ウイルス除去フィルターの孔径とLRVは何を表す？数字だけで選べない理由

ウイルス除去フィルター細菌より小さいウイルスを膜の微細な孔でふるい分けて取り除き、製剤の安全性を高めるためのろ過フィルターです。詳しく →のカタログには、膜の孔径と、ウイルスを何桁減らせるかを表すLRV（対数除去工程の前後で不純物やウイルスが何桁減ったかを対数で表す指標。除去能を定量的に示す。詳しく →値）が並びます。フィルターを選ぶ担当者や、受託先の報告書を読む担当者は、まずこの2つの数字で候補を比べます。

ところが、孔径フィルター膜に存在する細孔の公称上の大きさを示す値で、保持できる粒子・微生物の最小サイズの目安となる指標（ただし実際の保持性能はバクテリアチャレンジ試験で実証される）。詳しく →は膜の平均的な目安で、LRVも測った条件によって値が変わります。各社の数字が同じ桁に並んで見えても、それだけでは差があるのかどうかを判断できません。

2つの数字がそれぞれ何を測った値かが分かれば、カタログのどこを読み、メーカーに何を問い合わせ、自社の液で何を測り直すべきかが見えてきます。

1. 孔径は平均の目安：「20 nm」の膜で、なぜ同じ大きさのウイルスが止まるのか？

孔径の数字は、膜にあいた孔の平均的な目安で、孔の大きさには幅があるからです。 膜は薄い板に穴をあけたものではなく、細い通り道が複雑につながった、厚みのある網目でできています。

ウイルスの大きさを並べると、この点がよく分かります。ICH Q5A(R2)細胞株由来のバイオ医薬品について、ウイルス安全性評価の枠組みを示すICHガイドライン。詳しく → の表 A-1 では、膜のない小型のパルボウイルスエンベロープを持たない極めて頑健な小型ウイルス。化学処理に強く、除去はサイズ排除のろ過が有効。詳しく →が18〜24 nm、レトロウイルスのモデルに使うマウス白血病ウイルス（MLV）が80〜110 nmです。これに対して抗体は約10 nmです。

20 nm級の膜の孔と、パルボウイルスはほぼ同じ大きさです。それでも、なぜ止まるのか。ウイルスが網目の中を進むうちに、どこかの細い所で引っかかるからです。

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裏を返すと、ごく一部の大きめの通り道を抜けるウイルスがあっても、孔径の数字には表れません。孔径から分かるのは、パルボウイルスまで止める20nm級直径20nm前後の小型パルボウイルスまで除けるよう孔径を小さくした、ウイルス除去フィルターのグレード。か、大きなウイルスだけを止めるレトロ級レトロウイルス様粒子（約80〜100nm）を主対象とする、やや孔径の大きいウイルス除去フィルターのグレード。か、という見当までです（グレードの違いはウイルスろ過とは？）。⁠止められるかどうかは、実際にウイルスを流して測ったLRVで判断します。

2. 重要：LRVの「4以上」は、何を数えた値なのか？

LRVは、ろ過の前と後でウイルスの量を測り、何桁減ったかを常用対数で表した値です。 前の液に1億（10の8乗）個あったウイルスが、後の液で1万（10の4乗）個なら、LRVは4です。

では、カタログによくある「4以上」は何を意味するのでしょうか。ろ過後の液からウイルスが1つも見つからなかったとき、残りを0とすると桁数が計算できません。そこで、測った量の液で陽性になりえた最小の量を残りとみなし、計算した値に「以上」を付けます。ICH医薬品規制の国際調和を目的として、日米欧の規制当局と製薬業界が参加する国際的なガイドライン策定機関。詳しく → Q5A(R2) の付属書2も、試料の一部だけを調べて陰性だったときは、試料全体で陽性になる量を計算して除去の値に入れるべきとしています。

説明用の仮の数字で考えます。同じ膜でも、加えたウイルスが10の6乗個なら「4以上」、10の8乗個なら「6以上」と書けることがあります。

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「以上」の付いた数字どうしは、大きいほうが高性能とは読めません。 2社がともに「4以上」でも、本当の差は分かりません。比べるには、加えたウイルスの量と、ろ過後に調べた液の量を確かめます。

3. 濃度より負荷と中断が効く：同じ膜のLRVは、どんな条件で変わるのか？

同じ膜でも、流した液の量、流し終えたあとの洗い流しの量、圧力と流れの中断で、パルボウイルスの除去は大きく変わりえます。 ICH Q5A(R2) の表 A-4 は、小型ウイルス用フィルターについて工程の要因ごとに影響の大きさを整理しています。

ここで意外に思うのは、製品の濃度の影響が小さいとされていることです。除去を左右するのは液の中身より、膜にどれだけ負荷をかけたかと、途中で流れが止まったかどうかです。

本文の Q5A(R2) は、圧力や流れの中断、流した量、洗い流しの量が除去に与える影響を、製造の条件に合わせて十分に理解しておくべき（should）としています。低い圧力や中断が、膜の種類によっては除去をいくらか下げうることも考慮すべきだとしています。

カタログのLRVが、どれだけ流し、中断を入れたかどうか分からない条件の値なら、自社の運転の最悪の条件を代表しているとは言えません。

4. 孔径とLRVが近い膜どうしでは、どこに差が出るのか

差が出やすいのは、流れが止まったときに、すでに捕まったウイルスが動くかどうかです。 Q5A(R2) も、膜の銘柄と型番が除去と、工程の条件に対する強さに関わるとしています。

ペンシルベニア州立大学の研究チームは、ウイルスと同じくらいの大きさの蛍光粒子を同じメーカーの20 nm級の膜2種類に流し、膜の中のどこで捕まるかを顕微鏡で観察しました。処理を中断すると、一方の膜では捕まっていた粒子が大きく移動し、もう一方の膜ではその動きが見られなかったと報告しています。

2つの膜の孔径の区分は同じでした。違いは、膜の中の孔の並び方（構造）から来ると考えられています。

ただし、これは粒子を使った観察で、ウイルスのLRVそのものを比べた結果ではありません。中断に強いとうたう膜でも、自社の液と運転で中断を入れた試験を組んで確かめます。材質と層の構造の比べ方は、膜材質と層構造の違いで扱っています。

参考文献

• ICH, Q5A(R2) Viral Safety Evaluation of Biotechnology Products Derived from Cell Lines of Human or Animal Origin（2023年。ウイルスの大きさは表 A-1、検出されなかったときの計算は付属書2、小型ウイルス用フィルターの要因は付属書5と表 A-4）
• Nazem-Bokaee H, Chen D, O'Donnell SM, Zydney AL. New insights into the performance characteristics of the Planova-series hollow-fiber parvovirus filters using confocal and electron microscopy. Biotechnol Bioeng. 2019;116(8):2010-2017（処理の中断と、捕まった粒子の移動）