Optimización de la filtración de flujo tangencial

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La filtración de flujo tangencial (TFF) es un método útil para separar moléculas o partículas en una solución líquida por tamaño y permite tanto la concentración como la capacidad de cambiar la composición del tampón.1 La TFF se usa en casi todos los procesos posteriores de fabricación biofarmacéutica para proporcionar una concentración y diafiltración—un proceso de dilución donde los componentes se eliminan o separan. En comparación, la cromatografía de filtración en gel separa las moléculas por tamaño y brinda la capacidad de cambiar la composición del tampón, pero esta técnica no puede concentrar la entidad objetivo.

En la filtración de flujo normal (NFF), los sólidos suelen formar una torta o una segunda capa sobre la membrana. Cuando se procesan biomoléculas o partículas más pequeñas, incluso una segunda capa delgada en la membrana suele ser suficiente para ensuciarla, reduciendo o deteniendo el proceso de filtración.

"La presión y el flujo son los parámetros clave para controlar y monitorear", dice Fredrik Lundström, gerente senior de productos de Cytiva. "Se recomienda encarecidamente que se controle la presión en las tres corrientes: alimentación, retenido y permeado".

El área de la membrana del filtro debe utilizarse de la manera más eficiente posible, y el proceso debe optimizarse para operar a un flujo alto (flujo de permeado/área de la membrana) que no ensucie la membrana. "Hay un equilibrio de aplicar suficiente presión transmembrana (TMP) para lograr un flujo alto, pero no tan alto como para que la membrana se ensucie", dice Lundström.

Para evitar el ensuciamiento en las operaciones de microfiltración, donde los poros del filtro son grandes, es fundamental controlar y limitar el flujo de permeado (flujo). En la ultrafiltración, donde los poros son pequeños, es importante que la TMP no sea demasiado alta.

Según Lundström, si el proceso incluye diafiltración y cambio de tampón, es importante optimizar el punto de partida de la diafiltración (la cantidad de producto objetivo que se concentrará) para minimizar el uso de tampón y el tiempo de filtración. Un tampón de diafiltración alimentado continuamente al contenedor de recirculación TFF es más eficiente y ahorra tiempo y tampón.

"Es importante controlar el peso del tampón y los contenedores del producto para determinar el factor de concentración (cuántas veces se concentró el producto) y el factor de diafiltración, la cantidad de intercambios de tampón de diafiltración a los que se ha expuesto el producto", recomienda Lundström.

TFF es una operación clásica de bioprocesamiento para cosecha, clarificación y concentración final con intercambio de tampón. TFF también se usa para modalidades novedosas como vectores virales o aplicaciones de ARNm. En estas aplicaciones, la técnica de filtración prevalece más temprano en el proceso que para el procesamiento tradicional de mAb.

Hay dos tipos comunes de dispositivos TFF: casetes y fibras huecas. Los casetes se aplican comúnmente para la concentración de mAb, ya que proporcionan un flujo más alto, y las fibras huecas son útiles cuando la entidad objetivo es sensible al cizallamiento. "Esto ha hecho que las fibras huecas sean más interesantes con la mayor necesidad de procesar células y virus sensibles al corte como los lentivirus", dijo Lundström.

La técnica TFF también se puede implementar como cultivo continuo (perfusión), ya sea en producción o en un biorreactor N-1, donde puede proporcionar controles adicionales en comparación con la filtración de flujo tangencial alterno (ATF).

Cuando los casetes de filtro TFF se colocan en serie, permite la concentración con un solo paso de líquido sobre la membrana TFF en lugar de varias veces. "En este caso, dado que TFF de un solo paso no requiere un tipo de operación por lotes, ha generado mucho interés en el área de procesamiento continuo", dice Lundström.

Los sistemas TFF cíclicos duales2 donde una bomba peristáltica alimenta la corriente a través de dos membranas con tamaños de poro de 200 y 30 nm se consideran una mejor opción para aislar vesículas extracelulares en el rango de tamaño de 30 a 200 nm, en comparación con la filtración directa o TFF cíclico único. La combinación del intercambio de tampones con TFF de doble ciclo ayuda aún más a eliminar los contaminantes.

"Primero considere el tipo de aplicación y cuál es el objetivo de la operación de la unidad, como el factor de concentración, el intercambio de tampón, la entidad objetivo y la composición del líquido. Esto puede darle una indicación de qué tipo de dispositivo TFF y el tamaño de poro de la membrana deberías empezar", dice Lundström. "Entonces puede comenzar a filtrar diferentes filtros".

Los proveedores de filtros a menudo tienen recomendaciones de parámetros de proceso, como el flujo cruzado, para un tipo de filtro en particular para ejecutar las pruebas iniciales. "Debe variar la TMP y medir el flujo para encontrar las condiciones de procesamiento óptimas", aconseja Lundström. "Es posible que también sea necesario considerar otros parámetros, como la temperatura de procesamiento. También es beneficioso utilizar sistemas de escala piloto y de laboratorio más pequeños para filtrar filtros y optimizar el proceso".

Los proveedores de soluciones TFF están disponibles para ayudar con el proceso de filtración, la selección de membranas y proporcionar pautas para las condiciones de procesamiento. Si el proceso se ampliará, se debe considerar la disponibilidad de filtros y sistemas para tamaños más grandes.

Referencias

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