大多数用于生物制药工艺的切向流过滤（TFF）开发工作的目标是设计一个始终满足产物目标浓度和正确缓冲液置换范围（针对超滤）或可接受的产物澄清度（对于微滤）的步骤，这包括获得可接受的产物质量、高产物回收率（即步骤收率）以及高滤液通量和可重现的工艺时间。当然，对于超滤，高步骤收率需要高产物截留，而对于使用微滤进行的澄清操作，高步骤收率需要低产物截留。要实现可接受的性能，必须选择合适的膜和组件。此外，必须确定工艺参数及其范围，以得出可接受的性能参数值，例如步骤收率、工艺时间以及各种质量属性。
对于 TFF 步骤，开发研究从筛选不同的膜开始。在通过超滤对蛋白质进行浓缩/洗滤时，经验法则是选择 MWCO 为目标蛋白质分子量1/3到1/5的膜。该法则应可获得良好的产物截留，同时实现高滤液通量。对于微滤澄清，选择可使杂质颗粒截留和工艺滤液通量最大化、而使产物截留最小化的膜孔径。如使用平板膜包，需选择合适的湍流促进筛网或流道类型，如使用中空纤维，则需选择合适的纤维内径规格。此外，还必须选择合适的膜化学材质，如膜的亲水性和疏水性特性，以及特定化学材质的改性。显然，在选择合适的膜时需要考虑许多变量，包括MWCO/孔径、膜化学材质、组件类型、流道/内径规格等，并且通过实验筛选不同的膜和组件，以选择针对特定切向流过滤应用最佳的技术产物。
在膜筛选之后，需要进行额外的研究和信息收集，以识别和确定工艺参数的范围，从而使性能参数和质量属性达到可接受的值。下表所示为典型超滤程序中产物浓缩和洗滤所涉及的各个步骤的开发活动指南，包括了可能受到影响的性能参数和质量属性以及确定这些参数“范围”的策略。这些开发研究通常使用可以可靠地规模放大到生产的系统在实验室规模条件下进行。当然，表中的某些工艺参数可能对产物质量没有直接的影响，关注这些参数主要是为了确保工艺的一致性，而其中最为关键的工艺参数是浓缩因子（CF）和洗滤体积（DV），即必须严格控制、以确保原料药关键质量属性符合其规格。
因为开发研究通常是在实验室规模上进行的，所以通常需要规模放大才能在生产条件下执行。匹配在实验室规模开发的优化性能是规模放大的主要目标。为了适当地放大，对于浓缩和洗滤，必须在所有规模条件下保持沿膜组件长度的压力、流量和产物浓度分布。
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步骤 |
工艺参数 |
工艺参数/可能受影响的质量属性 |
工艺参数信息来源 |
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安装 |
膜/组件类型 组件面积 力矩要求（膜包） |
步骤收率、工艺时间（特定于膜/组件类型和面积） 密封、完整性 |
膜筛选研究 规模放大计算 供应商指南 |
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清洗/消毒 |
清洗/消毒剂 清洗/消毒剂浓度 清洗溶液温度 循环时间 冲洗体积 |
对于所有工艺参数，相应的性能参数包括工艺时间、膜寿命、来自前面批次的杂质、生物负荷 |
供应商推荐；小规模下进行的研究证明有效性，通过NWP检测、产物残留检测以及消毒研究进行评估 |
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完整性检测 |
检测压力（针对空气扩散检测） 允许的空气流速（针对空气扩散检测） |
现场工艺参数确保一致且准确的完整性检测 |
供应商指南 |
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NWP |
进样速率 TMP 通过/失败标准（%初始水通量） |
现场工艺参数确保一致且准确的NWP检测 |
供应商指南，结合用户建立的通过/失败预期 |
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平衡 |
缓冲液 进样流速 TMP 循环时间、冲洗体积 |
对于所有工艺参数，相应的质量属性为产物相关杂质。在平衡过程中，去除前面步骤的系统内容物，可降低杂质的形成 |
用户选择缓冲溶液，通常为产物所处的缓冲液或洗滤缓冲液；供应商推荐 |
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浓缩/洗滤 |
TMP（TMP控制）/工艺时间 滤液流速（滤液通量控制）/工艺时间 错流流速（Qf）/工艺时间 浓缩因子（CF）或浓缩终点（Cr）/产物浓度、工艺时间、聚体 洗滤缓冲液/药物底物制剂（pH、渗透压、电导率） 洗滤体积/缓冲液置换程度（pH、渗透压、电导）、工艺时间、聚体 |
对于浓缩，在起始和最终产物浓度条件下，进行TMP探索研究（在不同流速条件下的Jp vs. TMP），以选择TMP和Qf。在通量研究中，滤液循环回进样容器。 在浓缩中，产物浓缩至最终目标值。检测Jp vs. 时间（或Cr），确认可接受的产物截留，并确认可始终一致地达到最终浓度。此外，确认步骤收率和产物质量可接受。 对于洗滤，在过程中的产物浓度条件下，进行TMP探索研究（不同流速条件下的Jp vs. TMP），以选择TMP和Qf。 使用缓冲液洗滤产物，以确定在没有产物或产物质量损失条件下，获得可接受的缓冲液置换所需的洗滤体积（DV） |
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产物回收 |
“去极化”流速，TMP/步骤收率 缓冲液冲洗体积或循环体积以及流速/产物回收 |
进行实验室规模研究，确定可使产物收率最大化而稀释最小化的参数值 |
用于浓缩和洗滤的TFF过程步骤的工艺开发活动（G.Gilleskie, et al., 2021）
此外，对于切向流过滤系统，其必须通过安装确认(IQ) 和操作确认 (OQ)，这是工艺性能确认 (PPQ) 运行的先决条件。在 IQ 和 OQ 期间要进行大量测试，其中尤其值得注意的是，在 OQ 期间，需针对TFF系统检查以下内容：系统上的进样容器是否提供良好的混合，这对于确保足够的缓冲液置换尤为重要，以及产物是否可以很容易地从 TFF 系统中排出。此外，设备的最小和最大操作体积必须与工艺所需的一致。确认TFF系统能够准确测量浓缩步骤的目标体积也尤为重要。
PPQ 运行需要结合实际设施、公用设施、合格设备以及训练有素的人员来生产商业化批次。然而，与正常的商业化批次相比，在 PPQ 运行期间需要更多的采样、测试以及过程和性能参数的监控。例如，可以在 PPQ 期间测试聚体，以确保 TFF 步骤的放大版本不会对产物质量产生不利影响。除了监测工艺滤液通量、工艺时间和步骤收率等性能参数，以及产物浓度、缓冲液置换程度（通过 pH 和电导率）以及生物负荷等药物底物质量属性之外，该测试还将作为补充在常规商业化批次中进行监测。在证明 PPQ 期间聚体水平保持在预期限度内后，可以选择在常规商业化生产期间的超滤步骤停止聚体检测。
TFF 系统的清洁验证通常与 PPQ 运行同时进行，并证明系统的清洗/消毒程序可确保在工艺规模下，产物在批次间的残留量最小化、生物负荷控制在可接受的限度内、工艺滤液通量在每次运行后可恢复、并去除清洗/消毒剂。请注意，在验证运行之前，需在实验室规模上开发有效的清洗/消毒程序，该过程将包括评估清洗/消毒剂与膜的相容性，以及研究消毒剂在抑制微生物生长方面的有效性。
为了简化操作，提高工艺效率，推荐一次性使用切向流过滤组件，但在适当的清洗/消毒以及验证下，组件可重复使用。切向流过滤步骤的设计通常在实验室规模上完成，使用易于放大的小规模膜组件。其研究针对多个过程参数，例如 TMP、错流速率、浓缩因子和洗滤体积，必须通过开发研究适当设置范围，目的是设计一个步骤，以满足产物的目标浓度和缓冲液置换的正确程度或可接受的产物澄清度，同时产生可接受的产物质量、高步骤收率和高滤液通量以及可重现的工艺时间。一旦在实验室规模上得到优化，就可以使用线性放大方法进行规模放大，并对工艺进行验证。
G.Gilleskie, C.Rutter, B.McCuen, Biopharmaceutical Manufacturing: Principles, Processes, and Practices, 2021.
T.Musumeci, A.Leonardi, A.Bonaccorso, et al., Tangential Flow Filtration Technique: An Overview on Nanomedicine Applications. Pharmaceutical Nanotechnology, 2018.
