Membranas de ultrafiltración convertidas en hidrofílicas mediante hidroxialquil celulosa, procedimiento de fabricación y aplicación de dichas membranas.

Un proceso para formar una membrana de ultrafiltración que tiene un rendimiento superior aaproximadamente 1000 l/m2 que comprende:

(a) proporcionar una membrana de sustrato que tiene al menos una capa microporosa formada por unprimer polímero sulfona que tiene una primera superficie exterior y una capa de ultrafiltración 5 formada por unsegundo polímero sulfona que tiene una segunda superficie exterior,

(b) poner en contacto la primera superficie exterior y dicha segunda superficie exterior con una soluciónde una hidroxialquilcelulosa para adsorber dicha hidroxialquilcelulosa sobre o en dicha primera superficie exteriory dicha segunda superficie exterior

(c) opcionalmente eliminar el exceso de hidroxialquilcelulosa de dicha membrana de sustrato paraproducir una membrana de sustrato de superficie modificada,(e) someter la membrana de sustrato de superficie modificada de la etapa (b) o de la etapa (c) a unasiguiente etapa seleccionada del grupo consistente en (1) esterilizar en autoclave en presencia de vapor o agua;y (2) sumergir en agua en ebullición,

donde el término "rendimiento" se define como el volumen máximo de una solución de 1,45 g/l de albúmina desuero bovino (BSA) en un tampón de 150 mM NaCl a pH 7,2 que puede ser filtrada a presión constante de 2 bar(30 psi) a 22 ºC a través de un metro cuadrado de membrana.

Membranas de ultrafiltración convertidas en hidrofílicas mediante hidroxialquil celulosa, procedimiento de fabricación y aplicación de dichas membranas La invención se relaciona con membranas que tienen al menos una capa de ultrafiltración, con un nuevo método de fabricar dichas membranas y con el uso de las membranas. Más particularmente, la invención se relaciona con membranas de ultrafiltración que tienen una superficie hidrofílica modificada, su método de obtención y su uso para eliminar virus de una solución biomolecular.

Antecedentes de la invención Las membranas de ultrafiltración y microporosas se utilizan en procesos de filtración a presión. Profesionales del campo de los procesos de separación mediante membranas diferencian fácilmente entre membranas microporosas y de ultrafiltración y generalmente distinguen entre ellas basándose en su aplicación y aspectos de su estructura. Las membranas microporosas y de ultrafiltración se fabrican, venden y usan como productos separados y distintos. A pesar de algo de solapamiento en nomenclatura, son entidades separadas, y son tratadas como tales en el mundo comercial.

Las membranas de ultrafiltración se utilizan principalmente para concentrar o diafiltrar macromoléculas solubles tal como proteínas, ADN, virus, almidones y polímeros naturales o sintéticos. En la mayoría de los usos, la ultrafiltración se realiza en el modo de filtración de flujo tangencial (TFF) , donde el líquido de alimentación se pasa a través de la superficie de membrana y aquellas moléculas menores que el tamaño de poro de la membrana pasan a través (filtrado) y las moléculas que quedan (retenido) son retenidas en la primera cara de la membrana (aguas arriba) . Como también pasa a través fluido existe la necesidad de reciclar o añadir al retenido flujo para mantener una operación TFF eficiente. Una ventaja de utilizar una aproximación TFF es que como el fluido es arrastrado constantemente a través de la cara de la membrana éste tiende a reducir la contaminación y la polarización de los solutos, en y cerca de la superficie de la membrana, conduciendo a una vida más extensa de la membrana. Las membranas de ultrafiltración también pueden utilizarse en modo de filtración sin salida. La filtración sin salida se refiere a la filtración donde la corriente de fluido entera a filtrar pasa a través del filtro sin flujo de reciclaje o retenido. Cualquier material que no pasa a través del filtro queda en la cara superior (aguas arriba) .

Las membranas microporosas se utilizan principalmente para eliminar partículas, tales como sólidos, bacterias, y geles, de una corriente de líquido o gas en modo de filtración sin salida.

Las membranas de ultrafiltración son generalmente membranas asimétricas deslaminadas fabricadas en su mayoría sobre un soporte que permanece como parte permanente de la estructura de membrana. El soporte puede ser un tejido tejido o no-tejido, o una membrana preformada. Alternativamente, una membrana de ultrafiltración soportada puede formarse moldeando conjuntamente dos o más soluciones poliméricas seguido de coagulación de la solución para formar una membrana multicapa donde al menos una capa es una membrana de ultrafiltración.

Filtros de membrana para la eliminación de virus se están utilizando cada vez más en la industria de la biotecnología para la seguridad de los productos terapéuticos manufacturados. Estos filtros deben eliminar una elevada proporción de cualquier virus que pueda estar presente mientras que permiten que si no todo la mayoría de la proteína producto pase a través de la membrana. Adicionalmente, es necesario que la filtración no se detenga o frene prematuramente a una velocidad de flujo bajo no rentable por obturación del filtro poroso. Los profesionales en el campo del desarrollo de membranas han encontrado que es de hecho un reto, desarrollar un producto membrana con esta combinación deseada de propiedades.

En el estado de la técnica las membranas para la eliminación de virus son normalmente membranas de ultrafiltración, fabricadas para ser hidrofílicas y de baja unión a proteínas por polimerización de un recubrimiento polimérico entrecruzado sobre la superficie porosa interna y las superficies faciales de la membrana. Sin limitarse por la siguiente explicación, se cree que dichos procesos de recubrimiento confieren un espesor del recubrimiento distribuido aleatoriamente sobre las superficies de los poros, debido a la distribución de los tamaños de poro y la naturaleza estocástica de la polimerización de radicales libres. Puesto que las tolerancias requeridas por una membrana mejorada de eliminación de virus son muy estrictas, se buscó un método para controlar de forma más cercana el espesor del recubrimiento.

Cuando se filtran soluciones de proteínas acuosas para eliminar virus de las mismas con una membrana de ultrafiltración, las membranas tienen un tamaño de poro suficientemente pequeño para efectuar la retención de los virus mientras que permiten el paso de la proteína a través de la membrana. Es deseable que las membranas tengan una elevada retención de virus y al mismo tiempo un elevado rendimiento. La retención de virus se define como el valor de reducción logarítmico (LRV) , y el número de veces 10 debe ser multiplicado para obtener la relación de concentración de virus en la alimentación respecto a la del filtrado. Por ejemplo, una membrana con LRV de 4, 0 significa que es capaz de reducir la carga vírica por un factor de 10, 000 (104) . El rendimiento se define como el volumen de solución de proteína que puede pasar a través de un área dada de membrana antes 5 de que ocurra la contaminación total. Tal como se utiliza aquí, el término “contaminación total” se refiere a una condición de la membrana donde menos del 10 % del flujo original de la membrana se observa cuando se efectúa filtración con la membrana para alcanzar una retención de virus de un LRV de 3, 5 o superior. Se observa generalmente que ambos un flujo más elevado a través de la membrana y una baja unión de proteínas a la superficie de membrana conducen a un rendimiento más elevado. Los valores de rendimiento de una membrana dada varían enormemente dependiendo del tipo y la concentración de proteína utilizada, presión, fuerza iónica y otras condiciones del ensayo. Bajo condiciones típicas de proceso las membranas de ultrafiltración satisfactorias tienen rendimientos de aproximadamente 100 l/m2 o superiores.

Un indicador más representativo del comportamiento de una membrana de retención vírica es el área de membrana que se calcula según el método Vmax. Millipore Corporation ha utilizado históricamente el método Vmax.

Para determinar los requerimientos de área para dispositivos de filtración de flujo normal. (Nota técnica AN1025EN00 de Millipore Corporation) . Este método se base en el modelo de contaminación de poro gradual que asume que la contaminación de membrana es el resultado de una constricción uniforme de los poros de membrana cilíndricos. La ecuación que gobierna el modelo es:

(1) tb / V = (tb / [Vmax*A] + 1/[Qi*A]

donde

A = área de filtración (m2)

V= volumen de proceso (L)

Vmax = obtenido de la pendiente inversa de una representación de t/V vs. t (l/m2)

Qi= velocidad de flujo volumétrico inicial (l/min*m2)

tb = tiempo de proceso (min)

La ecuación (1) puede modificarse para estimar el tamaño de filtro como sigue:

(2) A / V = 1/Vmax + 1/[Qi*tb ]

En esta ecuación, la contribución a los resultados de tamaño de ambos el término de capacidad, (1/Vmax ) y el término de tiempo de flujo (1/ (Qi* tb ) ) .

La mayoría de las aplicaciones biofarmacéuticas son corrientes contaminantes intermedias; por ello ambas la capacidad y la velocidad de flujo son importantes en el tamaño. Esto significa que ambos el término de capacidad (1/Vmax ) y el término de tiempo de flujo (1/ (Qi* tb ) ) deben ser utilizados. Ignorar el término tiempo de flujo puede resultar en un error significativo en la determinación del área de filtración total requerido. Ejemplos de aplicaciones en las que esto ocurre sería en etapas de reducción de carga biológica, tal como la previa a una etapa de purificación en columna, o después de etapas de filtración en profundidad. Además muchas aplicaciones de tampones y medios están dentro de este intervalo Vmax. Cuanto más bajo es el valor de A, más deseable es la membrana.

Además cuando se filtra una solución acuosa de proteína la membrana de ultrafiltración debe ser hidrofílica, es decir, inmediatamente humectable con agua. Un método relevante para determinar la hidrofilidad de una 45 membrana es medir la... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para formar una membrana de ultrafiltración que tiene un rendimiento superior a aproximadamente 1000 l/m2 que comprende:

(a) proporcionar una membrana de sustrato que tiene al menos una capa microporosa formada por un primer polímero sulfona que tiene una primera superficie exterior y una capa de ultrafiltración formada por un segundo polímero sulfona que tiene una segunda superficie exterior,

(b) poner en contacto la primera superficie exterior y dicha segunda superficie exterior con una solución de una hidroxialquilcelulosa para adsorber dicha hidroxialquilcelulosa sobre o en dicha primera superficie exterior y dicha segunda superficie exterior

(c) opcionalmente eliminar el exceso de hidroxialquilcelulosa de dicha membrana de sustrato para producir una membrana de sustrato de superficie modificada,

(e) someter la membrana de sustrato de superficie modificada de la etapa (b) o de la etapa (c) a una siguiente etapa seleccionada del grupo consistente en (1) esterilizar en autoclave en presencia de vapor o agua; y (2) sumergir en agua en ebullición,

donde el término "rendimiento" se define como el volumen máximo de una solución de 1, 45 g/l de albúmina de suero bovino (BSA) en un tampón de 150 mM NaCl a pH 7, 2 que puede ser filtrada a presión constante de 2 bar (30 psi) a 22 ºC a través de un metro cuadrado de membrana.

2. El proceso según la reivindicación 1, donde la etapa (e) comprende esterilizar en autoclave en presencia de agua en ebullición.

3. El proceso según la reivindicación 1 o 2, donde la hidroxialquilcelulosa es hidropropilcelulosa.

4. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho primer polímero sulfona y dicho segundo polímero sulfona son el mismo polímero sulfona y dicho mismo polímero sulfona es polisulfona o polietersulfona.

5. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, donde o bien dicho primer polímero sulfona o dicho segundo polímero sulfona es polisulfona o polietersulfona.

6. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde un disolvente para la solución de la etapa (b) es agua y entre aproximadamente el 5 y el 100 % en volumen de isopropanol.

7. Una membrana de ultrafiltración formada por el proceso según la reivindicación 1, donde dicha capa microporosa está formada por el primer polímero sulfona y dicha capa de ultrafiltración está formada por el segundo polímero sulfona.

8. La membrana de ultrafiltración multicapa según la reivindicación 7, donde dicho primer polímero sulfona y dicho segundo polímero sulfona son el mismo polímero sulfona.

9. La membrana de ultrafiltración multicapa según la reivindicación 8, donde el mismo polímero sulfona es o bien polisulfona o polietersulfona.

10. La membrana de ultrafiltración multicapa según la reivindicación 7, donde o bien dicho primer polímero sulfona o dicho segundo polímero sulfona es polisulfona o polietersulfona.

11. La membrana de ultrafiltración según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10 que tiene un rendimiento superior a aproximadamente 1500 l/m2.

12. La membrana de ultrafiltración multicapa según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, donde la hidroxialquilcelulosa es hidropropilcelulosa.

13. Un procedimiento para eliminar virus de una solución de proteína que comprende poner en contacto la solución de proteína con la membrana de ultrafiltración multicapa formada mediante un proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 o con la membrana de ultrafiltración de una cualquiera de las reivindicaciones 7 a la reivindicación 12.