作者：Repligen瑞普利金

研究背景與目的

1.AAV在基因治療中的重要性：腺相關病毒（AAV）因無致病性、嗜性廣、免疫原性低及能實現高效長效基因轉移，成為基因治療的關鍵載體。AAV為無包膜單鏈DNA病毒，衣殼直徑約25nm，其生產需多步復雜流程，其中病毒顆粒純化環節占總生產成本比例高，常依賴切向流過濾（TFF）進行濃縮和緩沖液交換。

2. 研究目的：對比Repligen公司Spectrum® 100 kD mPES（改性聚醚砜）中空纖維濾膜與PS（聚苯乙烯）中空纖維濾膜的性能，驗證可靠且具有工藝可預測性的濾膜對加速基因治療從研發到商業化進程的作用。兩類濾膜均為0.5mm內徑、100kD分子量截留值（MWCO），評估維度包括標準水通量（NWP）、工藝臨界通量及代表性超濾/換液（UF/DF）工藝表現。

02材料與方法

01標準水通量（NWP）測定

1.實驗系統與參數：實驗采用Repligen KrosFlo KR2i RPM TFF系統；進口流速對應的剪切力為5500s?1，跨膜壓（TMP）10psi。

2.中空纖維沖洗流程：Repligen mPES中空纖維：用去離子水（dH?O）沖洗，使2mL/cm2的dH?O 透過透過端。PS中空纖維：先使用20%異丙醇（IPA）水溶液潤洗，再用 dH?O 沖洗，保證透過端體積至少為2mL/cm2；沖洗剪切速率均為5500s?1、TMP 10psi。

3.標準水通量 (NWP) 計算：沖洗后維持5500s?1剪切速率、10psi TMP，每30秒記錄一次通量，實驗持續20分鐘；結合水溫、壓力和通量數據，采用20℃溫度校正因子（TCF）計算NWP。

02Flux vs TMP研究

1. 實驗系統與樣品：同上述TFF系統，以1e+12 vp/mL的AAV9病毒溶液為樣品，進料流速對應剪切速率8000s?1，TMP設定點為3、5、10、20、30psi，每組實驗重復3次。

2. 操作流程：

- 膜沖洗：同NWP測定的沖洗步驟。

- 通量 (Flux) VS 跨膜壓（TMP）研究：上樣后首先用ABV維持目標TMP，在每個TMP設定點收集透過液30分鐘，通過稱量透過端質量，結合實驗時間和膜表面積換算成通量（LMH，升/平方米·小時）；完成TMP為3psi測定后，依次升高TMP至5、10、20、30psi重復操作，且每次升高TMP前將透過端液回流至進樣容器并重新稱量透過端流速，計算通量。

03UF/DF（濃縮/換液/濃縮，C/D/C）工藝實驗

1. 實驗參數設定：基于臨界通量實驗確定TMP，兩類濾膜均采用8000s?1剪切速率；為保證一致性，統一設定目標TMP為10psi；濃縮因子CF1=2倍、CF2=10倍，兩次濃縮間用3倍料液體積（DVs）的1×磷酸鹽緩沖液（PBS）進行換液。

2. 樣品體積縮小模型實驗：因兩種材質中空纖維面積不同，線性縮放AAV9起始液和PBS換液緩沖液體積，確保兩組實驗的體積通量（VT）一致；采用RPM軟件自動C/D/C模式運行，實驗持續至達到透過端天平設定值。

3. 樣品分析：用CTech™ SoloVPE®測定進料和最終濃縮液的病毒滴度，通過系統天平稱量計算物料平衡

03研究結果與討論

01標準水通量（NWP）

1. 數據對比：Repligen 100 kD mPES濾膜平均NWP為76±5 LMH/psi，其他PS濾膜為24±4 LMH/psi，mPES濾膜NWP約為PS濾膜的3倍（見圖1）。

2.意義：NWP可作為膜性能基準幫助判斷膜的透過性——由于多數中空纖維UF/DF應用為水基體系，NWP能反映用戶應用中的最大允許通量（工藝通量通常低于水通量）。結果表明，相同條件下mPES濾膜可實現更快的工藝通量，從生產角度可縮短處理時間、減少所需膜表面積，并降低壓力、設備占地面積等工藝需求。

圖1：100kD瑞普利金mPES與其他PS中空纖維膜的平均NWP值

02TMP VS Flux

1.通量-壓力關系：兩類濾膜均呈現壓力依賴區和壓力獨立區（見圖2）：

Repligen mPES濾膜：TMP≤10psi為壓力依賴區，5-10psi為過渡階段；TMP>10psi時通量增幅小（10psi時約220LMH，30psi時約280LMH）；在1e+12 vp/mL AAV9、8000s?1剪切速率下，10psi TMP時達到工藝通量（約220LMH）。

其他PS濾膜：工藝通量非線性增長，壓力獨立區上限達20psi；TMP從10psi升至20psi時通量增長40%，從20psi升至30psi時僅增長8%。

2.通量差異與跨膜壓: mPES濾膜在10psi TMP即可實現約200LMH的通量，而PS濾膜需20psi，即mPES濾膜可在低2-3倍的操作壓力下達到目標通量；兩類濾膜平均工藝通量差異為44%，mPES濾膜表現更優。

3臨界通量區間：mPES濾膜臨界通量區間為5-10psi，PS濾膜為10-15psi。

圖2：采用濃度為1×1012病毒顆粒/毫升的AAV9，在不同跨膜壓下， mPES與PS 材質100kD中空纖維膜進行評估的臨界通量圖

03

UF/DF（C/D/C）工藝表現

1.通量與處理時間：在相同的載量和濃縮倍數換液倍數條件下，Repligen mPES濾膜對AAV9溶液的平均工藝通量為143±7 LMH，其他PS濾膜為84±16 LMH；因mPES濾膜通量更高，其工藝完成時間比PS濾膜縮短約60%（見圖3）。

2.通量穩定性：mPES濾膜在整個工藝過程中通量衰減少，始終維持在約140LMH；PS濾膜通量從初始120LMH降至工藝結束時的60LMH。

3.回收率：mPES濾膜工藝的AAV9回收率>95%，PS濾膜僅約65%；兩類工藝的透過液中中均未檢測到產物，推測PS濾膜的產物損失源于非特異性結合或膜吸附。

圖3：UF/DF（濃縮/換液/濃縮（C/D/C））工藝實驗

04研究結論

1.性能優勢：在相同實驗條件下，Repligen 100 kD mPES中空纖維濾膜的NWP（約3倍）、臨界通量（低壓力下更高通量）及UF/DF工藝通量（1.4-2倍）均顯著優于其他PS濾膜，且通量穩定性更強（衰減少）。

2.工藝效率與成本：mPES濾膜可將AAV9溶液從1e12 vp/mL濃縮至1e13 vp/mL的時間縮短至約75分鐘（PS濾膜需120分鐘以上），同時產物回收率提升30個百分點（>95% vs 65%），能有效降低基因治療中AAV生產的時間成本和產物損失，為基因治療商業化提供更高效的純化解決方案。