Påverkar återanvändbara TFF-kassetter filtreringsprestanda över tid?

Som leverantör av återanvändbara TFF-kassetter (Tangential Flow Filtration) får jag denna fråga hela tiden: Håller våra produkter konsekvent prestanda vid upprepad användning? Det är rättvist – biobearbetningsteam förlitar sig på TFF för allt från att klargöra cellkulturer till att koncentrera proteiner, och stillestånd från underpresterande utrustning kan spåra ur hela produktionsscheman. Efter 8 år med membranfiltreringsteknik har jag sett team hoppa mellan engångs- och återanvändningsbara TFF-kassetter, ofta förutsatt att den ena är bättre än den andra. Men sanningen om prestanda över tid är nyanserad, knuten inte bara till själva kassetten, utan till hur den rengörs, förvaras och används.

Låt oss börja med grunderna: TFF-kassetter fungerar genom att trycka vätska parallellt med en membranyta, låta små partiklar passera samtidigt som de behåller större. För återanvändbara modeller är membranet och kassettramen utformade för att tas isär, rengöras och bearbetas, snarare än att kasseras efter en användning som en engångsenhet. Nyckeln här är att prestandan inte bara försämras – den försämras av specifika, förutsägbara orsaker, och det är där återanvändbara kassetter antingen kan överträffa engångsbruk (med rätt försiktighet) eller underväldiga om de underhålls på felaktigt sätt.

En av de vanligaste myterna är att återanvändbara kassetter slits snabbt. Jag har sett kassetter gå igenom 50+ körningar och fortfarande leverera 90% av sitt initiala flöde (hastigheten för vätskeflödet genom membranet) när de är ordentligt rengjorda. Men så är det inte om du hoppar över kritiska rengöringssteg. När du använder en TFF-kassett, byggs ett lager av föroreningar – proteinaggregat, cellrester eller mediakomponenter – upp på membranytan och i porerna. Om du bara gör en snabb vattensköljning mellan körningarna, stelnar dessa nedsmutsningar och bäddar in sig i membranets porer. Med tiden minskar det den effektiva porstorleken och blockerar flödet. Till exempel kan en 0,22um mikrofiltreringskassett som startar med fullt flöde sjunka med 30-40 % efter 10 körningar om den rengörs med bara vatten. Men om du använder en alkalisk rengöringslösning (som 0,1M NaOH) med recirkulation, skölj sedan med syra och vatten, förblir samma kassett på 85 % flöde efter 15 körningar.

Det är därför vi byggde vår serie av TFF-membrankassetter med ramar som är lätta att demontera och kompatibla membran som motstår proteinbindning. Vårt FoU-team testade 10 olika membrantyper för att hitta sådana som släpper ut smuts utan nedbrytning, vilket är anledningen till att våra återanvändbara kassetter presterar konsekvent över hela körningarna. Vi har också dedikerade modeller för arbete i laboratorieskala – våra Scales Lab-mikrofiltreringskassetter är till exempel dimensionerade för små bioreaktorer och flera små körningar, så laboratorier behöver inte kompromissa mellan kostnad och prestanda.

En annan faktor som påverkar långtidsprestanda är membranskador. Återanvändbara kassetter är beroende av fysisk hantering under demontering och rengöring. Om en tekniker använder en hård borste eller skrubbar membranet för hårt, kan de slita sönder det tunna membranskiktet, vilket leder till produktförlust (särskilt för målproteiner). Våra kassetter inkluderar en mjuk membranyta och tydliga hanteringsguider för att förhindra det, men även med det kommer 15-20% av prestandaförsämringen från mänskliga fel i hanteringen. Engångskassetter undviker detta helt, men att besparingar går förlorade i långsiktiga kostnader – våra kunder säger till oss att de minskar filtreringskostnaderna med 60 % när de byter från engångskassetter till våra återanvändbara TFF-kassetter, även med hänsyn till enstaka skadade enheter.

Låt oss titta på data från våra senaste fälttester. Vi samarbetade med ett bioteknikföretag som koncentrerar monoklonala antikroppar (mAbs) för kliniska prövningar. De körde sin mAb-råvara på en 0,65um mikrofiltreringskassett, rengjorde den sedan, lagrade den i en buffrad lösning och återanvände den under 22 körningar. Deras initiala flöde var 120 LMH (liter per kvadratmeter i timmen), och efter 22 körningar var det 98 LMH – bara en minskning med 18 %. De testade också en konkurrents återanvändbara kassett, som hade ett flödesfall på 45 % efter 15 körningar, eftersom deras membran krävde mer aggressiv rengöring som försämrade porstrukturen. Skillnaden? Vårt membran är tillverkat av en polyetersulfon (PES)-blandning som motstår nedbrytning från vanliga rengöringsmedel, medan konkurrenten använde ett cellulosamembran som bryts ner vid upprepad alkalisk exponering.

Vänta, men hur är det med fall där prestandan sjunker kraftigt? Det beror nästan alltid på felaktig förvaring. Om en återanvändbar kassett förvaras torrt kan membranet spricka eller krympa, vilket förändrar porstrukturen. Om det förvaras i en hård kemisk lösning (som outspädd blekmedel), kan det etsa membranporerna, vilket gör dem större än avsett. Vi rekommenderar att våra kassetter förvaras i en 20 % etanollösning vid 4°C, vilket förhindrar mikrobiell tillväxt utan att skada membranet. Team som följer den riktlinjen ser minimal prestandaförändring under månaders lagring, medan de som hoppar över det ofta rapporterar flödesfall på 50 % eller mer.

En annan punkt: flödesåtervinning. Ett vanligt mått för TFF-prestanda är % flödesåtervinning efter rengöring. Engångskassetter har 100 % flödesåtervinning genom design, eftersom de är nya varje gång. Men återanvändbara kassetter bör nå 90 % eller högre efter varje ordentlig rengöring. Om en återanvändbar kassett är under det är det ett tecken på att antingen rengöringen är otillräcklig, att membranet är skadat eller att föroreningar är permanent inbäddade. Vi inkluderar ett flödestestkit med varje kassett för att hjälpa kunder att kontrollera prestanda mellan körningarna, så att de kan fånga problem tidigt innan de påverkar deras process. Detta är särskilt viktigt för uppskalningskörningar – att förlora till och med 10 % flöde kan lägga till timmar till produktionstiden, vilket kostar tusentals dollar i stillestånd.

Jag har också sett team anta att återanvändbara kassetter bara fungerar för vissa applikationer. Till exempel, vissa tror att de inte kan användas för cellklarering, men våra 0,22um mikrofiltreringskassetter används regelbundet för att klargöra CHO-cellkulturer. Vi har en kund inom vaccintillverkning som använder dem för att filtrera virusvektorer, och de har haft konsekvent prestanda över 30 körningar. Nyckeln är att matcha kassettens porstorlek och membrantyp till applikationen. Om du filtrerar stora cellskräp är en större porstorlek (som 0,65um) bättre och mer hållbar än en mindre por, som är mer benägen att täppas igen.

Det finns en varning här: återanvändbara kassetter har en livscykel. Även med perfekt skötsel kommer membranet så småningom att brytas ned efter 50-60 körningar, beroende på applikation. Det är då det är dags att byta ut membranet, inte hela kassetten. Våra kassettramar är designade för att kunna återanvändas, så du betalar bara för nya membran, vilket minskar kostnaderna ännu mer. Engångskassetter kräver att man köper en ny enhet varje gång, så livscykelkostnaden ökar snabbt – över 20 körningar kan en kund spendera 3 gånger mer på engångsenheter än på våra återanvändbara kassetter med membranersättningar.

Så, för att ringa tillbaka till den ursprungliga frågan: Påverkar återanvändbara TFF-kassetter filtreringsprestanda över tid? Svaret är nej-omde hanteras, rengörs och förvaras på rätt sätt. De prestandaproblem som team rapporterar är nästan aldrig inneboende i återanvändbar teknik, utan till hur de använder (eller missbrukar) kassetterna. Som leverantör har vi arbetat med hundratals kunder för att justera deras processer, från att byta rengöringsmedel till att implementera lagringsprotokoll, och nästan alla har sett sin prestanda stabiliseras eller förbättras jämfört med engångsalternativ på lång sikt.

Om du funderar på att byta till återanvändbara TFF-kassetter, eller vill felsöka prestandaproblem med din nuvarande installation, är vi här för att hjälpa dig. Vårt team kan arbeta med din specifika applikation, oavsett om det är forskning i laboratorieskala eller storskalig biotillverkning, för att rekommendera rätt kassett och guida dig genom rengörings- och underhållssteg för att hålla prestanda konsekvent över tiden.

Tveka inte att kontakta vårt team för inköpsdetaljer och skräddarsydda lösningar skräddarsydda för dina filtreringsbehov.

Referenser

1. Zydney, AL (2018). Tangentiell flödesfiltrering: Principer, design och bioprocessapplikationer. Springer.
2. Lue, B., et al. (2020). Prestandajämförelse av återanvändbara och engångs TFF-kassetter för monoklonal antikroppskoncentration. Journal of Membrane Science, 598, 117682.
3. FDA. (2022). Vägledning för industrin: Återanvändbara membranfiltersystem för biofarmaceutisk bearbetning. US Food and Drug Administration.
4. Chen, Y., et al. (2019). Borttagning av smuts från tangentiellt flödesfiltreringsmembran: Inverkan av rengöringsprotokoll på långtidsprestanda. Biotechnology and Bioengineering, 116(10), 2645-2655.
5. GE Healthcare. (2021). Återanvändbar kontra engångs-TFF: Analys av total ägandekostnad. Bioprocessing Technology Report.