آیا کاست‌های TFF قابل استفاده مجدد بر عملکرد فیلتراسیون در طول زمان تأثیر می‌گذارند؟

به‌عنوان تامین‌کننده کاست‌های قابل استفاده مجدد TFF (فیلتراسیون جریان مماسی)، همیشه با این سؤال مواجه می‌شوم: آیا محصولات ما در استفاده مکرر عملکرد ثابتی دارند؟ این یک روش منصفانه است - تیم‌های پردازش زیستی برای همه چیز از شفاف‌سازی کشت سلولی گرفته تا متمرکز کردن پروتئین‌ها به TFF تکیه می‌کنند، و خرابی ناشی از عملکرد ضعیف تجهیزات می‌تواند کل برنامه‌های تولید را از مسیر خارج کند. پس از 8 سال کار در فناوری فیلتراسیون غشایی، تیم‌هایی را دیده‌ام که بین کاست‌های TFF یک‌بار مصرف و قابل استفاده مجدد پرش می‌کنند، اغلب با این فرض که یکی ذاتاً بهتر از دیگری است. اما حقیقت در مورد عملکرد در طول زمان جزئی‌تر است و نه تنها به خود کاست، بلکه به نحوه تمیز کردن، ذخیره‌سازی و کارکرد آن بستگی دارد.

بیایید با اصول اولیه شروع کنیم: کاست‌های TFF با فشار دادن مایع به موازات سطح غشاء کار می‌کنند و اجازه می‌دهند ذرات کوچک از آن عبور کنند و در عین حال ذرات بزرگ‌تر را حفظ کنند. برای مدل‌های قابل استفاده مجدد، غشاء و قاب کاست به گونه‌ای طراحی شده‌اند که پس از یک بار استفاده مانند یک واحد یکبار مصرف، جدا شوند، تمیز شوند و دوباره پردازش شوند. نکته کلیدی در اینجا این است که عملکرد فقط کاهش نمی‌یابد - به دلایل خاص و قابل پیش‌بینی کاهش می‌یابد، و اینجاست که کاست‌های قابل استفاده مجدد می‌توانند عملکرد یکبار مصرف (با مراقبت مناسب) را بهتر کنند یا در صورت نگهداری نادرست، ضعیف شوند.

یکی از رایج ترین افسانه ها این است که کاست های قابل استفاده مجدد به سرعت فرسوده می شوند. من کاست ها را دیده ام که بیش از 50 بار اجرا می شوند و هنوز 90٪ از شار اولیه خود (نرخ جریان سیال از طریق غشاء) را هنگامی که به درستی تمیز می شوند ارائه می دهند. اما اگر مراحل مهم تمیز کردن را نادیده بگیرید، اینطور نیست. هنگامی که از کاست TFF استفاده می کنید، لایه ای از رسوبات - تجمعات پروتئینی، بقایای سلولی یا اجزای رسانه ای - روی سطح غشاء و درون منافذ ایجاد می شود. اگر فقط یک شستشوی سریع با آب بین دو اجرا انجام دهید، آن مواد رسوب سخت می شوند و خود را در منافذ غشا فرو می برند. با گذشت زمان، اندازه موثر منافذ را کاهش می دهد و جریان را مسدود می کند. به عنوان مثال، یک کاست میکروفیلتراسیون 0.22 میلی متری که با شار کامل شروع می شود، اگر فقط با آب تمیز شود، ممکن است پس از 10 بار اجرا، 30 تا 40 درصد کاهش یابد. اما اگر از محلول تمیزکننده قلیایی (مانند 0.1M NaOH) با گردش مجدد استفاده می‌کنید، سپس با اسید و آب بشویید، همان کاست پس از 15 بار در 85% شار باقی می‌ماند.

به همین دلیل است که ما خط خود را از کاست های غشایی TFF با قاب هایی که به راحتی جدا می شوند و غشاهای سازگاری که در برابر اتصال پروتئین مقاومت می کنند ساخته ایم. تیم تحقیق و توسعه ما 10 نوع غشا مختلف را آزمایش کرد تا غشاهایی را بیابد که رسوب‌ها را بدون تخریب آزاد می‌کنند، به همین دلیل است که کاست‌های قابل استفاده مجدد ما به طور مداوم در سراسر اجراها کار می‌کنند. ما همچنین مدل‌های اختصاصی برای کار در مقیاس آزمایشگاهی داریم - برای مثال، کاست‌های میکروفیلتراسیون آزمایشگاهی مقیاس ما، برای بیوراکتورهای کوچک و چندین اجرا کوچک اندازه‌گیری شده‌اند، بنابراین آزمایشگاه‌ها مجبور نیستند بین هزینه و عملکرد مصالحه کنند.

یکی دیگر از عوامل موثر بر عملکرد طولانی مدت آسیب غشا است. کاست‌های قابل استفاده مجدد در حین جداسازی و تمیز کردن به حمل فیزیکی متکی هستند. اگر تکنسین از یک برس خشن استفاده کند یا غشاء را خیلی سخت بمالد، می تواند لایه نازک غشاء را پاره کند و منجر به از بین رفتن محصول شود (مخصوصاً برای پروتئین های هدف). کاست های ما دارای سطح غشایی نرم و راهنماهای شفاف برای جلوگیری از آن هستند، اما حتی با آن، 15 تا 20 درصد کاهش عملکرد ناشی از خطای انسانی در حمل و نقل است. کاست‌های یک‌بار مصرف کاملاً از این امر اجتناب می‌کنند، اما این صرفه‌جویی در هزینه‌های بلندمدت از بین می‌رود—مشتریان ما به ما می‌گویند که هنگام تغییر از کاست‌های یکبار مصرف به کاست‌های TFF قابل استفاده مجدد، هزینه‌های فیلتر را تا 60 درصد کاهش می‌دهند، حتی اگر واحدهای آسیب دیده گاه به گاه در نظر گرفته شوند.

بیایید به داده های آزمایشات میدانی اخیر خود نگاه کنیم. ما با یک شرکت بیوتکنولوژی که آنتی‌بادی‌های مونوکلونال (mAbs) را برای آزمایش‌های بالینی متمرکز می‌کند، همکاری کردیم. آنها مواد اولیه mAb خود را روی یک کاست میکروفیلتراسیون 0.65um اجرا کردند، سپس آن را تمیز کردند، در محلول بافری ذخیره کردند و در 22 بار مجدداً از آن استفاده کردند. شار اولیه آنها 120 LMH (لیتر بر متر مربع در ساعت) بود و پس از 22 بار اجرا، 98 LMH بود - فقط 18٪ کاهش. آنها همچنین نوار کاست قابل استفاده مجدد یک رقیب را آزمایش کردند که پس از 15 بار افت شار 45 درصدی داشت، زیرا غشای آنها به تمیز کردن تهاجمی بیشتری نیاز داشت که ساختار منافذ را تخریب می کرد. تفاوت؟ غشای ما از یک ترکیب پلی اتر سولفون (PES) ساخته شده است که در برابر تخریب عوامل تمیز کننده استاندارد مقاومت می کند، در حالی که رقیب از غشای سلولزی استفاده می کند که با قرار گرفتن در معرض مکرر قلیایی تجزیه می شود.

صبر کنید، اما در مورد مواردی که عملکرد به شدت کاهش می یابد چه؟ این تقریباً همیشه به دلیل ذخیره سازی نامناسب است. اگر یک کاست قابل استفاده مجدد به صورت خشک نگهداری شود، غشا می تواند ترک بخورد یا منقبض شود و ساختار منافذ را تغییر دهد. اگر در یک محلول شیمیایی خشن (مانند سفید کننده رقیق نشده) ذخیره شود، می تواند منافذ غشایی را حک کند و آنها را بزرگتر از حد مورد نظر کند. ما توصیه می کنیم کاست های خود را در محلول اتانول 20 درصد در دمای 4 درجه سانتی گراد نگهداری کنید، که بدون آسیب رساندن به غشاء از رشد میکروبی جلوگیری می کند. تیم‌هایی که از این دستورالعمل پیروی می‌کنند، کمترین تغییر عملکرد را طی ماه‌ها ذخیره‌سازی مشاهده می‌کنند، در حالی که تیم‌هایی که از آن صرف‌نظر می‌کنند، اغلب کاهش شار 50٪ یا بیشتر را گزارش می‌کنند.

نکته دیگر: بازیابی شار. یک معیار رایج برای عملکرد TFF بازیابی شار درصد پس از تمیز کردن است. کاست های یکبار مصرف بر اساس طراحی 100% بازیابی شار دارند، زیرا هر بار جدید هستند. اما کاست های قابل استفاده مجدد باید پس از هر تمیز کردن مناسب 90٪ یا بیشتر ضربه بزنند. اگر یک کاست قابل استفاده مجدد در زیر آن باشد، نشانه آن است که یا تمیز کردن کافی نیست، غشاء آسیب دیده است، یا رسوب ها به طور دائمی جاسازی شده اند. ما یک کیت تست شار را با هر نوار کاست اضافه می‌کنیم تا به مشتریان کمک کنیم عملکرد را در بین اجراها بررسی کنند، تا بتوانند مشکلات را زودتر از آن‌که روی فرآیندشان تأثیر بگذارند، تشخیص دهند. این امر به ویژه برای اجراهای افزایش مقیاس بسیار مهم است - از دست دادن حتی 10٪ شار می تواند ساعت ها را به زمان تولید اضافه کند، که هزاران دلار در زمان خرابی هزینه دارد.

همچنین گروه‌هایی را دیده‌ام که تصور می‌کردند کاست‌های قابل استفاده مجدد فقط برای برنامه‌های خاصی کار می‌کنند. برای مثال، برخی فکر می‌کنند که نمی‌توان از آن‌ها برای شفاف‌سازی سلولی استفاده کرد، اما کاست‌های میکروفیلتراسیون 0.22um ما به طور مرتب برای شفاف‌سازی کشت‌های سلولی CHO استفاده می‌شوند. ما یک مشتری در تولید واکسن داریم که از آنها برای فیلتر کردن ناقل های ویروسی استفاده می کند و آنها در بیش از 30 بار عملکرد ثابتی داشته اند. نکته اصلی تطبیق اندازه منافذ و نوع غشای کاست با کاربرد است. اگر بقایای سلولی بزرگ را فیلتر می کنید، اندازه منافذ بزرگتر (مانند 0.65 میلی متر) بهتر و بادوام تر از منافذ کوچکتر است که بیشتر مستعد مسدود شدن است.

در اینجا یک هشدار وجود دارد: کاست های قابل استفاده مجدد چرخه عمر دارند. حتی با مراقبت کامل، بسته به کاربرد، غشاء در نهایت پس از 50 تا 60 بار از بین می رود. آن وقت است که زمان تعویض غشا فرا می رسد، نه کل کاست. قاب‌های کاست ما برای استفاده مجدد طراحی شده‌اند، بنابراین شما فقط برای غشاهای جدید هزینه می‌کنید که هزینه‌ها را حتی بیشتر کاهش می‌دهد. کاست‌های یک‌بار مصرف هر بار نیاز به خرید یک واحد جدید دارند، بنابراین هزینه چرخه عمر به سرعت افزایش می‌یابد—بیش از 20 بار، مشتری می‌تواند 3 برابر بیشتر از کاست‌های قابل استفاده مجدد ما با جایگزینی غشاء برای دستگاه‌های یکبار مصرف هزینه کند.

بنابراین، برای بازگشت به سوال اصلی: آیا کاست‌های TFF قابل استفاده مجدد بر عملکرد فیلتر در طول زمان تأثیر می‌گذارند؟ پاسخ منفی است -اگرآنها به درستی نگهداری، تمیز و نگهداری می شوند. مشکلات عملکردی که تیم‌ها گزارش می‌کنند تقریباً هرگز مربوط به فناوری قابل استفاده مجدد نیستند، بلکه مربوط به نحوه استفاده (یا استفاده نادرست) از کاست‌ها است. ما به‌عنوان یک تامین‌کننده، با صدها مشتری کار کرده‌ایم تا فرآیندهای آن‌ها را تنظیم کنیم، از تغییر عوامل تمیزکننده گرفته تا اجرای پروتکل‌های ذخیره‌سازی، و تقریباً همه شاهد تثبیت یا بهبود عملکرد آن‌ها در مقایسه با جایگزین‌های یک بار مصرف بلندمدت بوده‌ایم.

اگر می‌خواهید به کاست‌های TFF قابل استفاده مجدد تغییر دهید، یا می‌خواهید مشکلات عملکرد را در تنظیمات فعلی‌تان عیب‌یابی کنید، ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم. تیم ما می‌تواند با برنامه خاص شما، چه تحقیقات در مقیاس آزمایشگاهی یا تولید زیستی در مقیاس بزرگ، کار کند تا نوار کاست مناسب را توصیه کند و شما را در مراحل تمیز کردن و نگهداری راهنمایی کند تا عملکرد را در طول زمان ثابت نگه دارد.

در تماس با تیم ما برای جزئیات خرید و راه حل های سفارشی متناسب با نیازهای فیلتراسیون خود تردید نکنید.

مراجع

1. Zydney، AL (2018). فیلتراسیون جریان مماسی: اصول، طراحی و کاربردهای فرآیندهای زیستی اسپرینگر.
2. لو، بی، و همکاران. (2020). مقایسه عملکرد کاست های TFF قابل استفاده مجدد و یکبار مصرف برای غلظت آنتی بادی مونوکلونال Journal of Membrane Science, 598, 117682.
3. FDA. (2022). راهنمای صنعت: سیستم های فیلتر غشایی قابل استفاده مجدد برای پردازش بیودارویی. سازمان غذا و داروی آمریکا
4. Chen, Y., et al. (2019). حذف رسوب از غشاهای فیلتراسیون جریان مماسی: تأثیر پروتکل های تمیز کردن بر عملکرد طولانی مدت بیوتکنولوژی و مهندسی زیستی، 116(10)، 2645-2655.
5. GE Healthcare. (2021). قابل استفاده مجدد در مقابل TFF یکبار مصرف: تجزیه و تحلیل کل هزینه مالکیت. گزارش فناوری پردازش زیستی