对于在哺乳动物细胞中生产的药物产品，在生产过程中需要进行安全保证实践，以确保最终的药物产品是安全的，不会受到病毒污染的潜在风险。除病毒过滤器通过强大的、基于尺寸的截留机制针对一系列病毒提供病毒截留。因此，除病毒过滤步骤通常用于精心设计的重组治疗性蛋白纯化流程，并且是在生物技术产品生产过程中，将外源和内源性病毒颗粒风险降至最低的总体策略的关键组成部分。这篇综述总结了除病毒过滤的历史，目前可用的除病毒过滤器和预过滤器，以及除病毒过滤完整性测试方法和研究模型。还讨论了当前的理解和差距，并着眼于未来趋势和新兴过滤技术。
除病毒在生物技术中的角色
生物技术产品（例如治疗性蛋白质）大部分是在哺乳动物细胞生物反应器培养物中生产的。哺乳动物细胞易受病毒感染和繁殖。在过去的 25 年中，发生过病毒污染设施的事件，尽管很罕见。某些病毒似乎比其它病毒更成问题，例如细小病毒鼠细小病毒 (MMV)。MMV 非常小（20-25nm）并且对化学灭活具有抵抗力，使其成为生物技术行业的关注点。其它值得关注的潜在病毒包括卡奇谷（Cache Valley）病毒和疱疹病毒（Vesivirus），它们已导致重复的设施污染。
法规背景
需要安全保证实践来向监管机构并最终向患者和公众保证最终的医药产品是安全的。1990 年代，国际协调会议 (ICH) 颁布了“Q5A：源自人类或动物细胞系的生物技术产品的病毒安全性评估”(ICH 1998)，确立了病毒安全性的全球标准。ICH Q5A 描述了一个用于测试和许可验证的多层方案，以实现这一目标。测试计划侧重于细胞库、原材料和生物反应器收获物，并通过产品风险分析提供信息。除了测试之外，ICH Q5A 还要求对下游纯化进行评估，以防上游未检测到污染物。除病毒验证确保如果有任何病毒逃避测试方案，可以在最终进入最终医药产品之前将其去除和/或灭活。
整体病毒安全性计划的背景
在现代生物技术生产（或生物工艺）中，整个纯化流程中通常有三、四个单元操作能够去除或灭活病毒。这包括某些层析步骤（例如Protein A 或阴离子交换）、低 pH 值或去污剂孵育以及病毒截留过滤器。并非所有这些步骤在去除或灭活所有病毒方面都是稳健且有效的。例如，低 pH 孵育通常对无囊膜病毒的灭活无效，但对囊膜病毒相当稳健。在某些操作条件下，阴离子交换层析柱可能无法结合和去除产品液流中的中性等电点病毒，但对酸性病毒有效。正是三到四个独立且正交的单元操作相结合，共同确保了生物技术产品的病毒安全性。
通常认为，稳健、有效和可靠的工艺步骤将能够去除或灭活大量病毒（通常定义为 4 log10 或更高，其中对数减少值或 LRV 计算为总输入的 log10除以总输出病毒）。然而，LRV 不能作为一个步骤有效性的单一绝对量度。稳健、有效和可靠的步骤应该易于建模，对工艺条件的变化相对不敏感，并且对一系列病毒有效（WHO 2004）。除病毒过滤通常被认为是这样一种稳健且有效的工艺步骤，并且是在生物技术产品生产过程中将外来和内源性病毒颗粒风险降至最低的总体战略的关键组成部分。
除病毒过滤器通常被理解为通过稳健的、基于尺寸的截留机制发挥作用。基于这种强大的作用机制，与层析步骤相比，除病毒过滤器更有可能针对一系列病毒提供可预测的病毒截留。这是因为过滤器不太可能受到不同病毒的物理化学性质差异以及受操作条件调节的病毒-填料相互作用的影响。因此，除病毒过滤步骤通常用于精心设计的重组治疗性蛋白纯化流程(EMEA 1996)，并且已证明在血液制品行业中提供了强大的性能。
除病毒过滤器历史背景介绍：除病毒过滤器是具有复杂孔结构的聚合物膜，旨在提供 20-140 nm 病毒颗粒的高截留，同时允许较小的产品分子自由通过。由于区分大小相近的病毒和分子所需的高选择性以及在高流速和高通量条件下执行的愿望，除病毒过滤器生产需要相对于除菌级过滤器更严格的质量控制，因此除病毒过滤可能是最昂贵的单元操作之一。
生物工艺中通常使用两种类型的除病毒过滤器。最近 ANSI 认可的 PDA 标准将过滤器分为两类，大型病毒截留过滤器，设计用于截留大于约 60 nm 的病毒，以及小型病毒截留过滤器，设计用于截留大于 20 nm 的病毒。在过去十年左右的时间里，新的过滤器主要设计用于截留细小病毒，但也可以用作逆转录病毒过滤器。过滤器的形式和结构材料各不相同。过滤器包括两层或三层平板膜，或由中空纤维组成。过滤器使用一到三层亲水聚合物制成：聚偏二氟乙烯 (PVDF)、亲水聚醚砜 (PES) 或铜铵再生纤维素。膜在结构上可以是对称的或不对称的。表 1 总结了目前可用的商业化除病毒过滤器，未来可能会开发更多的过滤器。
病毒截留过滤器的操作与基于大小的截留机制无关。早期的过滤器设计为在切向流过滤 (TFF) 模式下运行，以减少污染。尽管许多中空纤维除病毒过滤器能够以 TFF 模式运行，但现在过滤器通常以正常液流过滤 (NFF) 模式运行，也称为直流过滤 (DFF)。NFF 模式下的操作提供了一致的工艺性能，并消除了控制 TFF 模式操作所需的进样和滤液流速的复杂性。能够在 NFF 模式下运行的新型细小病毒过滤器的开发，在清除细小病毒方面稳健、有效且可靠，导致该行业广泛转向使用细小病毒截留过滤器并减少逆转录病毒特异性过滤器的使用。
为了提高除病毒过滤器的通量和经济性，预过滤器通常与除病毒过滤器一起使用。这些预过滤器去除了可能会污染除病毒过滤器的微量杂质，从而提高了通量并降低了面积要求。最初的预过滤器选项仅限于微滤膜（例如 0.2 µm 过滤器）和基于硅藻土的深层过滤器。基于硅藻土的深层过滤器已被证明是有效的，尽管与其它过滤器类型相比，它们会增加可析出物的风险。众所周知，它们会释放β-葡聚糖，这会干扰内毒素测定。这些风险可以通过水冲洗、缓冲液冲洗或碳酸盐缓冲液冲洗来减轻。碳酸盐冲洗已被证明可以降低过滤器流出液中的β-葡聚糖水平。此外，还开发了利用离子交换功能的吸附膜，以减轻其中一些挑战，并且，最近开发了合成深层过滤器。许多除病毒过滤器制造商目前提供专用的预过滤器，以提高其各自除病毒过滤器的处理量和通量。表 1 包括一些常见的预过滤器选项。
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原文：S.Johnson, S.Chen, G.Bolton, et al., Viral Filtration: A Review ofCurrent and Future Practices in
Bioprocessing. Biotechnology & Bioengineering, 2022, https://doi.org/10.1002/bit.28017.
