Optimisation de la filtration à flux tangentiel

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La filtration à flux tangentiel (TFF) est une méthode utile pour séparer les molécules ou les particules en solution liquide par taille et permet à la fois la concentration et la possibilité de modifier la composition du tampon.1 La TFF est utilisée dans presque tous les processus en aval de fabrication biopharmaceutique pour fournir une concentration et une diafiltration douces et rapides, un processus de dilution dans lequel les composants sont retirés ou séparés. En comparaison, la chromatographie par filtration sur gel sépare les molécules par taille et offre la possibilité de modifier la composition du tampon, mais cette technique ne peut pas concentrer l'entité cible.

Dans la filtration à flux normal (NFF), les solides forment souvent un gâteau ou une seconde couche sur la membrane. Lors du traitement de biomolécules ou de particules plus petites, même une fine seconde couche sur la membrane suffit souvent à l'encrasser, réduisant ou arrêtant le processus de filtration.

"La pression et le débit sont les paramètres clés à contrôler et à surveiller", explique Fredrik Lundström, chef de produit senior chez Cytiva. "Il est fortement recommandé de surveiller la pression sur les trois flux : alimentation, rétentat et perméat."

La zone de la membrane du filtre doit être utilisée aussi efficacement que possible et le processus doit être optimisé pour fonctionner à un flux élevé (flux de perméat/zone de la membrane) qui n'encrasse pas la membrane. "Il existe un équilibre entre l'application d'une pression transmembranaire (TMP) suffisante pour obtenir un flux élevé, mais pas si élevé que la membrane s'encrasse", explique Lundström.

Pour éviter l'encrassement des opérations de microfiltration, où les pores du filtre sont grands, il est essentiel de contrôler et de limiter le débit de perméat (flux). En ultrafiltration, où les pores sont petits, il est important que le TMP ne soit pas trop élevé.

Selon Lundström, si le processus comprend la diafiltration et l'échange de tampon, il est important d'optimiser le point de départ de la diafiltration - la quantité de produit cible à concentrer - pour minimiser l'utilisation du tampon et le temps de filtration. Un tampon de diafiltration alimenté en continu dans le conteneur de recirculation TFF est plus efficace et permet d'économiser du temps et du tampon.

« Il est important de surveiller le poids du tampon et les contenants de produit pour déterminer le facteur de concentration (le nombre de fois où le produit a été concentré) et le facteur de diafiltration (le nombre d'échanges de tampon de diafiltration auxquels le produit a été exposé », recommande Lundström.

La TFF est une opération de biotraitement classique pour la récolte, la clarification et la concentration finale avec échange de tampon. La TFF est également utilisée pour de nouvelles modalités telles que les vecteurs viraux ou les applications d'ARNm. Dans ces applications, la technique de filtration est plus répandue au début du processus que pour le traitement mAb traditionnel.

Il existe deux types courants de dispositifs TFF : les cassettes et les fibres creuses. Les cassettes sont couramment appliquées pour la concentration de mAb car elles fournissent un flux plus élevé, et les fibres creuses sont utiles lorsque l'entité cible est sensible au cisaillement. "Cela a rendu les fibres creuses plus intéressantes avec le besoin accru de cellules de traitement et de virus sensibles au cisaillement comme les lentivirus", a déclaré Lundström.

La technique TFF peut également être mise en œuvre en tant que culture continue (perfusion), soit en production, soit dans un bioréacteur N-1, où elle peut fournir des contrôles supplémentaires par rapport à la filtration à flux tangentiel alterné (ATF).

Lorsque les cassettes de filtre TFF sont placées en série, cela permet une concentration avec un seul passage de liquide sur la membrane TFF au lieu de plusieurs fois. « Dans ce cas, étant donné que la TFF en un seul passage ne nécessite pas de type d'opération par lots, elle a suscité beaucoup d'intérêt dans le domaine du traitement en continu », déclare Lundström.

Les systèmes TFF cycliques doubles où une pompe péristaltique alimente le flux à travers deux membranes avec des tailles de pores de 200 et 30 nm sont considérés comme une meilleure option pour isoler les vésicules extracellulaires dans la plage de taille de 30 à 200 nm, par rapport à la filtration directe ou à la TFF cyclique unique. La combinaison de l'échange de tampon avec la TFF à double cycle aide davantage à éliminer les contaminants.

« Considérez d'abord le type d'application et la cible de l'opération unitaire, comme le facteur de concentration, l'échange de tampon, l'entité cible et la composition du liquide. Cela peut vous donner une indication du type de dispositif TFF et de la taille des pores de la membrane avec lesquels vous devriez commencer », explique Lundström. "Ensuite, vous pouvez commencer à filtrer différents filtres."

Les fournisseurs de filtres ont souvent des recommandations de paramètres de processus tels que le flux croisé pour un type de filtre particulier à utiliser pour exécuter les tests initiaux. "Vous devez faire varier le TMP et mesurer le flux pour trouver les conditions de traitement optimales", conseille Lundström. "D'autres paramètres, tels que la température de traitement, peuvent également devoir être pris en compte. Il est également avantageux d'utiliser des systèmes de laboratoire et à l'échelle pilote plus petits pour filtrer les filtres et optimiser le processus."

Les fournisseurs de solutions TFF sont disponibles pour vous aider dans le processus de filtration, la sélection des membranes et fournir des directives sur les conditions de traitement. Si le processus doit être mis à l'échelle, la disponibilité de filtres et de systèmes pour des tailles plus grandes doit être envisagée.

Les références

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