Оптимизация фильтрации тангенциального потока

Кредит: YouTube

Тангенциальная поточная фильтрация (TFF) является полезным методом разделения молекул или частиц в жидком растворе по размеру и обеспечивает как концентрирование, так и возможность изменения состава буфера.1 TFF используется практически во всех последующих процессах биофармацевтического производства, чтобы обеспечить бережную, быструю концентрацию и диафильтрация — процесс разбавления, при котором компоненты удаляются или разделяются. Для сравнения, гель-фильтрационная хроматография разделяет молекулы по размеру и дает возможность изменять состав буфера, но этот метод не может сконцентрировать целевой объект.

При фильтрации с нормальным потоком (NFF) твердые частицы часто образуют осадок или второй слой поверх мембраны. При обработке биомолекул или более мелких частиц часто бывает достаточно даже тонкого второго слоя на мембране, чтобы загрязнить ее, уменьшив или остановив процесс фильтрации.

«Давление и расход являются ключевыми параметрами для контроля и мониторинга», — говорит Фредрик Лундстрём, старший менеджер по продукции Cytiva. «Настоятельно рекомендуется контролировать давление на всех трех потоках: подаваемом, ретентате и пермеате».

Площадь мембраны фильтра следует использовать максимально эффективно, а процесс оптимизировать для работы при высоком потоке (поток пермеата/площадь мембраны), который не загрязняет мембрану. «Существует баланс между приложением достаточного трансмембранного давления (TMP) для достижения высокого потока, но не настолько высокого, чтобы мембрана загрязнялась», — говорит Лундстрём.

Для предотвращения загрязнения при операциях микрофильтрации, когда поры фильтра большие, ключевым моментом является контроль и ограничение потока пермеата (потока). При ультрафильтрации, когда поры малы, важно, чтобы ТМР не было слишком высоким.

По словам Лундстрема, если процесс включает диафильтрацию и замену буфера, важно оптимизировать начальную точку диафильтрации — количество концентрируемого целевого продукта — чтобы минимизировать использование буфера и время фильтрации. Непрерывная подача буфера для диафильтрации в рециркуляционный контейнер TFF более эффективна и экономит время и буфер.

«Важно следить за массой буфера и контейнерами с продуктом, чтобы определить коэффициент концентрации — сколько раз продукт концентрировали — и коэффициент диафильтрации — количество замен диафильтрационного буфера, которому подвергался продукт», — рекомендует Лундстрём.

TFF — это классическая операция биообработки по сбору, осветлению и окончательному концентрированию с заменой буфера. TFF также используется для новых методов, таких как вирусные векторы или приложения мРНК. В этих случаях метод фильтрации более распространен на ранних стадиях процесса, чем при традиционной обработке моноклональных антител.

Существует два распространенных типа устройств TFF: кассеты и полые волокна. Кассеты обычно применяются для концентрации моноклональных антител, поскольку они обеспечивают более высокий поток, а полые волокна полезны, когда целевой объект чувствителен к сдвигу. «Это сделало полые волокна более интересными из-за возросшей потребности в обработке клеток и чувствительных к сдвигу вирусов, таких как лентивирус», — сказал Лундстрем.

Метод TFF также может быть реализован как непрерывное культивирование (перфузия) либо на производстве, либо в биореакторе N-1, где он может обеспечить дополнительный контроль по сравнению с фильтрацией с переменным тангенциальным потоком (ATF).

Когда кассеты фильтра TFF расположены последовательно, это позволяет концентрировать жидкость за один проход через мембрану TFF, а не несколько раз. «В данном случае, поскольку однопроходная технология TFF не требует периодической обработки, она вызвала большой интерес к области непрерывной обработки», — говорит Лундстрём.

Системы с двойным циклическим TFF2, в которых перистальтический насос пропускает поток через две мембраны с размером пор 200 и 30 нм, считаются лучшим вариантом для изоляции внеклеточных везикул размером от 30 до 200 нм по сравнению с прямой фильтрацией или одиночным циклическим TFF. Сочетание замены буфера с TFF двойного цикла дополнительно помогает устранить загрязнения.

«Сначала рассмотрите тип применения и цель работы устройства, например, коэффициент концентрации, обмен буфера, целевой объект и состав жидкости. Это может дать вам представление о том, какой тип устройства TFF и размер пор мембраны вам следует начать с этого», — говорит Лундстрём. «Тогда вы можете начать проверять различные фильтры».