Le cassette TFF riutilizzabili influiscono sulle prestazioni di filtrazione nel tempo?

In qualità di fornitore di cassette TFF (filtrazione a flusso tangenziale) riutilizzabili, ricevo continuamente questa domanda: i nostri prodotti mantengono prestazioni costanti dopo un uso ripetuto? È giusto: i team di bioprocessing si affidano al TFF per qualsiasi cosa, dalla chiarifica della coltura cellulare alla concentrazione delle proteine, e i tempi di inattività dovuti ad apparecchiature poco efficienti possono far deragliare interi programmi di produzione. Dopo 8 anni di lavoro nella tecnologia di filtrazione a membrana, ho visto team passare dalle cassette TFF monouso a quelle riutilizzabili, spesso dando per scontato che una sia intrinsecamente migliore dell'altra. Ma la verità sulle prestazioni nel tempo è ricca di sfumature, legata non solo alla cassetta stessa, ma al modo in cui viene pulita, conservata e utilizzata.

Cominciamo dalle basi: le cassette TFF funzionano spingendo il fluido parallelamente alla superficie della membrana, lasciando passare le particelle piccole e trattenendo quelle più grandi. Per i modelli riutilizzabili, la membrana e il telaio della cassetta sono progettati per essere smontati, puliti e ricondizionati, anziché smaltiti dopo l'uso come un'unità monouso. La chiave qui è che le prestazioni non si limitano a peggiorare: si degradano per ragioni specifiche e prevedibili, ed è qui che le cassette riutilizzabili possono superare le prestazioni monouso (con la dovuta cura) o deludere se mantenute in modo errato.

Uno dei miti più comuni è che le cassette riutilizzabili si consumano rapidamente. Ho visto cassette eseguire più di 50 cicli e fornire comunque il 90% del loro flusso iniziale (la velocità del flusso del fluido attraverso la membrana) se adeguatamente pulite. Ma non è così se salti i passaggi critici della pulizia. Quando si utilizza una cassetta TFF, uno strato di sostanze sporche (aggregati proteici, detriti cellulari o componenti multimediali) si accumula sulla superficie della membrana e all'interno dei pori. Se si esegue solo un rapido risciacquo con acqua tra una corsa e l'altra, le sostanze contaminanti si induriscono, inglobandosi nei pori della membrana. Nel tempo, ciò riduce la dimensione effettiva dei pori e blocca il flusso. Ad esempio, una cassetta di microfiltrazione da 0,22um che inizia a flusso pieno potrebbe diminuire del 30-40% dopo 10 cicli se pulita solo con acqua. Ma se si utilizza una soluzione detergente alcalina (come NaOH 0,1 M) con ricircolo, quindi si risciacqua con acido e acqua, la stessa cassetta rimane all'85% di flusso dopo 15 corse.

Ecco perché abbiamo creato la nostra linea di cassette a membrana TFF con telai facili da smontare e membrane compatibili che resistono al legame proteico. Il nostro team di ricerca e sviluppo ha testato 10 diversi tipi di membrane per trovare quelle che rilasciano sostanze contaminanti senza degradarsi, motivo per cui le nostre cassette riutilizzabili funzionano in modo coerente durante i cicli. Disponiamo inoltre di modelli dedicati per il lavoro su scala di laboratorio: le nostre cassette di microfiltrazione Scales Lab, ad esempio, sono dimensionate per piccoli bioreattori e più piccole tirature, quindi i laboratori non devono scendere a compromessi tra costi e prestazioni.

Un altro fattore che influenza le prestazioni a lungo termine è il danno alla membrana. Le cassette riutilizzabili richiedono una manipolazione fisica durante lo smontaggio e la pulizia. Se un tecnico utilizza una spazzola dura o strofina la membrana con troppa forza, può strappare il sottile strato di membrana, con conseguente perdita di prodotto (soprattutto per le proteine ​​mirate). Le nostre cassette includono una superficie a membrana morbida e guide di manipolazione chiare per evitare ciò, ma anche in questo caso, il 15-20% del degrado delle prestazioni deriva da un errore umano nella gestione. Le cassette monouso evitano completamente questo problema, ma il risparmio si perde nei costi a lungo termine: i nostri clienti ci dicono di aver ridotto i costi di filtrazione del 60% quando passano dalle cassette monouso alle nostre cassette TFF riutilizzabili, anche tenendo conto di unità danneggiate occasionalmente.

Diamo un'occhiata ai dati dei nostri recenti test sul campo. Abbiamo collaborato con un'azienda biotecnologica che concentra anticorpi monoclonali (mAb) per studi clinici. Hanno analizzato la materia prima mAb su una cassetta di microfiltrazione da 0,65 um, quindi l'hanno pulita, conservata in una soluzione tamponata e riutilizzata in 22 cicli. Il loro flusso iniziale era di 120 LMH (litri per metro quadrato all’ora) e dopo 22 esecuzioni era di 98 LMH, solo un calo del 18%. Hanno inoltre testato una cassetta riutilizzabile di un concorrente, che presentava un calo di flusso del 45% dopo 15 cicli, poiché la loro membrana richiedeva una pulizia più aggressiva che degradava la struttura dei pori. La differenza? La nostra membrana è costituita da una miscela di polietersulfone (PES) che resiste alla degradazione causata dai detergenti standard, mentre il concorrente utilizzava una membrana di cellulosa che si rompe con ripetute esposizioni alcaline.

Aspetta, ma che dire dei casi in cui le prestazioni diminuiscono drasticamente? Ciò è quasi sempre dovuto a una conservazione impropria. Se una cassetta riutilizzabile viene conservata asciutta, la membrana può rompersi o restringersi, alterando la struttura dei pori. Se conservato in una soluzione chimica aggressiva (come la candeggina non diluita), può incidere i pori della membrana, rendendoli più grandi del previsto. Raccomandiamo di conservare le nostre cassette in una soluzione di etanolo al 20% a 4°C, che impedisce la crescita microbica senza danneggiare la membrana. I team che seguono queste linee guida riscontrano un cambiamento minimo delle prestazioni nel corso dei mesi di storage, mentre quelli che le ignorano spesso segnalano cali di flusso del 50% o più.

Altro punto: il recupero del flusso. Una metrica comune per le prestazioni del TFF è la percentuale di recupero del flusso dopo la pulizia. Le cassette monouso hanno un recupero del flusso pari al 100% in quanto sono ogni volta nuove. Ma le cassette riutilizzabili dovrebbero raggiungere il 90% o più dopo ogni pulizia adeguata. Se una cassetta riutilizzabile è al di sotto di tale livello, significa che la pulizia è insufficiente, che la membrana è danneggiata o che le impurità sono permanentemente intrappolate. Includiamo un kit di test del flusso con ogni cassetta per aiutare i clienti a controllare le prestazioni tra un ciclo e l'altro, in modo che possano individuare i problemi in anticipo prima che incidano sul loro processo. Ciò è particolarmente importante per i cicli di scale-up: la perdita anche del 10% di flusso può aggiungere ore ai tempi di produzione, con conseguenti costi di migliaia di dollari in termini di tempi di inattività.

Ho anche visto team presumere che le cassette riutilizzabili funzionino solo per determinate applicazioni. Ad esempio, alcuni pensano che non possano essere utilizzate per la chiarificazione cellulare, ma le nostre cassette per microfiltrazione da 0,22um vengono regolarmente utilizzate per la chiarificazione delle colture cellulari CHO. Abbiamo un cliente nella produzione di vaccini che li utilizza per filtrare i vettori virali e hanno ottenuto prestazioni costanti su 30 cicli. La chiave sta nel far corrispondere la dimensione dei pori della cassetta e il tipo di membrana all'applicazione. Se stai filtrando detriti cellulari di grandi dimensioni, una dimensione dei pori più grande (come 0,65um) è migliore e più durevole di un poro più piccolo, che è più incline all'intasamento.

C'è un avvertimento qui: le cassette riutilizzabili hanno un ciclo di vita. Anche con una cura perfetta, la membrana prima o poi si degraderà dopo 50-60 cicli, a seconda dell'applicazione. A questo punto è il momento di sostituire la membrana e non l'intera cassetta. I nostri telai a cassetta sono progettati per essere riutilizzati, quindi pagherai solo per le nuove membrane, il che riduce ulteriormente i costi. Le cassette monouso richiedono l'acquisto di una nuova unità ogni volta, quindi il costo del ciclo di vita aumenta rapidamente: su 20 cicli, un cliente può spendere 3 volte di più per le unità monouso rispetto alle nostre cassette riutilizzabili con sostituzione della membrana.

Quindi, per tornare alla domanda iniziale: le cassette TFF riutilizzabili influiscono sulle prestazioni di filtrazione nel tempo? La risposta è no—Sevengono maneggiati, puliti e conservati correttamente. I problemi di prestazioni segnalati dai team non sono quasi mai inerenti alla tecnologia riutilizzabile, ma al modo in cui utilizzano (o abusano) delle cassette. Come fornitore, abbiamo collaborato con centinaia di clienti per adattare i loro processi, dal cambio dei detergenti all'implementazione dei protocolli di conservazione, e quasi tutti hanno visto le loro prestazioni stabilizzarsi o migliorare rispetto alle alternative monouso a lungo termine.

Se stai pensando di passare alle cassette TFF riutilizzabili o desideri risolvere i problemi di prestazioni con la tua configurazione attuale, siamo qui per aiutarti. Il nostro team può lavorare con la vostra applicazione specifica, che si tratti di ricerca su scala di laboratorio o di bioproduzione su larga scala, per consigliarvi la cassetta giusta e guidarvi attraverso le fasi di pulizia e manutenzione per mantenere le prestazioni costanti nel tempo.

Non esitate a contattare il nostro team per dettagli sull'approvvigionamento e soluzioni personalizzate su misura per le vostre esigenze di filtrazione.

Riferimenti

1. Zydney, AL (2018). Filtrazione a flusso tangenziale: principi, progettazione e applicazioni nei bioprocessi. Springer.
2. Lue, B., et al. (2020). Confronto delle prestazioni delle cassette TFF riutilizzabili e monouso per la concentrazione di anticorpi monoclonali. Giornale di scienza delle membrane, 598, 117682.
3. FDA. (2022). Guida per l'industria: sistemi di filtri a membrana riutilizzabili per processi biofarmaceutici. Amministrazione statunitense per gli alimenti e i farmaci.
4. Chen, Y., et al. (2019). Rimozione delle incrostazioni dalle membrane di filtrazione a flusso tangenziale: impatto dei protocolli di pulizia sulle prestazioni a lungo termine. Biotecnologia e bioingegneria, 116(10), 2645-2655.
5. GE Sanità. (2021). TFF riutilizzabile e monouso: analisi del costo totale di proprietà. Rapporto sulla tecnologia di biotrattamento.