Optimierung der Tangentialflussfiltration

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Die Tangentialflussfiltration (TFF) ist eine nützliche Methode zur Trennung von Molekülen oder Partikeln in flüssigen Lösungen nach Größe und ermöglicht sowohl die Konzentration als auch die Möglichkeit, die Pufferzusammensetzung zu ändern.1 TFF wird in fast jedem nachgelagerten Prozess der biopharmazeutischen Herstellung verwendet, um eine sanfte, schnelle Konzentration zu gewährleisten Diafiltration – ein Verdünnungsprozess, bei dem Komponenten entfernt oder getrennt werden. Im Vergleich dazu trennt die Gelfiltrationschromatographie Moleküle nach Größe und bietet die Möglichkeit, die Pufferzusammensetzung zu ändern, aber diese Technik kann die Zieleinheit nicht konzentrieren.

Bei der Normalflussfiltration (NFF) bilden Feststoffe häufig einen Kuchen oder eine zweite Schicht über der Membran. Bei der Verarbeitung von Biomolekülen oder kleineren Partikeln reicht oft schon eine dünne zweite Schicht auf der Membran aus, um diese zu verunreinigen und den Filtrationsprozess zu verlangsamen oder zu stoppen.

„Druck und Durchfluss sind die Schlüsselparameter zur Steuerung und Überwachung“, sagt Fredrik Lundström, Senior Product Manager bei Cytiva. „Es wird dringend empfohlen, den Druck aller drei Ströme zu überwachen: Feed, Retentat und Permeat.“

Die Filtermembranfläche sollte so effizient wie möglich genutzt und der Prozess so optimiert werden, dass er mit einem hohen Fluss (Permeatfluss/Membranfläche) arbeitet, der die Membran nicht verschmutzt. „Es besteht ein Gleichgewicht darin, ausreichend Transmembrandruck (TMP) anzuwenden, um einen hohen Fluss zu erreichen, aber nicht so hoch, dass die Membran verschmutzt“, sagt Lundström.

Um Verschmutzungen bei Mikrofiltrationsvorgängen zu verhindern, bei denen die Filterporen groß sind, ist die Kontrolle und Begrenzung des Permeatflusses (Fluss) von entscheidender Bedeutung. Bei der Ultrafiltration, bei der die Poren klein sind, ist es wichtig, dass der TMP nicht zu hoch ist.

Laut Lundström ist es wichtig, den Startpunkt der Diafiltration – die Menge des zu konzentrierenden Zielprodukts – zu optimieren, wenn der Prozess Diafiltration und Pufferaustausch umfasst, um den Pufferverbrauch und die Filtrationszeit zu minimieren. Eine kontinuierliche Zufuhr von Diafiltrationspuffer zum TFF-Rezirkulationsbehälter ist effizienter und spart Zeit und Puffer.

„Es ist wichtig, das Puffergewicht und die Produktbehälter zu überwachen, um den Konzentrationsfaktor – wie oft das Produkt konzentriert wurde – und den Diafiltrationsfaktor – die Anzahl der Diafiltrationspufferaustausche, denen das Produkt ausgesetzt war, zu bestimmen“, empfiehlt Lundström.

TFF ist ein klassischer Bioprozessvorgang zur Ernte, Klärung und Endkonzentrierung mit Pufferaustausch. TFF wird auch für neuartige Modalitäten wie virale Vektoren oder mRNA-Anwendungen verwendet. Bei diesen Anwendungen ist die Filtrationstechnik zu Beginn des Prozesses stärker verbreitet als bei der herkömmlichen mAb-Verarbeitung.

Es gibt zwei gängige Arten von TFF-Geräten: Kassetten und Hohlfasern. Für die mAb-Konzentration werden üblicherweise Kassetten verwendet, da sie einen höheren Fluss bieten, und Hohlfasern sind nützlich, wenn die Zieleinheit scherempfindlich ist. „Dies hat Hohlfasern interessanter gemacht, da der Bedarf an der Verarbeitung von Zellen und scherempfindlichen Viren wie Lentiviren gestiegen ist“, sagte Lundström.

Die TFF-Technik kann auch als kontinuierliche Kultivierung (Perfusion) implementiert werden, entweder in der Produktion oder in einem N-1-Bioreaktor, wo sie im Vergleich zur alternierenden Tangentialflussfiltration (ATF) zusätzliche Kontrollen bieten kann.

Wenn TFF-Filterkassetten in Reihe geschaltet werden, ist die Konzentration mit einem einzigen Flüssigkeitsdurchgang über die TFF-Membran statt mit mehreren Durchgängen möglich. „Da Single-Pass-TFF in diesem Fall keinen Batch-Betrieb erfordert, hat es großes Interesse im Bereich der kontinuierlichen Verarbeitung geweckt“, sagt Lundström.

Duale zyklische TFF-Systeme2, bei denen eine peristaltische Pumpe den Strom durch zwei Membranen mit Porengrößen von 200 und 30 nm fördert, gelten im Vergleich zur Direktfiltration oder einzelnen zyklischen TFF als bessere Option zur Isolierung extrazellulärer Vesikel im Größenbereich von 30 bis 200 nm. Die Kombination des Pufferaustauschs mit der Dual-Cycle-TFF trägt zusätzlich zur Beseitigung von Verunreinigungen bei.

„Berücksichtigen Sie zunächst die Art der Anwendung und das Ziel des Gerätebetriebs, z. B. Konzentrationsfaktor, Pufferaustausch, Zieleinheit und Flüssigkeitszusammensetzung. Dies kann Ihnen einen Hinweis auf den Typ des TFF-Geräts und die Porengröße der Membran geben „mit denen man beginnen sollte“, sagt Lundström. „Dann können Sie mit dem Screening verschiedener Filter beginnen.“

Filterlieferanten haben häufig Empfehlungen zu Prozessparametern wie Querstrom für einen bestimmten Filtertyp, die für die Durchführung erster Tests verwendet werden sollen. „Sie sollten den TMP variieren und den Fluss messen, um die optimalen Verarbeitungsbedingungen zu finden“, rät Lundström. „Andere Parameter, wie etwa die Verarbeitungstemperatur, müssen möglicherweise ebenfalls berücksichtigt werden. Es ist auch vorteilhaft, kleinere Labor- und Pilotsysteme zu verwenden, um Filter zu filtern und den Prozess zu optimieren.“

Anbieter von TFF-Lösungen stehen zur Verfügung, um beim Filtrationsprozess und der Membranauswahl zu helfen und Richtlinien für die Verarbeitungsbedingungen bereitzustellen. Wenn der Prozess ausgeweitet wird, sollte die Verfügbarkeit von Filtern und Systemen für größere Größen in Betracht gezogen werden.

Verweise

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