切向流过滤在疫苗研发生产中的作用_abio生物试剂品牌网
2023年，《Science Advances》一篇关于疫苗纳米颗粒分离的论文引发热议：研究者利用改进型切向流过滤（TFF）系统，成功将寨卡病毒样颗粒的回收率从68%提升至94%，同时将宿主细胞蛋白残留降低至检测限以下。这项突破将TFF在疫苗工业中的战略价值再次推向聚光灯——当全球疫苗研发进入纳米尺度与复杂组分并存的新战场，这项诞生于上世纪70年代的技术，正通过底层创新重构疫苗生产的核心逻辑。
最新研究（《Journal of Membrane Science》2024）发现，当使用300 kDa中空纤维膜处理病毒载体时，膜面形成的次级流动结构（泰勒涡流）可将颗粒沉积减少42%，该现象为疫苗活性成分保护提供了流体力学新解。
一、疫苗生产的关键环节 1、浓缩目标组分：
目的：在纯化步骤之前或之后，将含有目标抗原（如病毒颗粒、病毒样颗粒、重组蛋白、核酸等）的料液体积大幅减小，提高目标物的浓度。
应用：
下游澄清液浓缩：在细胞培养或发酵后，经过初步澄清（如深层过滤、离心）的料液中目标物浓度通常较低，需要通过 TFF 浓缩以减少后续层析柱的上样体积和处理时间。
层析洗脱液浓缩：层析纯化（如离子交换、分子筛、亲和层析）后的洗脱液通常体积较大且浓度不高，TFF 可高效浓缩目标抗原，为后续步骤（如缓冲液置换、无菌过滤、制剂）做准备。
病毒载体浓缩：对于病毒载体疫苗（如腺病毒、慢病毒、AAV载体疫苗），TFF 是浓缩病毒颗粒、提高滴度的关键步骤。
2、缓冲液置换/洗滤：
目的：将目标抗原从一种缓冲液环境置换到另一种更适合后续工艺（如制剂、储存、冻干）或去除小分子杂质（盐、糖、醇、抑制剂、内毒素前体、游离核酸等）的缓冲液中。
应用：
层析间缓冲液转换：在不同层析步骤之间，需要将目标物置换到下一个层析步骤所需的平衡缓冲液中。
去除小分子杂质：洗滤模式可有效去除小分子添加剂（如培养液成分、蛋白酶抑制剂）、盐类、醇类（如用于灭活或沉淀的溶剂）、内毒素、小分子代谢产物等。
制剂前配方调整：在最终配制疫苗制剂前，将目标抗原置换到最终的制剂缓冲液（包含稳定剂、佐剂兼容缓冲液等）中。
灭活后处理：在化学灭活（如使用甲醛、β-丙内酯）后，需要彻底去除灭活剂及其副产物，TFF 洗滤是高效的方法。
3、初步澄清/除杂质：
目的：作为深层过滤或离心的补充或替代，去除细胞碎片、大的聚集物、部分宿主细胞蛋白和核酸。
应用：
细胞培养收获液澄清：使用较大孔径（如0.1-0.65 µm）的微滤膜进行切向流微滤，可有效去除细胞和大的碎片，获得更澄清的料液供下游纯化。相比死端过滤，更不易堵塞。
去除大分子聚集体：在纯化后期，去除可能形成的蛋白聚集体或病毒聚集体。
4、病毒去除/无菌保障：
目的：使用特定孔径（通常≤20 nm 或更小）的超滤膜，可以去除细菌、支原体甚至小的病毒颗粒（作为除病毒过滤步骤）。
应用：
最终除菌过滤前处理：作为最终0.2 µm或0.1 µm无菌过滤的前置步骤，减轻无菌过滤膜的负担，延长其使用寿命。
特定病毒清除：在血浆来源或某些细胞培养来源的疫苗工艺中，可能用于清除特定的小病毒（需严格验证）。 5、连续生产工艺：
目的：TFF 由于其连续或半连续的操作特性，更容易整合到现代的连续生物工艺中。
应用：在连续灌流细胞培养的下游，TFF可直接用于连续收获和初步浓缩细胞培养液中的产物。 二、切向流过滤的优势 1、保护抗原活性：切向流过滤是一种温和的操作过程，相比传统的离心、沉淀等方法，对疫苗抗原的剪切力较小，能够更好地保护抗原的结构和活性，这对于保持疫苗的免疫原性至关重要。
2、高效与高通量：切向流过滤可以在较短的时间内处理大量的料液，实现高效的浓缩和纯化。其高通量的特点能够满足大规模疫苗生产的需要，提高生产效率，降低生产成本。
3、灵活性与可扩展性：切向流过滤系统可以根据不同的疫苗生产工艺和需求进行灵活配置和调整。无论是小规模的实验室研究还是大规模的工业生产，都能够轻松应对，并且可以实现从实验室到大规模生产的无缝放大，为疫苗的研发和生产提供了极大的便利。
三、中空纤维（Hollow Fiber）和平板膜包（Cassette）的选择
据相关研究，在基于病毒载体的疫苗生产中，如腺病毒载体疫苗、水泡性口炎病毒载体疫苗等，切向流过滤技术被广泛应用于病毒颗粒的浓缩、纯化以及缓冲液置换等环节。通过优化切向流过滤的工艺参数，如膜孔径的选择、流速的控制等，能够显著提高疫苗的产量和质量。在重组蛋白疫苗的生产中，切向流过滤可用于去除杂质、浓缩目标蛋白以及进行缓冲液的置换，从而提高疫苗的纯度和稳定性
切向流过滤技术在疫苗的应用，为疫苗的研发与生产注入了强大的动力。在疫苗研发向模块化、连续化制造演进的时代，那些在膜表面跃动的流体轨迹，正在编织一张覆盖从基因药物到病毒颗粒的精密制造网络。这张网络里流动的不仅是药液，更是突破传统生产边界的革新基因。它以独特的分离与纯化优势，在病毒颗粒的浓缩、多糖结合疫苗的制备、缓冲液置换等环节中大放异彩，助力疫苗企业提升产品质量、降低生产成本、增强市场竞争力。
最新研究（《Journal of Membrane Science》2024）发现，当使用300 kDa中空纤维膜处理病毒载体时，膜面形成的次级流动结构（泰勒涡流）可将颗粒沉积减少42%，该现象为疫苗活性成分保护提供了流体力学新解。
一、疫苗生产的关键环节 1、浓缩目标组分：
目的：在纯化步骤之前或之后，将含有目标抗原（如病毒颗粒、病毒样颗粒、重组蛋白、核酸等）的料液体积大幅减小，提高目标物的浓度。
应用：
下游澄清液浓缩：在细胞培养或发酵后，经过初步澄清（如深层过滤、离心）的料液中目标物浓度通常较低，需要通过 TFF 浓缩以减少后续层析柱的上样体积和处理时间。
层析洗脱液浓缩：层析纯化（如离子交换、分子筛、亲和层析）后的洗脱液通常体积较大且浓度不高，TFF 可高效浓缩目标抗原，为后续步骤（如缓冲液置换、无菌过滤、制剂）做准备。
病毒载体浓缩：对于病毒载体疫苗（如腺病毒、慢病毒、AAV载体疫苗），TFF 是浓缩病毒颗粒、提高滴度的关键步骤。
2、缓冲液置换/洗滤：
目的：将目标抗原从一种缓冲液环境置换到另一种更适合后续工艺（如制剂、储存、冻干）或去除小分子杂质（盐、糖、醇、抑制剂、内毒素前体、游离核酸等）的缓冲液中。
应用：
层析间缓冲液转换：在不同层析步骤之间，需要将目标物置换到下一个层析步骤所需的平衡缓冲液中。
去除小分子杂质：洗滤模式可有效去除小分子添加剂（如培养液成分、蛋白酶抑制剂）、盐类、醇类（如用于灭活或沉淀的溶剂）、内毒素、小分子代谢产物等。
制剂前配方调整：在最终配制疫苗制剂前，将目标抗原置换到最终的制剂缓冲液（包含稳定剂、佐剂兼容缓冲液等）中。
灭活后处理：在化学灭活（如使用甲醛、β-丙内酯）后，需要彻底去除灭活剂及其副产物，TFF 洗滤是高效的方法。
3、初步澄清/除杂质：
目的：作为深层过滤或离心的补充或替代，去除细胞碎片、大的聚集物、部分宿主细胞蛋白和核酸。
应用：
细胞培养收获液澄清：使用较大孔径（如0.1-0.65 µm）的微滤膜进行切向流微滤，可有效去除细胞和大的碎片，获得更澄清的料液供下游纯化。相比死端过滤，更不易堵塞。
去除大分子聚集体：在纯化后期，去除可能形成的蛋白聚集体或病毒聚集体。
4、病毒去除/无菌保障：
目的：使用特定孔径（通常≤20 nm 或更小）的超滤膜，可以去除细菌、支原体甚至小的病毒颗粒（作为除病毒过滤步骤）。
应用：
最终除菌过滤前处理：作为最终0.2 µm或0.1 µm无菌过滤的前置步骤，减轻无菌过滤膜的负担，延长其使用寿命。
特定病毒清除：在血浆来源或某些细胞培养来源的疫苗工艺中，可能用于清除特定的小病毒（需严格验证）。 5、连续生产工艺：
目的：TFF 由于其连续或半连续的操作特性，更容易整合到现代的连续生物工艺中。
应用：在连续灌流细胞培养的下游，TFF可直接用于连续收获和初步浓缩细胞培养液中的产物。 二、切向流过滤的优势 1、保护抗原活性：切向流过滤是一种温和的操作过程，相比传统的离心、沉淀等方法，对疫苗抗原的剪切力较小，能够更好地保护抗原的结构和活性，这对于保持疫苗的免疫原性至关重要。
2、高效与高通量：切向流过滤可以在较短的时间内处理大量的料液，实现高效的浓缩和纯化。其高通量的特点能够满足大规模疫苗生产的需要，提高生产效率，降低生产成本。
3、灵活性与可扩展性：切向流过滤系统可以根据不同的疫苗生产工艺和需求进行灵活配置和调整。无论是小规模的实验室研究还是大规模的工业生产，都能够轻松应对，并且可以实现从实验室到大规模生产的无缝放大，为疫苗的研发和生产提供了极大的便利。
三、中空纤维（Hollow Fiber）和平板膜包（Cassette）的选择
- 中空纤维剪切力低，特别适合敏感生物制品（如活病毒、VLP、易聚集蛋白、外泌体），对疫苗活性成分（如抗原构象、病毒完整性）保护性更好。
- 平板膜包由多层平板膜片（材质如PES、RC）和导流网叠压组成，形成平行流道，如果样品对剪切力不敏感，膜包的筛网则能提高传质效率，进而提升过滤通量和速度，包括样品的浓度。
据相关研究，在基于病毒载体的疫苗生产中，如腺病毒载体疫苗、水泡性口炎病毒载体疫苗等，切向流过滤技术被广泛应用于病毒颗粒的浓缩、纯化以及缓冲液置换等环节。通过优化切向流过滤的工艺参数，如膜孔径的选择、流速的控制等，能够显著提高疫苗的产量和质量。在重组蛋白疫苗的生产中，切向流过滤可用于去除杂质、浓缩目标蛋白以及进行缓冲液的置换，从而提高疫苗的纯度和稳定性
切向流过滤技术在疫苗的应用，为疫苗的研发与生产注入了强大的动力。在疫苗研发向模块化、连续化制造演进的时代，那些在膜表面跃动的流体轨迹，正在编织一张覆盖从基因药物到病毒颗粒的精密制造网络。这张网络里流动的不仅是药液，更是突破传统生产边界的革新基因。它以独特的分离与纯化优势，在病毒颗粒的浓缩、多糖结合疫苗的制备、缓冲液置换等环节中大放异彩，助力疫苗企业提升产品质量、降低生产成本、增强市场竞争力。
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