Биотехнология: очистка фармацевтических субстанций. Часть 3. Обзор новейшего хроматографического комплекса HyPeak от Thermo FS

Эта публикация – третья часть вебинара «Биотехнология: очистка
фармацевтических субстанций», состоявшегося 8 декабря 2021 г. в рамках
проекта «Онлайн-лекторий Диаэм».

Специалист компании «Диаэм» Артём Шубников представил краткий обзор новейшей хроматографической системы HyPeak от Thermo FS.

Общие понятия о хроматографии

Хроматография – это метод разделения смесей веществ, основанный на
различиях в скоростях их перемещения в системе не смешивающихся и
движущихся относительно друг друга фаз. На рисунке схематически
представлен принцип метода: с потоком подвижной фазы проба движется по
колонке, разделяется в ней и далее выводится на детектор.

Хроматография бывает жидкостная и газовая.

Метод ВЭЖХ (высокоэффективной жидкостной хроматографии) – это один из
самых эффективных методов анализа и разделения сложных смесей. Принцип
жидкостной хроматографии состоит в разделении компонентов смеси,
основанном на различии в равновесном распределении их между двумя
несмешивающимися фазами, одна из которых неподвижна, а другая –
подвижна. Этот метод позволяет разделять сложные смеси веществ быстро и
полно.(Рис. 1)

Газовая хроматография – это физико-химический метод разделения
веществ, основанный на распределении компонентов между двумя фазами: в
данном случае подвижной фазой служит газ-носитель (гелий или азот),
неподвижной – твердый сорбент, нанесенный на стенки колонки.(Рис. 2)

Промышленная жидкостная хроматография широко применяется в
технологических процессах на этапах разделения и очистки смесей веществ,
в том числе для очистки биомолекул в производстве фармацевтических
препаратов.

Основной элемент жидкостного хроматографа – колонка, которая
обеспечивает разделение смесей веществ и очистку целевого продукта. В
конструкционном плане она представляет собой трубку или полый цилиндр из
металла, стекла или пластика, который заполнен сорбентом. Внутренний
диаметр этой трубки (цилиндра) может варьироваться от 1 мм до 1 м и
более.

Справа на слайде представлены колонки для аналитической хроматографии, слева – для промышленной.

В промышленной хроматографии важную роль играет выбор сорбента.
Классические сорбенты производятся на основе природного материала –
агарозы – и наряду с преимуществами (высокая пористость, а значит –
большая площадь поверхности) имеют ряд минусов, главный из которых в
том, что он сжимается при сильном потоке, потому пользователь ограничен
скоростью потока.(Рис. 3)

Поскольку обычно нужно иметь максимально высокую скорость потока, предполагается использование сорбентов POROS от ThermoFS,
о которых рассказано в предыдущей (второй) части вебинара. Напомним,
эти новые сорбенты имеют высокую прочность и позволяют работать на
больших скоростях без падения специфичности. К тому же они проявляют
высокую химическую стойкость и могут использоваться в диапазоне
кислотности от 1 до 14.(Рис. 4)

Хроматографическая система HyPeak

Это оборудование по состоянию на момент доклада действительно можно
считать абсолютно новым: в начале IV квартала 2021 г. состоялась
глобальная его презентация, после чего начался процесс формирования
портфеля документов к ней, брошюр и описания, а отгрузка запланирована
спустя один квартал или чуть более того. Так что сами специалисты
российского подразделения ThermoFS
находятся в процессе изучения системы, но готовы к взаимодействию с
теми, кого заинтересует это предложение, и уже готовы предоставить
детальную информацию.

Система HyPeak разработана для масштабирования процессов очистки фармсубстанций с соблюдением норм GMP.

Все ее компоненты, которые находятся в контакте с субстанциями и
реактивами – трубки, датчики и насосы – являются одноразовыми, что
исключает возможность какой-либо контаминации проб. Это полностью
соответствует всем нормам GMP. Кроме того, использование одноразовых
компонентов позволяет экономить время на разработке и валидации методики
очистки системы.

Компоненты системы HyPeak

Так выглядят компоненты системы.

На рисунке 3 представлена система одноразовых трубок, доступных с разными внутренними диаметрами – от ¼ до 3/4 дюйма.

Рисунок 4 представляет одноразовую емкость с системой клапанов, через которую проходит проба.

На рисунке 5 представлены насосы. Максимально возможное количество
насосов в системе HyPeak – 3, но для решения некоторых задач достаточно
двух или даже одного насоса.

Три насоса дают полную возможность использования градиента в процессе
хроматографии и также так называемого inline (online) dilution –
встроенного разбавления. Эта дополнительная возможность для хроматографических
систем объединяет несколько технологических потоков для разбавления
либо смешивания раствора (буфера) в месте использования. Технологические
растворы смешивают с водой до получения нужной концентрации. Встроенные
системы разбавления помогают увеличить эффективность и гибкость
процесса, но требуют особой конструкции. Система смены буфера или его
концентрации непосредственно в процессе хроматографии присутствует и в
хроматографах, производимых конкурентами, но здесь она применена с
такими конструктивными особенностями – и это одно из преимуществ HyPeak.

На рисунках 6 и 7 изображены датчики: стоящий до колонки, в котором
находится система сенсоров для определения температуры, скорости потока,
давления и электропроводности, и стоящий после колонки – на нем есть
все те же сенсоры, но дополнительно установлен УФ датчик с одной из двух
длин волн на выбор – 280 нм либо 254 нм.

На рисунке 8 представлена тоже уникальная разработка ThermoFS – это ловушка для пузырей, которая позволяет исключить завоздушивание системы.

Обратите внимание на красный клапан в местах соединений.

Это инновационная система соединений компонентов Thermo Scientific BioTitan Retention Device системы HyPeak.

ThermoFS разработал собственный
материал для замены трубных пластиковых стяжек, которые фиксируют разные
соединения в трубных сборках. Этот материал имеет чрезвычайно низкий
коэффициент теплового расширения и показывает гораздо более широкий
температурный диапазон работы. Это значит, что можно существенно
расширить диапазон рабочих температур и использовать систему даже в
холодных помещениях без риска подтекания растворителей (элюентов). И это
еще одно преимущество HyPeak в сравнении с конкурентами.

Все компоненты системы прошли тестирование на устойчивость к основным типам реактивов, используемых в фармацевтической отрасли.

На слайде показаны результаты испытаний системы с разными растворителями (элюентами): растворами фосфата натрия, гидрохлорида гуанидина,
хлорида натрия, мочевины, гидроксида натрия в разных концентрациях,
полисорбита 80, а также этанола, ацетона и уксусной кислоты. Указано
время воздействия в ходе эксперимента и время по стандартам GMP.

Утилизация одноразовых компонентов

Это важный вопрос, к которому проявляют интерес пользователи. В России
использованные одноразовые компоненты утилизируют специализированные
компании, которые организуют сбор таких отходов и располагают
возможностями для надлежащей их утилизации.

Так как большинство пользователей продукции ThermoFS
работает на одноразовых технологиях, а потому у них образуется немалый
объем пластиковых отходов, эту проблему там обычно уже решили, отладив
взаимодействие с такими специализированными компаниями. И пластиковые
одноразовые сборки для хроматографов – это меньшее по объему из всего,
что используется на биопроизводствах, где также есть и мешки
для культивирования, и трубные сборки для передачи, и мешки для
хранения субстанций и полупродуктов. Насколько известно сотрудникам ThermoFS, специализированные компании все это забирают и утилизируют.

Характеристики системы

Различные рабочие параметры и показатели приведены на следующих слайдах.

• Регулируемая скорость потока по одному каналу – 1-1980 литров в час;
• Давление – 0...4 бар
• Возможность одновременного подключения до 4 каналов;
• Возможность подключения до 3 насосов;
• Внутренний диаметр системы – ¼ или ¾ дюйма;
• Возможность изократического или градиентного элюирования;
• Уменьшение количества затрачиваемых растворителей за счет нулевого мертвого объема системы;
• Конструкция клапанов позволяет масштабировать процесс;
• Можно использовать как готовые, так и самостоятельно подготовленные колонки;
• Возможность анионообменной, катионообменной или обращенно-фазовой хроматографии.

• Датчик электропроводности: 0-150 мкСм/см
• Датчик pH – 3-10;
• УФ-детектор: 280-300 нм или 254-280 нм;
• Датчик температуры: 0-50 °С;
• Датчик скорости потока: 0-8, 0-20 или 0-50 л/мин;
• Датчик давления: 0-4 бар;
• Программное обеспечение TruChrom0;
• Максимальная мощность – 4 кВт;
• Масса – 545 кг.

Преимущества программного обеспечения TruChrom

Следует отдельно отметить cофт, используемый с системой HyPeak.
Программное обеспечение TruChrom можно интегрировать в систему
автоматизации Delta V и использовать совместно с оборудованием других
производителей (и не только с хроматографами), если оно уже установлено
на промышленной площадке. Все оборудование можно объединить в единую
автоматизированную систему и управлять одним софтом TruChrom с одной или
нескольких рабочих станций.

Это все тоже предусмотрено нормами GMP – и Delta V, и TruChrom
полностью им соответствуют, в том числе стандартам по хранению и
систематизации данных о технологическом процессе. Это тоже можно назвать
преимуществом системы.

Почему стоит выбрать HyPeak?

Видеоролик на сайте производителя подчеркивает такие преимущества
системы HyPeak как эргономичная призматическая форма, способность к
масштабированию и широчайший диапазон потоков.(Рис. 5)

Наверно, если HyPeak можно сравнить с продукцией каких-либо основных
конкурентов, у которые тоже есть системы на одноразовых трубках, то
сравнить стоит с системой хроматографии в жидкой фазе ÄKTA Ready от GeneralElectric, точнее, от Cytiva, как теперь называется компания.

Основная разница между HyPeak и ÄKTA Ready в том, что у последней есть
две разные по производительности системы. Потоки до 500 л в час
обеспечивает ÄKTA Ready, а если нужен больший поток – до 2...3,5 тыс.
литров вчас, то потребуется система ÄKTA Ready XL.

Что в данном случае предлагает ThermoFS? В разделе о компонентах на рисунке отображены два артикула на трубки, но вообще четыре: это 4 разных диаметра трубок,
которые обеспечивают разные потоки и разную производительность системы.
Таким образом эта система закрывает потребность от 1 литра до 2 тыс.
литров в час! А значит, одна система HyPeak со своим диапазоном
производительности сопоставима с двумя системами от ÄKTA.

Информация для заказа

Следует использовать приведенные артикулы для заказа оборудования:(Рис. 6)

F100-3500-000 – одноразовая хроматографическая система HyPeak;

F100-3600-001 – стерильный набор для одноразовой перекачки жидкости
(трубки, насосы, датчики) для промышленного хроматографа HyPeak, ThermoFS – диаметр 1/4 дюйма;

F100-3600-004 – стерильный набор для одноразовой перекачки жидкости
(трубки, насосы, датчики) для промышленного хроматографа HyPeak, ThermoFS – диаметр 3/4 дюйма.

Ссылка на сайт производителя:
www.thermofisher.com/order/catalog/product/F100-3500-000?SID=srch-srp-F100-3500-000.

(Сейчас эта система размещена там под названием «Одноразовая хроматографическая система DynaChrom™»)

Подробнее с характеристиками системы и информацией о ее комплектующих
можно ознакомиться на сайте или задать вопросы специалистам, которые
предоставят более детальную техническую спецификацию на систему и
помогут определиться с тем, подходит ли это оборудование под задачи
клиента

Ссылки на остальные части вебинара:

Биотехнология: очистка фармацевтических субстанций. Часть 1. Высокоскоростные проточные центрифуги Bio-Rus (транскрибация видеозаписи вебинара лектория Диаэм сезона 2021)

Биотехнология: очистка фармацевтических субстанций. Часть 2. Уникальные сорбенты Poros от Thermo FS (транскрибация видеозаписи вебинара лектория Диаэм сезона 2021)

Новость о вебинаре «Биотехнология: очистка фармацевтических субстанций»

Рис. 4)

Хроматографическая система HyPeak

Это оборудование по состоянию на момент доклада действительно можно
считать абсолютно новым: в начале IV квартала 2021 г. состоялась
глобальная его презентация, после чего начался процесс формирования
портфеля документов к ней, брошюр и описания, а отгрузка запланирована
спустя один квартал или чуть более того. Так что сами специалисты
российского подразделения ThermoFS
находятся в процессе изучения системы, но готовы к взаимодействию с
теми, кого заинтересует это предложение, и уже готовы предоставить
детальную информацию.

Система HyPeak разработана для масштабирования процессов очистки фармсубстанций с соблюдением норм GMP.

Все ее компоненты, которые находятся в контакте с субстанциями и
реактивами – трубки, датчики и насосы – являются одноразовыми, что
исключает возможность какой-либо контаминации проб. Это полностью
соответствует всем нормам GMP. Кроме того, использование одноразовых
компонентов позволяет экономить время на разработке и валидации методики
очистки системы.

Компоненты системы HyPeak

Так выглядят компоненты системы.

На рисунке 3 представлена система одноразовых трубок, доступных с разными внутренними диаметрами – от ¼ до 3/4 дюйма.

Рисунок 4 представляет одноразовую емкость с системой клапанов, через которую проходит проба.

На рисунке 5 представлены насосы. Максимально возможное количество
насосов в системе HyPeak – 3, но для решения некоторых задач достаточно
двух или даже одного насоса.

Три насоса дают полную возможность использования градиента в процессе
хроматографии и также так называемого inline (online) dilution –
встроенного разбавления. Эта дополнительная возможность для хроматографических
систем объединяет несколько технологических потоков для разбавления
либо смешивания раствора (буфера) в месте использования. Технологические
растворы смешивают с водой до получения нужной концентрации. Встроенные
системы разбавления помогают увеличить эффективность и гибкость
процесса, но требуют особой конструкции. Система смены буфера или его
концентрации непосредственно в процессе хроматографии присутствует и в
хроматографах, производимых конкурентами, но здесь она применена с
такими конструктивными особенностями – и это одно из преимуществ HyPeak.

На рисунках 6 и 7 изображены датчики: стоящий до колонки, в котором
находится система сенсоров для определения температуры, скорости потока,
давления и электропроводности, и стоящий после колонки – на нем есть
все те же сенсоры, но дополнительно установлен УФ датчик с одной из двух
длин волн на выбор – 280 нм либо 254 нм.

На рисунке 8 представлена тоже уникальная разработка ThermoFS – это ловушка для пузырей, которая позволяет исключить завоздушивание системы.

Обратите внимание на красный клапан в местах соединений.

Это инновационная система соединений компонентов Thermo Scientific BioTitan Retention Device системы HyPeak.

ThermoFS разработал собственный
материал для замены трубных пластиковых стяжек, которые фиксируют разные
соединения в трубных сборках. Этот материал имеет чрезвычайно низкий
коэффициент теплового расширения и показывает гораздо более широкий
температурный диапазон работы. Это значит, что можно существенно
расширить диапазон рабочих температур и использовать систему даже в
холодных помещениях без риска подтекания растворителей (элюентов). И это
еще одно преимущество HyPeak в сравнении с конкурентами.

Все компоненты системы прошли тестирование на устойчивость к основным типам реактивов, используемых в фармацевтической отрасли.

На слайде показаны результаты испытаний системы с разными растворителями (элюентами): растворами фосфата натрия, гидрохлорида гуанидина,
хлорида натрия, мочевины, гидроксида натрия в разных концентрациях,
полисорбита 80, а также этанола, ацетона и уксусной кислоты. Указано
время воздействия в ходе эксперимента и время по стандартам GMP.

Утилизация одноразовых компонентов

Это важный вопрос, к которому проявляют интерес пользователи. В России
использованные одноразовые компоненты утилизируют специализированные
компании, которые организуют сбор таких отходов и располагают
возможностями для надлежащей их утилизации.

Так как большинство пользователей продукции ThermoFS
работает на одноразовых технологиях, а потому у них образуется немалый
объем пластиковых отходов, эту проблему там обычно уже решили, отладив
взаимодействие с такими специализированными компаниями. И пластиковые
одноразовые сборки для хроматографов – это меньшее по объему из всего,
что используется на биопроизводствах, где также есть и мешки
для культивирования, и трубные сборки для передачи, и мешки для
хранения субстанций и полупродуктов. Насколько известно сотрудникам ThermoFS, специализированные компании все это забирают и утилизируют.

Характеристики системы

Различные рабочие параметры и показатели приведены на следующих слайдах.

• Регулируемая скорость потока по одному каналу – 1-1980 литров в час;
• Давление – 0...4 бар
• Возможность одновременного подключения до 4 каналов;
• Возможность подключения до 3 насосов;
• Внутренний диаметр системы – ¼ или ¾ дюйма;
• Возможность изократического или градиентного элюирования;
• Уменьшение количества затрачиваемых растворителей за счет нулевого мертвого объема системы;
• Конструкция клапанов позволяет масштабировать процесс;
• Можно использовать как готовые, так и самостоятельно подготовленные колонки;
• Возможность анионообменной, катионообменной или обращенно-фазовой хроматографии.
• Датчик электропроводности: 0-150 мкСм/см
• Датчик pH – 3-10;
• УФ-детектор: 280-300 нм или 254-280 нм;
• Датчик температуры: 0-50 °С;
• Датчик скорости потока: 0-8, 0-20 или 0-50 л/мин;
• Датчик давления: 0-4 бар;
• Программное обеспечение TruChrom0;
• Максимальная мощность – 4 кВт;
• Масса – 545 кг.

Преимущества программного обеспечения TruChrom

Следует отдельно отметить cофт, используемый с системой HyPeak.
Программное обеспечение TruChrom можно интегрировать в систему
автоматизации Delta V и использовать совместно с оборудованием других
производителей (и не только с хроматографами), если оно уже установлено
на промышленной площадке. Все оборудование можно объединить в единую
автоматизированную систему и управлять одним софтом TruChrom с одной или
нескольких рабочих станций.

Это все тоже предусмотрено нормами GMP – и Delta V, и TruChrom
полностью им соответствуют, в том числе стандартам по хранению и
систематизации данных о технологическом процессе. Это тоже можно назвать
преимуществом системы.

Почему стоит выбрать HyPeak?

Видеоролик на сайте производителя подчеркивает такие преимущества системы HyPeak как эргономичная призматическая форма, способность к масштабированию и широчайший диапазон потоков.(Рис. 5)

Наверно, если HyPeak можно сравнить с продукцией каких-либо основных
конкурентов, у которые тоже есть системы на одноразовых трубках, то
сравнить стоит с системой хроматографии в жидкой фазе ÄKTA Ready от GeneralElectric, точнее, от Cytiva, как теперь называется компания.

Основная разница между HyPeak и ÄKTA Ready в том, что у последней есть
две разные по производительности системы. Потоки до 500 л в час
обеспечивает ÄKTA Ready, а если нужен больший поток – до 2...3,5 тыс.
литров вчас, то потребуется система ÄKTA Ready XL.

Что в данном случае предлагает ThermoFS? В разделе о компонентах на рисунке отображены два артикула на трубки, но вообще четыре: это 4 разных диаметра трубок,
которые обеспечивают разные потоки и разную производительность системы.
Таким образом эта система закрывает потребность от 1 литра до 2 тыс.
литров в час! А значит, одна система HyPeak со своим диапазоном
производительности сопоставима с двумя системами от ÄKTA.

Информация для заказа

Следует использовать приведенные артикулы для заказа оборудования:(Рис. 6)

F100-3500-000 – одноразовая хроматографическая система HyPeak;

F100-3600-001 – стерильный набор для одноразовой перекачки жидкости
(трубки, насосы, датчики) для промышленного хроматографа HyPeak, ThermoFS – диаметр 1/4 дюйма;

F100-3600-004 – стерильный набор для одноразовой перекачки жидкости
(трубки, насосы, датчики) для промышленного хроматографа HyPeak, ThermoFS – диаметр 3/4 дюйма.

Ссылка на сайт производителя:
www.thermofisher.com/order/catalog/product/F100-3500-000?SID=srch-srp-F100-3500-000.

(Сейчас эта система размещена там под названием «Одноразовая хроматографическая система DynaChrom™»)

Ссылки на остальные части вебинара:

Биотехнология: очистка фармацевтических субстанций. Часть 1. Высокоскоростные проточные центрифуги Bio-Rus (транскрибация видеозаписи вебинара лектория Диаэм сезона 2021)

Биотехнология: очистка фармацевтических субстанций. Часть 2. Уникальные сорбенты Poros от Thermo FS (транскрибация видеозаписи вебинара лектория Диаэм сезона 2021)

Новость о вебинаре «Биотехнология: очистка фармацевтических субстанций»