Влияют ли многоразовые кассеты TFF на эффективность фильтрации с течением времени?

Как поставщик многоразовых кассет TFF (тангенциальная поточная фильтрация) я постоянно задаю этот вопрос: сохраняют ли наши продукты постоянную производительность при многократном использовании? Это справедливо: команды биотехнологов полагаются на TFF во всем, от очистки клеточной культуры до концентрации белков, а простои из-за неэффективного оборудования могут сорвать весь производственный график. После 8 лет работы в области технологий мембранной фильтрации я видел, как команды прыгали между одноразовыми и многоразовыми кассетами TFF, часто предполагая, что одна по своей сути лучше другой. Но правда о производительности с течением времени имеет нюансы и связана не только с самой кассетой, но и с тем, как ее очищают, хранят и эксплуатируют.

Начнем с основ: кассеты TFF работают, проталкивая жидкость параллельно поверхности мембраны, пропуская мелкие частицы и удерживая более крупные. В моделях многоразового использования мембрана и кассетный каркас предназначены для разборки, очистки и повторной обработки, а не выбрасываются после одного использования, как одноразовые устройства. Ключевым моментом здесь является то, что производительность не просто ухудшается — она ухудшается по конкретным, предсказуемым причинам, и именно здесь многоразовые кассеты могут либо превосходить одноразовые (при правильном уходе), либо не впечатлять, если их обслуживать неправильно.

Один из самых распространенных мифов заключается в том, что многоразовые кассеты быстро изнашиваются. Я видел, как кассеты прошли более 50 прогонов и при правильной очистке по-прежнему обеспечивают 90% своего первоначального потока (скорости потока жидкости через мембрану). Но это не тот случай, если вы пропустите важные этапы очистки. Когда вы используете кассету TFF, на поверхности мембраны и внутри пор накапливается слой загрязнений — белковых агрегатов, клеточного мусора или компонентов среды. Если вы выполняете только быструю промывку водой между прогонами, загрязнения затвердевают, проникая в поры мембраны. Со временем это уменьшает эффективный размер пор и блокирует поток. Например, кассета для микрофильтрации 0,22 мкм, которая запускается с полным потоком, может упасть на 30-40% после 10 запусков, если ее очищать только водой. Но если вы используете щелочной чистящий раствор (например, 0,1 М NaOH) с рециркуляцией, а затем промываете кислотой и водой, та же самая кассета сохранит флюс 85% после 15 запусков.

Вот почему мы создали нашу линейку мембранных кассет TFF с легко разбираемыми каркасами и совместимыми мембранами, устойчивыми к связыванию белков. Наша команда по исследованиям и разработкам протестировала 10 различных типов мембран, чтобы найти те, которые выделяют загрязняющие вещества без разложения, поэтому наши многоразовые кассеты стабильно работают во всех циклах. У нас также есть специальные модели для работы в лабораторных масштабах — например, наши кассеты микрофильтрации Scales Lab рассчитаны на небольшие биореакторы и несколько небольших серий, поэтому лабораториям не приходится искать компромисс между стоимостью и производительностью.

Еще одним фактором, влияющим на долгосрочную производительность, является повреждение мембраны. Многоразовые кассеты требуют физического обращения во время разборки и чистки. Если техник использует жесткую щетку или слишком сильно чистит мембрану, он может разорвать тонкий слой мембраны, что приведет к потере продукта (особенно целевых белков). Наши кассеты имеют мягкую мембранную поверхность и четкие направляющие для предотвращения этого, но даже при этом 15-20% снижения производительности происходит из-за человеческой ошибки при обращении. Одноразовые кассеты полностью исключают это, но эта экономия теряется из-за долгосрочных затрат — наши клиенты говорят нам, что они сокращают расходы на фильтрацию на 60% при переходе от одноразовых к нашим многоразовым кассетам TFF, даже с учетом случайных повреждений.

Давайте посмотрим на данные наших недавних полевых испытаний. Мы сотрудничаем с биотехнологической компанией, которая концентрирует моноклональные антитела (мАт) для клинических испытаний. Они пропустили исходное сырье моноклональных антител на кассете для микрофильтрации размером 0,65 мкм, затем очистили ее, сохранили в буферном растворе и повторно использовали в течение 22 прогонов. Их первоначальный поток составлял 120 LMH (литров на квадратный метр в час), а после 22 запусков — 98 LMH — падение всего на 18%. Они также протестировали многоразовую кассету конкурента, у которой падение потока на 45% после 15 запусков, поскольку их мембрана требовала более агрессивной очистки, которая разрушала структуру пор. Разница? Наша мембрана изготовлена ​​из смеси полиэфирсульфона (ПЭС), которая устойчива к разрушению под действием стандартных чистящих средств, тогда как конкурент использовал целлюлозную мембрану, которая разрушается при многократном воздействии щелочи.

Подождите, а как насчет случаев, когда производительность резко падает? Почти всегда это связано с неправильным хранением. Если многоразовая кассета хранится в сухом виде, мембрана может треснуть или сморщиться, изменяя структуру пор. Если он хранится в агрессивном химическом растворе (например, в неразбавленном отбеливателе), он может разъедать поры мембраны, делая их больше, чем предполагалось. Мы рекомендуем хранить наши кассеты в 20% растворе этанола при температуре 4°C, что предотвращает рост микробов, не повреждая мембрану. Команды, которые следуют этому правилу, видят минимальное изменение производительности в течение нескольких месяцев хранения, а те, кто его пропускает, часто сообщают о падении потока на 50% и более.

Еще один момент: восстановление потока. Обычным показателем производительности TFF является % восстановления флюса после очистки. Одноразовые кассеты имеют 100% восстановление флюса, поскольку они каждый раз новые. Но многоразовые кассеты должны достигать 90% или выше после каждой правильной чистки. Если многоразовая кассета находится ниже этого значения, это признак того, что очистка недостаточна, мембрана повреждена или загрязнения надолго засели. Мы включаем в каждую кассету комплект для тестирования флюса, чтобы помочь клиентам проверять производительность между запусками, чтобы они могли выявить проблемы на ранней стадии, прежде чем они повлияют на технологический процесс. Это особенно важно при масштабировании производства: потеря даже 10 % флюса может увеличить время производства на несколько часов, а время простоя обходится в тысячи долларов.

Я также видел, как команды предполагали, что многоразовые кассеты подходят только для определенных приложений. Например, некоторые думают, что их нельзя использовать для осветления клеток, но наши кассеты для микрофильтрации размером 0,22 мкм регулярно используются для осветления культур клеток CHO. У нас есть клиент, занимающийся производством вакцин, который использует их для фильтрации вирусных векторов, и они показали стабильную эффективность в течение 30 запусков. Ключевым моментом является соответствие размера пор кассеты и типа мембраны условиям применения. Если вы фильтруете крупный клеточный мусор, поры большего размера (например, 0,65 мкм) лучше и долговечнее, чем поры меньшего размера, которые более склонны к засорению.

Здесь есть предостережение: у многоразовых кассет есть жизненный цикл. Даже при идеальном уходе мембрана со временем разрушается после 50-60 запусков, в зависимости от применения. Вот тогда и пора менять мембрану, а не всю кассету. Наши кассетные рамы предназначены для повторного использования, поэтому вы платите только за новые мембраны, что еще больше снижает затраты. Одноразовые кассеты требуют покупки нового блока каждый раз, поэтому стоимость жизненного цикла быстро увеличивается: за 20 запусков клиент может потратить в 3 раза больше на одноразовые кассеты, чем на наши многоразовые кассеты с заменой мембраны.

Итак, вернемся к исходному вопросу: влияют ли многоразовые кассеты TFF на эффективность фильтрации с течением времени? Ответ нет…еслис ними обращаются, очищают и хранят должным образом. Проблемы с производительностью, о которых сообщают команды, почти никогда не связаны с технологией многократного использования, а связаны с тем, как они используют (или неправильно используют) кассеты. Как поставщик, мы работали с сотнями клиентов над корректировкой их процессов: от замены чистящих средств до внедрения протоколов хранения, и почти у всех из них в долгосрочной перспективе производительность стабилизировалась или улучшилась по сравнению с одноразовыми альтернативами.

Если вы подумываете о переходе на многоразовые кассеты TFF или хотите устранить проблемы с производительностью при текущей настройке, мы здесь, чтобы помочь. Наша команда может работать с вашим конкретным применением, будь то лабораторные исследования или крупномасштабное биопроизводство, чтобы порекомендовать правильную кассету и помочь вам выполнить этапы очистки и обслуживания, чтобы поддерживать постоянную производительность с течением времени.

Не стесняйтесь обращаться к нашей команде для получения подробной информации о закупках и индивидуальных решений, адаптированных к вашим потребностям в фильтрации.

Ссылки

1. Зидни, Алабама (2018). Тангенциальная фильтрация потока: принципы, конструкция и применение в биопроцессах. Спрингер.
2. Лю, Б. и др. (2020). Сравнение характеристик многоразовых и одноразовых кассет TFF для концентрации моноклональных антител. Журнал мембранной науки, 598, 117682.
3. FDA. (2022). Руководство для промышленности: Многоразовые мембранные фильтрующие системы для биофармацевтической обработки. Управление по контролю за продуктами и лекарствами США.
4. Чен Ю. и др. (2019). Удаление загрязнений с тангенциальных фильтрующих мембран: влияние протоколов очистки на долгосрочную производительность. Биотехнология и биоинженерия, 116(10), 2645-2655.
5. Компания GE Healthcare. (2021). Многоразовый и одноразовый TFF: анализ совокупной стоимости владения. Отчет о технологии биопереработки.