理が可能になる。

例２：生成物の回収
順方向モード（非循環生成物回収容器の外へ、図７）と逆方向モード（同じサイクルの再循環容器に戻る、図８）の両方で生成物の回収率が評価されて、達成可能な回収率、対、回収に必要な緩衝液の希釈の程度を定量化した。

収量は４つの構成すべてで９８％を超え、タンパク質濃度は約３０から５０％に希釈された。これらのデータは表２に示されている。

質量収支は、１つのサイクルからの１％未満の残留タンパク質がタンクに残っていることを示し、この残留たんぱく質は、次のサイクルへのキャリーオーバーが問題にならないように、利用可能な時間枠内で容易にフラッシングされて排出された。

例３：プロセス性能と一貫性
プロセス性能と一貫性が、図９に示す２循環タンクの構成の４つの連続したサイクルで、サイクル間で洗浄を行わずに実証された。各サイクルのステップが表３に示されている。結果が図１０から図１５に示されている

供給液の流量、保持液の圧力、タンクレベル、およびダイアフィルトレーション（ＤＦ）、および緩衝液の追加量はすべて、４サイクルにわたって設定点に制御された。

サイクルタイム、ダイアボリュームの数、収量、最終的なタンパク質濃度、および質量収支は、４つのサイクルすべてで一貫していた。

矢印付きの図１４のセルに反映されているように、実験で使用された容器は、約２ｍｌの容量を保持するリップを有しており、この約２ｍｌの容量は、タンクの回収中には回収されることができない。この実験では、その容量は、サイクル１と２の後で回収されず、サイクル３と４に持ち越され、そのため、サイクル３と４でタンクの残余として出てくる。その容量は、サイクル３および４の後に収集された。サイクルの収量を計算するために、サイクル３と４の後に収集された容量が、サイクル１と２の容量に追加された。排水機能を改善するように、あるいは実行され得る緩衝液追加回収方法を改善するように、タンクの設計は最適化され得る。

サイクル間で洗浄が実行されていなくても、プロセスのフラックスの劣化は見られず、プロセスが大幅に長い期間維持されることができる可能性が高いことを示している。

本明細書に引用されたすべての特許、公開された出願および参考文献の教示は、それらの全体が参照により組み込まれている。

例示的な実施形態が特に示され、説明されたが、添付の特許請求の範囲に含まれる実施形態の範囲から逸脱することなく、形態および詳細に様々な変更を加えることができることは、当業者に理解される。

Claims (26)

1. 液体試料を濾過するためのプロセスであって、
   液体試料の第１のバッチを試料容器から第１の循環タンクに送ることと、
   第１の循環タンクを満たすと、液体試料の第１のバッチのダイアフィルトレーションによって生成された保持液を第１の循環タンクまたは濃縮濾過組立体に送って戻すことを含む連続ダイアフィルトレーションのプロセスによって、液体試料の第１のバッチを第１の循環タンクからダイアフィルトレーション組立体に送ることと、
   液体試料の第１のバッチのダイアフィルトレーション中に、液体試料の第２のバッチを試料容器から第２の循環タンクに送ることと、
   第２の循環タンクを満たすと、液体試料の第２のバッチのダイアフィルトレーションによって生成された保持液を第２の循環タンクまたは濃縮濾過組立体に送って戻すことを含む連続ダイアフィルトレーションのプロセスによって、第２の循環タンクから液体試料の第２のバッチをダイアフィルトレーション組立体に送ることと、
   総生成物量が処理されるまで、液体試料の複数のバッチの充填と連続ダイアフィルトレーション、および液体試料を空にすることを、第１および第２の循環タンク間で交互に繰り返し続けることと、
   を含む液体試料を濾過するためのプロセス。
2. 連続ダイアフィルトレーションのプロセスがタンジェンシャルフロー濾過（ＴＦＦ）のステップを含む、請求項１に記載のプロセス。
3. 液体試料が、第１または第２の循環タンクに送られる前に濃縮される、請求項１に記載のプロセス。
4. 液体試料が、単回通過タンジェンシャルフロー濾過（ＳＰＴＦＦ）のプロセスを使用して濃縮される、請求項３に記載のプロセス。
5. 保持液を濃縮濾過組立体に送達する前に、保持液を液体試料の第１および第２のバッチから保持タンクに交互に送ることをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
6. 液体試料の第１のバッチの連続ダイアフィルトレーションによって生成された保持液と、総生成物量が回収されるまで、濃縮フィルタ組立体を通して液体試料の第２のバッチの連続ダイアフィルトレーションによって生成された保持液とを、交互に濾過することをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
7. 濃縮濾過組立体における保持液の濾過が、単回通過タンジェンシャルフロー濾過（ＳＰＴＦＦ）のステップを含む、請求項６に記載のプロセス。
8. 第１および第２のダイアフィルトレーションタンクの一方を、第１および第２のダイアフィルトレーションタンクの他方での連続ダイアフィルトレーションのプロセス中に洗浄することをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
9. 第１または第２のダイアフィルトレーションタンクの充填中にダイアフィルトレーション組立体をフラッシングすることをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
10. 連続ダイアフィルトレーションのプロセスが、一定量のダイアフィルトレーションのプロセスである、請求項１に記載のプロセス。
11. 連続ダイアフィルトレーションのプロセスが最適容量ダイアフィルトレーションのプロセスである、請求項１に記載のプロセス。
12. 液体試料の第３のバッチを試料容器から第３の循環タンクに送り、総生成物量が回収されるまで、第１、第２、および第３の循環タンク間で液体試料のバッチ（複数）の充填および連続ダイアフィルトレーションを交互に繰り返すことをさらに含む、請求項１に記載のプロセス。
13. 液体試料に対する第３のバッチの連続ダイアフィルトレーションによって生成された保持液を、第３の循環タンクまたは生成物回収用の濃縮濾過組立体に送って戻すことを含む連続ダイアフィルトレーションのプロセスによって、液体試料の第３のバッチを第３の循環タンクから第２のダイアフィルトレーション組立体に送ることをさらに含み、ダイアフィルトレーション組立体は並行して動作するように構成される、請求項１２に記載のプロセス。
14. 液体試料を濾過するためのシステムであって、
    第１および第２の循環タンクと、
    液体試料の流れを第１または第２の循環タンクに導くように構成された第１のバルブと、
    連続ダイアフィルトレーション（ＣＤＦ）組立体と、
    第１または第２の循環タンクからＣＤＦ組立体への液体試料の流れを導くように構成された第２のバルブと、
    ダイアフィルトレーションポンプと、
    緩衝液の流れを第１または第２の循環タンクに戻るＣＤＦ組立体の保持液に導くように構成された第３のバルブと、
    第１のバルブを切り替えて液体試料を第１および第２の循環タンクの一方に交互に導くと同時に、第２および第３のバルブを切り替えて液体試料を連続ダイアフィルトレーションのプロセスにより、第１および第２の循環タンクの他方からＣＤＦ組立体に導くように、および緩衝液を第１および第２の循環タンクの他方に戻る保持液に導くように、構成されるコントローラと
    を含む、液体試料を濾過するためのシステム。
15. ＣＤＦ組立体が、タンジェンシャルフロー濾過（ＴＦＦ）組立体を含む、請求項１４に記載のシステム。
16. 第１および第２のダイアフィルトレーションタンクの上流に単回通過タンジェンシャルフロー濾過（ＳＰＴＦＦ）組立体をさらに含む、請求項１４に記載のシステム。
17. 第１および第２のダイアフィルトレーションタンクの下流に保持タンクをさらに含む、請求項１４に記載のシステム。
18. 第１および第２のダイアフィルトレーションタンクの下流に単回通過タンジェンシャルフロー濾過（ＳＰＴＦＦ）組立体をさらに含む、請求項１４に記載のシステム。
19. 第３の循環タンクをさらに含み、コントローラが、ＣＤＦ組立体での連続ダイアフィルトレーションのプロセスにおいて、第１、第２、および第３の循環タンクの間で液体試料のバッチ（複数）を循環させるようにさらに構成される、請求項１４に記載のシステム。
20. 第１のＣＤＦ組立体と並行して動作するように構成された第２のＣＤＦ組立体をさらに含み、コントローラがさらに、ＣＤＦ組立体の両方での連続ダイアフィルトレーション処理において第１、第２、および第３の循環タンクの間で液体試料のバッチ（複数）を循環させるように構成される、請求項１９に記載のシステム。
21. ダイアフィルトレーション緩衝液タンク、ダイアフィルトレーションタンクならびに第１および第２の循環タンクと流体連通しているダイアフィルトレーションポンプ、または、保持液を第１および第２の循環タンクに導くように構成された流体導管、をさらに含み、コントローラが、さらに、ダイアフィルトレーションポンプで緩衝液の流量を制御するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。
22. 第１および第２の循環タンクならびにＣＤＦ組立体と流体連通する供給ポンプをさらに備え、コントローラが、供給ポンプでの液体試料の流量を制御するようにさらに構成される、請求項１４に記載のシステム。
23. 液体試料を濾過するためのプロセスであって、
    液体試料の第１のバッチを試料容器から第１の循環タンクに送ることと、
    第１の循環タンクを満たすと、液体試料の第１のバッチのダイアフィルトレーションによって生成された保持液を第１の循環タンクまたは生成物回収容器に送って戻すことを含む連続ダイアフィルトレーションのプロセスによって、液体試料の第１のバッチを第１の循環タンクからダイアフィルトレーション組立体に送ることと、
    液体試料の第１のバッチのダイアフィルトレーション中に、液体試料の第２のバッチを試料容器から第２の循環タンクに送ること、
    第２の循環タンクを満たすと、液体試料の第２のバッチのダイアフィルトレーションによって生成された保持液を第２の循環タンクまたは生成物回収容器に送って戻すことを含む連続ダイアフィルトレーションのプロセスによって、第２の循環タンクから液体試料の第２のバッチをダイアフィルトレーション組立体に送ることと、
    総生成物量が処理されるまで、複数のバッチの充填と連続ダイアフィルトレーションを交互に繰り返し続け、第１および第２の循環タンク間で液体試料を空にすることと、
    を含む、液体試料を濾過するためのプロセス。
24. 生成物回収容器が、最終使用者により使用されるための最終生成物容器である、請求項２３に記載のプロセス。
25. 第３の循環タンクが新たなユニット操作部である、請求項１９に記載のプロセス。
26. ダイアフィルトレーション緩衝液タンク、ダイアフィルトレーションタンクならびに第１および第２の循環タンクと流体連通しているダイアフィルトレーションポンプ、または、保持液を第１および第２の循環タンクに導くように構成された流体導管、をさらに含み、コントローラが、さらに、ダイアフィルトレーションポンプの緩衝液の流量、透過液の寿命、最適なダイアフィルトレーション濃度、または循環タンクのいずれかのレベルに基づいて、緩衝液の送達を制御するように構成されている、請求項１４に記載のシステム。

Images