Ovplyvňujú opakovane použiteľné kazety TFF časom výkon filtrácie?

Ako dodávateľ opakovane použiteľných kaziet TFF (Tangential Flow Filtration) dostávam túto otázku neustále: Vydržia naše produkty konzistentný výkon pri opakovanom používaní? Je to spravodlivé – tímy biologického spracovania sa spoliehajú na TFF vo všetkom, od vyčírenia bunkovej kultúry po koncentrovanie proteínov, a prestoje spôsobené nedostatočne výkonným zariadením môžu vykoľajiť celé výrobné plány. Po 8 rokoch práce v technológii membránovej filtrácie som videl, ako tímy preskakujú medzi jednorazovými a opakovane použiteľnými kazetami TFF, často za predpokladu, že jedna je vo svojej podstate lepšia ako druhá. Pravda o výkone v priebehu času je však rôzna, nie je viazaná len na samotnú kazetu, ale aj na to, ako sa čistí, skladuje a prevádzkuje.

Začnime od základov: TFF kazety fungujú tak, že tlačia tekutinu rovnobežne s povrchom membrány, nechávajú malé častice prechádzať, zatiaľ čo väčšie častice zadržiavajú. V prípade modelov na opakované použitie sú membrána a rám kazety navrhnuté tak, aby sa dali rozobrať, vyčistiť a znovu spracovať, a nie zlikvidovať po jednom použití ako jednotka na jedno použitie. Kľúčom je, že výkon sa nezhoršuje – zhoršuje sa zo špecifických, predvídateľných dôvodov, a to je miesto, kde opakovane použiteľné kazety môžu buď prekonať jednorazové použitie (s náležitou starostlivosťou), alebo pri nesprávnej údržbe oslabiť.

Jedným z najbežnejších mýtov je, že opakovane použiteľné kazety sa rýchlo opotrebúvajú. Videl som, že kazety prejdú viac ako 50 chodmi a stále dodávajú 90 % svojho počiatočného toku (rýchlosť prietoku tekutiny cez membránu), keď sú správne vyčistené. To však neplatí, ak preskočíte kritické kroky čistenia. Keď použijete kazetu TFF, na povrchu membrány a v póroch sa vytvorí vrstva nečistôt – proteínové agregáty, zvyšky buniek alebo zložky média. Ak medzi behmi len rýchlo opláchnete vodou, tieto nečistoty stvrdnú a zapustia sa do pórov membrány. Postupom času to znižuje efektívnu veľkosť pórov a blokuje tok. Napríklad 0,22 um mikrofiltračná kazeta, ktorá začína pri plnom toku, môže po 10 cykloch klesnúť o 30-40 %, ak sa vyčistí iba vodou. Ale ak použijete alkalický čistiaci roztok (napríklad 0,1 M NaOH) s recirkuláciou, potom opláchnite kyselinou a vodou, tá istá kazeta zostane na 85 % toku po 15 cykloch.

Preto sme postavili náš rad membránových kaziet TFF s ľahko rozoberateľnými rámami a kompatibilnými membránami, ktoré odolávajú väzbe proteínov. Náš výskumný a vývojový tím testoval 10 rôznych typov membrán, aby našiel tie, ktoré uvoľňujú nečistoty bez degradácie, čo je dôvod, prečo naše opakovane použiteľné kazety fungujú konzistentne počas všetkých cyklov. Máme tiež špecializované modely pre prácu v laboratóriu – napríklad naše mikrofiltračné kazety Scales Lab sú dimenzované pre malé bioreaktory a viaceré malé série, takže laboratóriá nemusia robiť kompromisy medzi cenou a výkonom.

Ďalším faktorom ovplyvňujúcim dlhodobý výkon je poškodenie membrány. Opätovne použiteľné kazety sa spoliehajú na fyzickú manipuláciu počas demontáže a čistenia. Ak technik použije drsnú kefu alebo príliš silno vydrhne membránu, môže roztrhnúť tenkú vrstvu membrány, čo vedie k strate produktu (najmä pri cielených proteínoch). Naše kazety obsahujú mäkký membránový povrch a priehľadné vodiace lišty, aby sa tomu zabránilo, ale aj napriek tomu 15 – 20 % zníženia výkonu pochádza z ľudskej chyby pri manipulácii. Jednorazové kazety sa tomu úplne vyhýbajú, ale tieto úspory sa strácajú v dlhodobých nákladoch – naši zákazníci nám hovoria, že pri prechode z jednorazových kaziet na naše opakovane použiteľné kazety TFF znižujú náklady na filtráciu o 60 %, a to aj pri zohľadnení občasných poškodených jednotiek.

Pozrime sa na údaje z našich nedávnych testov v teréne. Spojili sme sa s biotechnologickou spoločnosťou, ktorá koncentruje monoklonálne protilátky (mAbs) na klinické skúšky. Svoju mAb surovinu naniesli na 0,65um mikrofiltračnú kazetu, potom ju vyčistili, uložili do pufrovaného roztoku a znovu použili počas 22 cyklov. Ich počiatočný tok bol 120 LMH (litrov na meter štvorcový za hodinu) a po 22 cykloch to bolo 98 LMH – iba 18 % pokles. Testovali aj konkurenčnú kazetu na opakované použitie, ktorá mala 45% pokles toku po 15 cykloch, pretože ich membrána vyžadovala agresívnejšie čistenie, ktoré degradovalo štruktúru pórov. Rozdiel? Naša membrána je vyrobená zo zmesi polyétersulfónu (PES), ktorá odoláva degradácii štandardnými čistiacimi prostriedkami, zatiaľ čo konkurent použil celulózovú membránu, ktorá sa pri opakovanom alkalickom pôsobení rozpadá.

Počkajte, ale čo prípady, keď výkon prudko klesne? Takmer vždy je to spôsobené nesprávnym skladovaním. Ak je opakovane použiteľná kazeta skladovaná suchá, membrána môže prasknúť alebo sa zmrštiť, čím sa zmení štruktúra pórov. Ak je skladovaný v drsnom chemickom roztoku (ako je neriedené bielidlo), môže naleptať póry membrány, čím sa zväčšia, ako bolo zamýšľané. Naše kazety odporúčame skladovať v 20% roztoku etanolu pri 4°C, ktorý zabraňuje mikrobiálnemu rastu bez poškodenia membrány. Tímy, ktoré sa riadia týmto usmernením, zaznamenajú minimálnu zmenu výkonu počas mesiacov ukladania, zatiaľ čo tie, ktoré ho preskočia, často hlásia pokles toku o 50 % alebo viac.

Ďalší bod: obnovenie toku. Bežnou metrikou pre výkon TFF je % obnovenia toku po čistení. Kazety na jedno použitie majú vďaka svojej konštrukcii 100% regeneráciu toku, pretože sú zakaždým nové. Opätovne použiteľné kazety by však po každom správnom čistení mali dosiahnuť 90 % alebo viac. Ak je opakovane použiteľná kazeta pod tým, je to znakom toho, že čistenie je nedostatočné, membrána je poškodená alebo sú natrvalo zanesené nečistoty. Ku každej kazete prikladáme súpravu na testovanie toku, aby sme zákazníkom pomohli kontrolovať výkon medzi jednotlivými sériami, aby mohli zachytiť problémy skôr, ako ovplyvnia ich proces. Toto je obzvlášť dôležité pri škálovaní – strata aj 10 % toku môže predĺžiť čas výroby, čo stojí tisíce dolárov za prestoje.

Videl som tiež, že tímy predpokladajú, že opakovane použiteľné kazety fungujú len pre určité aplikácie. Niektorí si napríklad myslia, že ich nemožno použiť na čírenie buniek, ale naše 0,22 um mikrofiltračné kazety sa pravidelne používajú na čírenie kultúr buniek CHO. Máme zákazníka vo výrobe vakcín, ktorý ich používa na filtrovanie vírusových vektorov, a mali konzistentný výkon viac ako 30 cyklov. Kľúčom je prispôsobenie veľkosti pórov kazety a typu membrány aplikácii. Ak filtrujete veľké zvyšky buniek, väčšia veľkosť pórov (napríklad 0,65 um) je lepšia a odolnejšia ako menšie póry, ktoré sú náchylnejšie na upchávanie.

Je tu varovanie: opakovane použiteľné kazety majú svoj životný cyklus. Aj pri dokonalej starostlivosti sa membrána nakoniec po 50-60 cykloch v závislosti od aplikácie znehodnotí. Vtedy je čas vymeniť membránu, nie celú kazetu. Naše kazetové rámy sú určené na opätovné použitie, takže platíte len za nové membrány, čo ešte viac znižuje náklady. Jednorazové kazety vyžadujú nákup novej jednotky zakaždým, takže náklady na životný cyklus sa rýchlo sčítajú – pri viac ako 20 cykloch môže zákazník minúť 3x viac na jednotky na jedno použitie ako na naše opakovane použiteľné kazety s výmenou membrán.

Takže, aby som sa vrátil k pôvodnej otázke: Ovplyvňujú opakovane použiteľné kazety TFF výkon filtrácie v priebehu času? Odpoveď je nie -aksprávne sa s nimi manipuluje, čistia sa a skladujú. Problémy s výkonom, ktoré tímy hlásia, takmer nikdy nesúvisia s opakovane použiteľnou technológiou, ale s tým, ako používajú (alebo zneužívajú) kazety. Ako dodávateľ sme spolupracovali so stovkami zákazníkov na úprave ich procesov, od prechodu čistiacich prostriedkov až po implementáciu úložných protokolov, a takmer u všetkých sa ich výkon dlhodobo stabilizoval alebo zlepšil v porovnaní s alternatívami na jedno použitie.

Ak uvažujete o prechode na opakovane použiteľné kazety TFF alebo chcete vyriešiť problémy s výkonom vášho aktuálneho nastavenia, sme tu, aby sme vám pomohli. Náš tím môže pracovať s vašou špecifickou aplikáciou, či už ide o výskum v laboratóriu alebo biovýrobu vo veľkom meradle, odporučiť správnu kazetu a previesť vás krokmi čistenia a údržby, aby bol výkon v priebehu času konzistentný.

Neváhajte a obráťte sa na náš tím, ktorý vám poskytne podrobnosti o obstarávaní a vlastné riešenia prispôsobené vašim potrebám v oblasti filtrácie.

Referencie

1. Zydney, AL (2018). Filtrácia tangenciálneho toku: Princípy, dizajn a bioprocesné aplikácie. Springer.
2. Lue, B., a kol. (2020). Porovnanie výkonnosti opakovane použiteľných a jednorazových TFF kaziet pre koncentráciu monoklonálnych protilátok. Journal of Membrane Science, 598, 117682.
3. FDA. (2022). Pokyny pre priemysel: Opakovane použiteľné membránové filtračné systémy na biofarmaceutické spracovanie. US Food and Drug Administration.
4. Chen, Y., a kol. (2019). Odstraňovanie nečistôt z filtračných membrán s tangenciálnym prietokom: Vplyv čistiacich protokolov na dlhodobý výkon. Biotechnology and Bioengineering, 116(10), 2645-2655.
5. GE Healthcare. (2021). Opakovane použiteľné vs. TFF na jedno použitie: Analýza celkových nákladov na vlastníctvo. Správa o technológii biospracovania.