切向流過(guò)濾在疫苗研發(fā)生產(chǎn)中的作用

2023年，《Science Advances》一篇關(guān)于疫苗納米顆粒分離的論文引發(fā)熱議：研究者利用改進(jìn)型切向流過(guò)濾（TFF）系統(tǒng)，成功將寨卡病毒樣顆粒的回收率從68%提升至94%，同時(shí)將宿主細(xì)胞蛋白殘留降低至檢測(cè)限以下。這項(xiàng)突破將TFF在疫苗工業(yè)中的戰(zhàn)略價(jià)值再次推向聚光燈——當(dāng)全球疫苗研發(fā)進(jìn)入納米尺度與復(fù)雜組分并存的新戰(zhàn)場(chǎng)，這項(xiàng)誕生于上世紀(jì)70年代的技術(shù)，正通過(guò)底層創(chuàng)新重構(gòu)疫苗生產(chǎn)的核心邏輯。
最新研究（《Journal of Membrane Science》2024）發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用300 kDa中空纖維膜處理病毒載體時(shí)，膜面形成的次級(jí)流動(dòng)結(jié)構(gòu)（泰勒渦流）可將顆粒沉積減少42%，該現(xiàn)象為疫苗活性成分保護(hù)提供了流體力學(xué)新解。
 

1、濃縮目標(biāo)組分：
目的：在純化步驟之前或之后，將含有目標(biāo)抗原（如病毒顆粒、病毒樣顆粒、重組蛋白、核酸等）的料液體積大幅減小，提高目標(biāo)物的濃度。

應(yīng)用：
下游澄清液濃縮：在細(xì)胞培養(yǎng)或發(fā)酵后，經(jīng)過(guò)初步澄清（如深層過(guò)濾、離心）的料液中目標(biāo)物濃度通常較低，需要通過(guò) TFF 濃縮以減少后續(xù)層析柱的上樣體積和處理時(shí)間。
層析洗脫液濃縮：層析純化（如離子交換、分子篩、親和層析）后的洗脫液通常體積較大且濃度不高，TFF 可高效濃縮目標(biāo)抗原，為后續(xù)步驟（如緩沖液置換、無(wú)菌過(guò)濾、制劑）做準(zhǔn)備。
病毒載體濃縮：對(duì)于病毒載體疫苗（如腺病毒、慢病毒、AAV載體疫苗），TFF 是濃縮病毒顆粒、提高滴度的關(guān)鍵步驟。

2、緩沖液置換/洗濾：
目的：將目標(biāo)抗原從一種緩沖液環(huán)境置換到另一種更適合后續(xù)工藝（如制劑、儲(chǔ)存、凍干）或去除小分子雜質(zhì)（鹽、糖、醇、抑制劑、內(nèi)毒素前體、游離核酸等）的緩沖液中。
應(yīng)用：
層析間緩沖液轉(zhuǎn)換：在不同層析步驟之間，需要將目標(biāo)物置換到下一個(gè)層析步驟所需的平衡緩沖液中。
去除小分子雜質(zhì)：洗濾模式可有效去除小分子添加劑（如培養(yǎng)液成分、蛋白酶抑制劑）、鹽類、醇類（如用于滅活或沉淀的溶劑）、內(nèi)毒素、小分子代謝產(chǎn)物等。
制劑前配方調(diào)整：在最終配制疫苗制劑前，將目標(biāo)抗原置換到最終的制劑緩沖液（包含穩(wěn)定劑、佐劑兼容緩沖液等）中。
滅活后處理：在化學(xué)滅活（如使用甲醛、β-丙內(nèi)酯）后，需要徹底去除滅活劑及其副產(chǎn)物，TFF 洗濾是高效的方法。
3、初步澄清/除雜質(zhì)：
目的：作為深層過(guò)濾或離心的補(bǔ)充或替代，去除細(xì)胞碎片、大的聚集物、部分宿主細(xì)胞蛋白和核酸。
應(yīng)用：
細(xì)胞培養(yǎng)收獲液澄清：使用較大孔徑（如0.1-0.65 µm）的微濾膜進(jìn)行切向流微濾，可有效去除細(xì)胞和大的碎片，獲得更澄清的料液供下游純化。相比死端過(guò)濾，更不易堵塞。
去除大分子聚集體：在純化后期，去除可能形成的蛋白聚集體或病毒聚集體。
4、病毒去除/無(wú)菌保障：
目的：使用特定孔徑（通常≤20 nm 或更�。┑某瑸V膜，可以去除細(xì)菌、支原體甚至小的病毒顆粒（作為除病毒過(guò)濾步驟）。
應(yīng)用：
最終除菌過(guò)濾前處理：作為最終0.2 µm或0.1 µm無(wú)菌過(guò)濾的前置步驟，減輕無(wú)菌過(guò)濾膜的負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)其使用壽命。
特定病毒清除：在血漿來(lái)源或某些細(xì)胞培養(yǎng)來(lái)源的疫苗工藝中，可能用于清除特定的小病毒（需嚴(yán)格驗(yàn)證）。

目的：TFF 由于其連續(xù)或半連續(xù)的操作特性，更容易整合到現(xiàn)代的連續(xù)生物工藝中。
應(yīng)用：在連續(xù)灌流細(xì)胞培養(yǎng)的下游，TFF可直接用于連續(xù)收獲和初步濃縮細(xì)胞培養(yǎng)液中的產(chǎn)物。

1、保護(hù)抗原活性：切向流過(guò)濾是一種溫和的操作過(guò)程，相比傳統(tǒng)的離心、沉淀等方法，對(duì)疫苗抗原的剪切力較小，能夠更好地保護(hù)抗原的結(jié)構(gòu)和活性，這對(duì)于保持疫苗的免疫原性至關(guān)重要。
2、高效與高通量：切向流過(guò)濾可以在較短的時(shí)間內(nèi)處理大量的料液，實(shí)現(xiàn)高效的濃縮和純化。其高通量的特點(diǎn)能夠滿足大規(guī)模疫苗生產(chǎn)的需要，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
3、靈活性與可擴(kuò)展性：切向流過(guò)濾系統(tǒng)可以根據(jù)不同的疫苗生產(chǎn)工藝和需求進(jìn)行靈活配置和調(diào)整。無(wú)論是小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室研究還是大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，都能夠輕松應(yīng)對(duì)，并且可以實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到大規(guī)模生產(chǎn)的無(wú)縫放大，為疫苗的研發(fā)和生產(chǎn)提供了極大的便利。

 

據(jù)相關(guān)研究，在基于病毒載體的疫苗生產(chǎn)中，如腺病毒載體疫苗、水泡性口炎病毒載體疫苗等，切向流過(guò)濾技術(shù)被廣泛應(yīng)用于病毒顆粒的濃縮、純化以及緩沖液置換等環(huán)節(jié)。通過(guò)優(yōu)化切向流過(guò)濾的工藝參數(shù)，如膜孔徑的選擇、流速的控制等，能夠顯著提高疫苗的產(chǎn)量和質(zhì)量。在重組蛋白疫苗的生產(chǎn)中，切向流過(guò)濾可用于去除雜質(zhì)、濃縮目標(biāo)蛋白以及進(jìn)行緩沖液的置換，從而提高疫苗的純度和穩(wěn)定性
切向流過(guò)濾技術(shù)在疫苗的應(yīng)用，為疫苗的研發(fā)與生產(chǎn)注入了強(qiáng)大的動(dòng)力。在疫苗研發(fā)向模塊化、連續(xù)化制造演進(jìn)的時(shí)代，那些在膜表面躍動(dòng)的流體軌跡，正在編織一張覆蓋從基因藥物到病毒顆粒的精密制造網(wǎng)絡(luò)。這張網(wǎng)絡(luò)里流動(dòng)的不僅是藥液，更是突破傳統(tǒng)生產(chǎn)邊界的革新基因。它以獨(dú)特的分離與純化優(yōu)勢(shì)，在病毒顆粒的濃縮、多糖結(jié)合疫苗的制備、緩沖液置換等環(huán)節(jié)中大放異彩，助力疫苗企業(yè)提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。