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ウイルス除去フィルター(ナノフィルトレーション)

ウイルス除去フィルターは、数十ナノメートルの孔径をもつ膜でウイルスをサイズ排除し、製品溶液から物理的に取り除くフィルターです。バイオ医薬品では、原料や細胞由来のウイルス混入リスクに備え、不活化と除去を組み合わせた多重のウイルスクリアランス戦略がとられます。ナノフィルトレーションはその中で、低pHや溶媒・界面活性剤処理では効きにくいノンエンベロープウイルスにも有効な、堅牢な除去ステップとして位置づけられます。

ウイルスクリアランスナノフィルトレーション下流精製ICH Q5A

用途・特徴

ウイルス除去フィルターは、抗体やタンパク質は通過させ、ウイルスは膜内に保持するサイズ排除を原理とします。一般にパルボウイルスなどの小型ウイルス(約18〜26nm)まで除去する小孔径グレード(20nm前後)と、レトロウイルスなどの大型ウイルス(約80〜100nm)を対象とする大孔径グレード(35nm前後)に分かれ、対象ウイルスとプロセス適合性に応じて使い分けます。性能はLRV(log10での対数除去率)で評価し、小型ウイルスでLRV4以上、大型ウイルスでLRV6以上を目安とすることが多くあります。

実運用では、ウイルス自体の保持に加え、製品凝集体や不純物による目詰まり(ファウリング)への対処が要点になります。多くの場合、ロード液をあらかじめ前処理フィルター(プレフィルター)で整えてから本体に通し、流量低下を抑えます。GMP工程では除去性能をウイルススパイク試験で検証し、ろ過後にはバブルポイント試験や金コロイド・拡散流などの完全性試験を行って、膜が健全であったことを確認します。これらはICH Q5A(R2)に沿ったウイルスバリデーションの一部として文書化されます。

Point
  • 膜孔径によるサイズ排除でウイルスを物理的に除去するフィルター
  • 小孔径(パルボ対応・約20nm)と大孔径(レトロ対応・約35nm)に大別される
  • 性能はLRV(対数除去率)で評価し、ウイルススパイク試験で検証する
  • 不活化(低pH・S/D)と組み合わせる多重のウイルスクリアランス戦略の一翼
  • ろ過前後の完全性試験(バブルポイント・拡散流・金コロイド等)が必須
  • 製品凝集体や不純物による流量低下対策にプレフィルターを併用する
  • ICH Q5A(R2)に沿ったウイルスバリデーション・文書化の対象
  • 中空糸膜と平膜(フラットシート)の構造があり、製品適合性で選定する

使用方法

基本的には、精製の後半でロード液の条件を整えてからウイルス除去フィルターに通し、ろ過後に完全性を確認します。

1対象ウイルスと必要LRVを確認する
2孔径グレード(20nm/35nm系)を選定する
3ロード液のpH・導電率・濃度・凝集体を確認する
4プレフィルターでロード液を前処理する
5フィルターを湿潤・フラッシュし使用前完全性試験を行う
6規定の差圧または流量でろ過する
7差圧・フラックス・処理量を監視する
8バッファーでポストフラッシュし回収率を確認する
9使用後完全性試験で膜の健全性を確認する
10結果を記録しウイルスバリデーション文書に反映する
実際の運用は、対象ウイルス、製品の凝集傾向、ロード液条件、必要LRV、スケール、GMP要件、各社フィルターの推奨運転条件によって変わります。完全性試験の判定値はフィルターごとの規格に従います。

パルボウイルス対応(小孔径)と レトロウイルス対応(大孔径)の違いは?

ウイルス除去フィルターは孔径によって対象ウイルスと処理性が変わります。どこまで小さいウイルスを除去するかで選定します。

結論

CHOなどの哺乳類細胞由来製品では内在性レトロ様粒子が主な懸念となるため35nm系で足りる場面もありますが、ノンエンベロープのパルボウイルスまで除去保証したい抗体・組換えタンパク質では20nm系の小孔径フィルターが選ばれます。小孔径ほど安全余裕は大きい一方で流量・処理量は下がるため、必要LRVとプロセス処理性のバランスで決めます。

代表孔径の目安

約35nm前後

約20nm前後

主な対象ウイルス

レトロウイルス等(約80〜100nm)

パルボ等の小型ウイルス(約18〜26nm)も対象

小型ウイルス除去

限定的(大型中心)

ノンエンベロープ小型ウイルスまで除去

代表的なLRVの目安

大型ウイルスでLRV6以上を目安

小型ウイルスでLRV4以上を目安

フラックス・処理量

比較的高く目詰まりしにくい

孔径が小さく流量・処理量が下がりやすい

前処理の要否

比較的緩い

凝集体対策のプレフィルター併用が重要

主な適用

レトロ様粒子が懸念される細胞由来製品

抗体・組換えタンパク質の最終ウイルス除去

選定の考え方

大型ウイルス除去で十分な場合

小型ウイルスまで保証が必要な場合

除去対象ウイルスと孔径の関係

ウイルスはサイズで除去可否が決まります。代表的なモデルウイルスと孔径の目安を整理します。

ウイルス(例)サイズの目安エンベロープ孔径グレードの目安
MVM・パルボウイルス約18〜26nmなし20nm系(小孔径)
PPV(ブタパルボ)約18〜26nmなし20nm系(小孔径)
EMCV(脳心筋炎)約25〜30nmなし20nm系(小孔径)
Reovirus(レオ)約60〜80nmなし20nm系・35nm系
X-MuLV・レトロ様粒子約80〜110nmあり35nm系(大孔径)でも除去可
PRV(仮性狂犬病)約120〜200nmあり35nm系(大孔径)でも除去可
HSV・大型エンベロープ約120〜200nmあり35nm系(大孔径)でも除去可

運用上の注意(流量低下・完全性試験)

ウイルス除去フィルターの運用では、処理性の確保と膜の健全性確認が両輪になります。

観点起こりうること対処・確認の方向性
流量低下(ファウリング)製品凝集体・不純物で差圧上昇・フラックス低下プレフィルターで前処理し凝集体を低減する
処理量の頭打ち規定差圧到達で必要量を処理できない膜面積・グレード・ロード条件を見直す
製品ロス膜やプレフィルターへの吸着で回収率低下ポストフラッシュ条件と回収率を確認する
使用前完全性湿潤不良・装着不良湿潤後に完全性試験で初期健全性を確認する
使用後完全性ろ過中の膜損傷の検出バブルポイント・拡散流・金コロイド等で確認する
完全性と除去の対応完全性試験と実際の除去性能の相関各社規格に基づく試験法・判定値で運用する
スケール相関小型デバイスと製造機の差Vmax/処理量試験でスケールアップを設計する
バリデーションウイルス除去能の根拠不足スパイク試験でLRVを取得しICH Q5Aで文書化

選定項目と確認内容

ウイルス除去フィルターは、対象ウイルス・処理性・規制対応・供給性の観点で選定します。

対象ウイルスパルボなど小型まで必要か、大型ウイルス中心か
孔径グレード20nm系(小孔径)か35nm系(大孔径)か
必要LRV小型でLRV4以上、大型でLRV6以上などの目標値
膜構造・材質中空糸/平膜、再生セルロース/PES/PVDFなど
製品適合性吸着による回収率低下や変性が起きないか
処理量・フラックスL/m²やフラックスでバッチ量を処理できるか
前処理フィルター凝集体低減用プレフィルターの要否と適合性
完全性試験バブルポイント・拡散流・金コロイド等の試験法と判定値
運転モード定圧(差圧管理)か定流量か、許容差圧範囲
スケール展開小型評価デバイスから製造スケールへの相関データ
シングルユース対応カプセル型・滅菌済み・無菌コネクター接続の可否
GMP・規制対応CoA、E&L、バリデーション支援、ICH Q5A整合の文書
供給性標準品、リードタイム、セカンドソースの確保

使用される工程

ウイルス除去フィルターは、下流精製の後半で最終的なウイルス安全性を確保する工程を中心に使われます。

下流ウイルスろ過

精製後半で製品溶液からウイルスをサイズ排除する。

主な用途
  • 最終ウイルス除去
  • LRV取得

Protein A後・ポリッシュ後

クロマト後の中間体・最終プールに対しウイルスろ過を行う。

主な用途
  • 中間体ろ過
  • 最終プール

プレフィルトレーション

本体の流量低下を防ぐため凝集体・不純物を前処理で低減する。

主な用途
  • 凝集体低減
  • 処理量確保

ウイルスクリアランス検証

スパイク試験でLRVを取得し除去能を裏づける。

主な用途
  • スパイク試験
  • バリデーション

完全性試験

ろ過前後に膜の健全性を確認する。

主な用途
  • 使用前後試験
  • 膜健全性

血漿分画製造

血漿由来製剤のウイルス安全性確保にナノろ過を用いる。

主な用途
  • 血漿製剤
  • S/D後ろ過

培地・原料ウイルスろ過

バイオリアクター前で培地や原料のウイルスリスクを低減する。

主な用途
  • 培地ろ過
  • 原料前処理

工程モニタリング

差圧・フラックス・処理量を監視し運転状態を管理する。

主な用途
  • 差圧監視
  • 処理量管理

使用されるモダリティー

ウイルス除去フィルターは、哺乳類細胞や生物由来材料を用いる多くのモダリティーで使われます。なお、AAVやレンチウイルスなどウイルスベクター製品ではウイルス自体が製品であり、ナノろ過による除去は適用しにくく対象外〜関連度は低くなります。

抗体医薬
関連度
CHO由来ポリッシュ後最終ウイルス除去
パルボ対応20nm系で小型ウイルスまで除去する代表的な適用。
Fc融合・組換えタンパク質
関連度
CHO/HEK293微生物由来
抗体と同様に最終ウイルスろ過で広く使われる。
二重特異性抗体
関連度
CHO由来下流精製
抗体医薬と同じくナノろ過によるウイルス除去を行う。
ADC
関連度中〜高
抗体中間体
抗体部分の精製でウイルスろ過を行う(複合化前の段階)。
ワクチン
関連度
サブユニット組換え抗原
組換え抗原や原料のウイルス安全性確保で関係する。
血漿分画製剤
関連度中〜高
IgG凝固因子S/D後
ナノフィルトレーションの古典的かつ重要な適用領域。

メーカー製品

ウイルス除去フィルター(本体)11
Asahi Kasei MedicalPlanova 15N / 20N / 35N再生セルロース中空糸膜のウイルス除去フィルター。サイズ排除でウイルスを保持し、孔径違いで対象ウイルスを選定する。血漿分画・組換え製品で長い実績。公式URL Asahi Kasei MedicalPlanova BioEX親水化PVDF中空糸膜の小孔径ウイルス除去フィルター。高い処理性とパルボウイルス除去を両立し、抗体・組換えタンパク質の最終ウイルスろ過に使われる。公式URL Asahi Kasei MedicalPlanova S20N小孔径グレードのウイルス除去フィルター。小型ノンエンベロープウイルスの堅牢な除去を狙う製品。公式URL Merck / MilliporeSigmaViresolve Proパルボウイルス保持の平膜フィルター。Pro ShieldプレフィルターやPodデバイスと組み合わせ、高LRV・高フラックスのウイルスろ過ソリューションを構成する。公式URL Merck / MilliporeSigmaViresolve NFPPVDF膜のノーマルフロー・パルボウイルス除去フィルター。組換え・血漿由来製品から小型ウイルスを除去する。公式URL Merck / MilliporeSigmaViresolve Barrierバイオリアクター上流で培地などのウイルスリスクを低減する除去フィルター。原料・培地のウイルス安全性確保に使われる。公式URL SartoriusVirosart HFPESベースの小孔径ウイルス除去フィルター。モノクローナル抗体・抗体フラグメント・小型組換えタンパク質向けに、小型ウイルスのLRVと処理性を両立。公式URL SartoriusVirosart CPV抗体・小型組換えタンパク質の精製後半で使われるパルボ対応ウイルス除去フィルター。公式URL SartoriusVirosart HC血漿・血液製剤など複雑な製品向けに最適化された高容量ウイルス除去フィルター。公式URL PallPegasus SV4パルボおよび大型ウイルスを堅牢に除去する小孔径ウイルス除去フィルター。希薄〜濃厚な液で安定した流速を狙うダイレクトフロー型。公式URL PallPegasus Prime高流量・高容量を狙った小型ウイルス除去フィルター。低ファウリングのmAb向けにプロセスを簡素化する設計。公式URL

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