Die Biotechnologie ist eine strategische, aufstrebende Industrie im 21. Jahrhundert. Die energische Entwicklung der biopharmazeutischen Industrie mit der Biotechnologie als Kern trägt nicht nur zur Förderung der Transformation einer innovativen Wirtschaft bei, sondern ist auch die einzige Möglichkeit, den Aufbau eines gesunden Chinas zu fördern und die Lebensbedingungen der Menschen zu verbessern Gesundheitsstandards. In den letzten Jahren ist mit der Reform und Verbesserung des Arzneimittelprüfungs- und -zulassungssystems die Zahl und Geschwindigkeit neuer Arzneimittelzulassungen gestiegen, was auch für biopharmazeutische Unternehmen neue Herausforderungen mit sich gebracht hat, nämlich die Frage, wie komplexe biopharmazeutische Produktionsprozesse schnell skaliert werden können Erstellen Sie von kleinen Versuchen bis zur Produktion eine zuverlässige und stabile Produktionskontrollstrategie und stellen Sie weiterhin sichere und wirksame Arzneimittel her.
Angesichts dieses Problems befolgen große Pharmaunternehmen im In- und Ausland im Allgemeinen die relevanten ICH-Leitprinzipien, übernehmen das Kernkonzept von Quality by Design (QbD) und nutzen in großem Umfang Design of Experiment (DOE), um das Problem biologischer Arzneimittel zu lösen Es gibt viele Prozessparameter und komplexe Wechselwirkungen im Produktionsprozess. Auf der Grundlage detaillierter DOE-Experimente in kleinem Maßstab wird die Korrelation zwischen Parametern des Produktionsprozesses und Qualitätsmerkmalen hergestellt und die Eigenschaften des Produktionsprozesses vollständig verstanden, um die reibungslose Umsetzung der Produktion im großen Maßstab effektiv sicherzustellen. Einzelheiten finden Sie in Abbildung 1 .
Abbildung 1. Flussdiagramm für die Arzneimittelentwicklung und -produktion gemäß ICH-Richtlinien
Die DOE-Methode kann verwendet werden, um die Beziehung zwischen mehreren Parametern mit weniger Experimenten zu untersuchen. Die traditionelle DOE-Implementierungsmethode führt zunächst ein Screening-Versuchsdesign mit niedriger Auflösung für eine große Anzahl von Parametern durch. Abhängig von den experimentellen Ergebnissen kann eine zweite Runde des Amplifikationsdesigns oder des experimentellen Reaktionsoberflächendesigns erforderlich sein. Im biopharmazeutischen Produktionsprozess gibt es viele Parameter, zu denen häufig Effekte höherer Ordnung gehören, die ein klares Design der Reaktionsoberfläche erfordern. Darüber hinaus stehen sie auch unter dem Druck experimenteller Materialkosten und Zeitbeschränkungen. Aufgrund dieser praktischen Schwierigkeiten ist es eine große Herausforderung, traditionelle DOE-Methoden zur experimentellen Gestaltung zur Entwicklung biologischer Arzneimittel zu verwenden. Das für die JMP-Software einzigartige Definitive Screening Design (DSD) bietet die Vorteile weniger Experimente, hoher Auflösung und Zeitersparnis, was eine große Bequemlichkeit bei der Lösung dieses Problems bietet. Das Folgende wird anhand konkreter Beispiele erläutert.
Der Produktionsprozess monoklonaler Antikörper umfasst drei Teile: vorgelagerte Zellkultur, nachgelagerte Reinigung und Produktabfüllung. Die Kationenaustauschchromatographie ist ein wichtiger Schritt der Feinreinigung in der nachgelagerten Reinigungsproduktion. Verunreinigungen wie Aggregate, Ladungsvarianten, Proteinrückstände der Wirtszelle und exogene DNA-Reste können durch die Kationenaustauschchromatographie effektiv entfernt werden. Diese Verunreinigungen sind entscheidende Qualitätsmerkmale. (Kritisch Qualitätsattribut, CQA). Durch experimentelle Entwurfsmethoden wurde der Einfluss der Prozessparameter der Kationenaustauschchromatographie auf die CQA untersucht und geeignete Kontrollstrategien formuliert. Die mittels Kationenaustauschchromatographie untersuchten Reaktionsindikatoren sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1. Durch Kationenaustauschchromatographie untersuchte Reaktionsindikatoren
Der Kationenaustauschchromatographieprozess umfasst nahezu 20 Prozessparameter. Basierend auf dem Wissen und der Erfahrung anderer Projekte wurden 8 Prozessparameter wie Chromatographieflussrate und Beladungskapazität, die einen Einfluss auf die Reinigungsergebnisse haben können, für weitere experimentelle Untersuchungen ausgewählt. Entwickeln Sie Forschungspläne mithilfe der JMP-Software DSD für experimentelles Design. Alle Prozessparameter sind kontinuierliche Variablen und müssen nicht in Blöcke unterteilt werden. Die JMP-Software ist voreingestellt, um einen Satz von 21 Versuchsläufen zu generieren. Das Forschungs- und Entwicklungspersonal fügte ein weiteres wiederholtes Experiment unter drei Bedingungen hinzu, um den systematischen Fehler im experimentellen Prozess zu untersuchen. Insgesamt wurden 24 Experimente durchgeführt. Der Plan ist in Tabelle 2 detailliert aufgeführt.
Tabelle 2. Versuchsschema der Kationenaustauschchromatographie
Führen Sie nach dem Zufallsprinzip Experimente gemäß dem Versuchsplan durch und sammeln Sie Testdaten. Da DSD eine kleine Anzahl von Experimenten verwendet, um eine große Anzahl von Faktoren und Effekten zu untersuchen, ist es unmöglich, eine Standard-Kleinste-Quadrate-Analyse direkt an DSD-Daten durchzuführen. Sie können die einzigartige „Fitting-Security-Screening“-Methode der JMP-Software verwenden oder über die „Anpassungsmodell“ Die Anpassungsmethode „Schrittweise Regression“ in . Das Forschungs- und Entwicklungspersonal hat durch eine schrittweise Anpassungsmethode erfolgreich Regressionsmodelle für fünf Reaktionen erstellt, einschließlich Ausbeute und SEC-HPLC-Reinheit. Die Ergebnisse des Vorhersageprofils sind in Abbildung 2 dargestellt.
Figur 2. Ergebnisse des Kationenaustauschchromatographie-Experimentaldesigns zur Vorhersage des Profilers
Nach obigem Modell haben die kationischen Prozessparameter X6, X7 und X8 einen größeren Einfluss auf verschiedene kritische Qualitätsmerkmale und Ausbeuten. Sie sind kritische Prozessparameter (CPP) und der Parameterbereich muss streng kontrolliert werden. Andere Parameter haben nur geringe Auswirkungen auf verschiedene kritische Qualitätsmerkmale und Erträge. Das Risiko, dass die CQA den durch Änderungen der Prozessparameter verursachten Bereich überschreitet, ist gering, sodass es sich bei allen Parametern um unkritische Prozessparameter (keine CPP) handelt. Mit der experimentellen Methode des deterministischen Screenings der JMP-Software haben wir die Prozesseigenschaften der Kationenaustauschchromatographie in nur einer Runde von 24 Experimenten erfolgreich untersucht, wichtige Prozessparameter herausgefiltert und gezielte Kontrollstrategien formuliert, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Endprodukts zu gewährleisten. Wenn Sie sich für JMP Deterministic Screening DSD interessieren, können Sie es gerne herunterladen. Kostenlose 30-Tage-Testversion von JMP .
