As cassetes TFF reutilizáveis ​​afetam o desempenho da filtração ao longo do tempo?

Como fornecedor de cassetes TFF (filtragem de fluxo tangencial) reutilizáveis, recebo esta pergunta o tempo todo: nossos produtos apresentam desempenho consistente após uso repetido? É justo: as equipes de bioprocessamento confiam na TFF para tudo, desde o esclarecimento da cultura celular até a concentração de proteínas, e o tempo de inatividade causado por equipamentos com baixo desempenho pode inviabilizar cronogramas inteiros de produção. Após 8 anos trabalhando em tecnologia de filtração por membrana, vi equipes alternarem entre cassetes TFF descartáveis ​​e reutilizáveis, muitas vezes assumindo que um é inerentemente melhor que o outro. Mas a verdade sobre o desempenho ao longo do tempo tem nuances, ligadas não apenas ao cassete em si, mas à forma como ele é limpo, armazenado e operado.

Vamos começar com o básico: os cassetes TFF funcionam empurrando o fluido paralelamente à superfície da membrana, deixando passar pequenas partículas enquanto retém as maiores. Para modelos reutilizáveis, a membrana e a estrutura do cassete são projetadas para serem desmontadas, limpas e reprocessadas, em vez de descartadas após um uso, como uma unidade descartável. A chave aqui é que o desempenho não apenas se degrada – ele se degrada por razões específicas e previsíveis, e é aí que os cassetes reutilizáveis ​​podem superar o desempenho do uso único (com o cuidado adequado) ou ficar abaixo do esperado se mantidos incorretamente.

Um dos mitos mais comuns é que os cassetes reutilizáveis ​​se desgastam rapidamente. Já vi cassetes passarem por mais de 50 execuções e ainda fornecerem 90% de seu fluxo inicial (a taxa de fluxo de fluido através da membrana) quando devidamente limpos. Mas esse não será o caso se você pular etapas críticas de limpeza. Quando você usa um cassete TFF, uma camada de incrustações – agregados de proteínas, restos celulares ou componentes de mídia – se acumula na superfície da membrana e dentro dos poros. Se você fizer apenas um enxágue rápido com água entre as corridas, essas incrustações endurecem, incrustando-se nos poros da membrana. Com o tempo, isso reduz o tamanho efetivo dos poros e bloqueia o fluxo. Por exemplo, um cassete de microfiltração de 0,22um que inicia com fluxo total pode cair 30-40% após 10 execuções se for limpo apenas com água. Mas se você usar uma solução de limpeza alcalina (como NaOH 0,1M) com recirculação e depois enxaguar com ácido e água, esse mesmo cassete permanecerá com fluxo de 85% após 15 execuções.

É por isso que construímos nossa linha de cassetes de membrana TFF com estruturas fáceis de desmontar e membranas compatíveis que resistem à ligação de proteínas. Nossa equipe de P&D testou 10 tipos diferentes de membranas para encontrar aquelas que liberam incrustantes sem degradação, e é por isso que nossos cassetes reutilizáveis ​​apresentam desempenho consistente em todas as execuções. Também temos modelos dedicados para trabalho em escala de laboratório – nossos cassetes de microfiltração de laboratório Scales, por exemplo, são dimensionados para pequenos biorreatores e múltiplas execuções pequenas, para que os laboratórios não precisem comprometer entre custo e desempenho.

Outro fator que afeta o desempenho a longo prazo são os danos à membrana. Cassetes reutilizáveis ​​dependem de manuseio físico durante a desmontagem e limpeza. Se um técnico usar uma escova áspera ou esfregar a membrana com muita força, ele poderá rasgar a fina camada da membrana, levando à perda do produto (especialmente para proteínas específicas). Nossos cassetes incluem uma superfície de membrana macia e guias de manuseio claras para evitar isso, mas mesmo assim, 15-20% da degradação do desempenho vem de erro humano no manuseio. Os cassetes descartáveis ​​evitam isso completamente, mas essa economia é perdida nos custos de longo prazo – nossos clientes nos dizem que reduziram os custos de filtração em 60% ao mudar de cassetes TFF descartáveis ​​para nossos cassetes TFF reutilizáveis, mesmo contabilizando unidades danificadas ocasionais.

Vejamos os dados de nossos testes de campo recentes. Fizemos parceria com uma empresa de biotecnologia que concentra anticorpos monoclonais (mAbs) para ensaios clínicos. Eles executaram sua matéria-prima de mAb em um cassete de microfiltração de 0,65um, depois limparam-no, armazenaram-no em uma solução tamponada e reutilizaram-no em 22 execuções. Seu fluxo inicial foi de 120 LMH (litros por metro quadrado por hora) e, após 22 execuções, foi de 98 LMH – uma queda de apenas 18%. Eles também testaram um cassete reutilizável de um concorrente, que apresentou uma queda de fluxo de 45% após 15 execuções, porque sua membrana exigia uma limpeza mais agressiva que degradava a estrutura dos poros. A diferença? Nossa membrana é feita de uma mistura de polietersulfona (PES) que resiste à degradação por agentes de limpeza padrão, enquanto o concorrente usou uma membrana de celulose que se decompõe com exposição alcalina repetida.

Espere, mas e os casos em que o desempenho cai drasticamente? Isso quase sempre se deve ao armazenamento inadequado. Se um cassete reutilizável for armazenado seco, a membrana pode rachar ou encolher, alterando a estrutura dos poros. Se for armazenado em uma solução química agressiva (como alvejante não diluído), pode causar corrosão nos poros da membrana, tornando-os maiores do que o pretendido. Recomendamos armazenar nossos cassetes em solução de etanol a 20% a 4°C, o que evita o crescimento microbiano sem danificar a membrana. As equipes que seguem essa diretriz observam alterações mínimas no desempenho ao longo de meses de armazenamento, enquanto aquelas que a ignoram geralmente relatam quedas de fluxo de 50% ou mais.

Outro ponto: recuperação de fluxo. Uma métrica comum para o desempenho do TFF é a% de recuperação de fluxo após a limpeza. Os cassetes descartáveis ​​têm 100% de recuperação de fluxo por design, já que são sempre novos. Mas os cassetes reutilizáveis ​​devem atingir 90% ou mais após cada limpeza adequada. Se um cassete reutilizável estiver abaixo disso, é um sinal de que a limpeza é insuficiente, a membrana está danificada ou as incrustações estão permanentemente incrustadas. Incluímos um kit de teste de fluxo com cada cassete para ajudar os clientes a verificar o desempenho entre as execuções, para que possam detectar problemas antecipadamente, antes que afetem seu processo. Isto é especialmente crítico para execuções de aumento de escala – perder até 10% de fluxo pode adicionar horas ao tempo de produção, o que custa milhares de dólares em tempo de inatividade.

Também vi equipes presumirem que cassetes reutilizáveis ​​só funcionam para determinadas aplicações. Por exemplo, alguns pensam que não podem ser usados ​​para clarificação de células, mas nossos cassetes de microfiltração de 0,22um são usados ​​regularmente para clarificação de culturas de células CHO. Temos um cliente na fabricação de vacinas que as utiliza para filtrar vetores virais e eles tiveram desempenho consistente em 30 execuções. O segredo é combinar o tamanho dos poros e o tipo de membrana do cassete com a aplicação. Se você estiver filtrando detritos celulares grandes, um tamanho de poro maior (como 0,65um) é melhor e mais durável do que um poro menor, que é mais propenso a entupimento.

Há uma ressalva aqui: os cassetes reutilizáveis ​​têm um ciclo de vida. Mesmo com cuidado perfeito, a membrana acabará por se degradar após 50-60 execuções, dependendo da aplicação. É aí que chega a hora de substituir a membrana, e não o cassete inteiro. Nossas molduras de cassetes são projetadas para serem reutilizadas, portanto você paga apenas por membranas novas, o que reduz ainda mais os custos. Os cassetes descartáveis ​​exigem a compra de uma unidade nova sempre, portanto, o custo do ciclo de vida aumenta rapidamente – em 20 execuções, um cliente pode gastar 3 vezes mais em unidades descartáveis ​​do que em nossos cassetes reutilizáveis ​​com substituições de membrana.

Então, voltando à pergunta original: os cassetes TFF reutilizáveis ​​afetam o desempenho da filtração ao longo do tempo? A resposta é não—seeles são manuseados, limpos e armazenados adequadamente. Os problemas de desempenho relatados pelas equipes quase nunca são inerentes à tecnologia reutilizável, mas à forma como elas usam (ou fazem mau uso) os cassetes. Como fornecedor, trabalhamos com centenas de clientes para ajustar os seus processos, desde a mudança de agentes de limpeza até à implementação de protocolos de armazenamento, e quase todos viram o seu desempenho estabilizar ou melhorar em comparação com alternativas de utilização única a longo prazo.

Se você está pensando em mudar para cassetes TFF reutilizáveis ​​ou deseja solucionar problemas de desempenho com sua configuração atual, estamos aqui para ajudar. Nossa equipe pode trabalhar com sua aplicação específica, seja pesquisa em escala de laboratório ou biofabricação em larga escala, para recomendar o cassete certo e orientá-lo nas etapas de limpeza e manutenção para manter o desempenho consistente ao longo do tempo.

Não hesite em entrar em contato com nossa equipe para obter detalhes de aquisição e soluções personalizadas adaptadas às suas necessidades de filtração.

Referências

1. Zydney, AL (2018). Filtragem de fluxo tangencial: Princípios, design e aplicações de bioprocessos. Springer.
2. Lue, B., et al. (2020). Comparação de desempenho de cassetes TFF reutilizáveis ​​e descartáveis ​​para concentração de anticorpos monoclonais. Journal of Membrane Science, 598, 117682.
3. FDA. (2022). Orientação para a indústria: Sistemas de filtros de membrana reutilizáveis ​​para processamento biofarmacêutico. Administração de Alimentos e Medicamentos dos EUA.
4. Chen, Y., et al. (2019). Remoção de incrustações de membranas de filtração de fluxo tangencial: Impacto dos protocolos de limpeza no desempenho a longo prazo. Biotecnologia e Bioengenharia, 116(10), 2645-2655.
5. GE Saúde. (2021). TFF reutilizável versus descartável: análise do custo total de propriedade. Relatório de tecnologia de bioprocessamento.