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 dans une solution liquide selon leur 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 douce et rapide et diafiltration – un processus de dilution où les composants sont éliminés ou séparés. En comparaison, la chromatographie par filtration sur gel sépare les molécules selon leur taille et permet de modifier la composition du tampon, mais cette technique ne peut pas concentrer l'entité cible.

Dans la filtration à débit normal (NFF), les solides forment souvent un gâteau ou une deuxième couche sur la membrane. Lors du traitement de biomolécules ou de particules plus petites, même une fine deuxième 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 filtrante doit être utilisée aussi efficacement que possible et le processus optimisé pour fonctionner à un flux élevé (débit de perméat/surface de la membrane) qui n'encrasse pas la membrane. "Il faut équilibrer l'application d'une pression transmembranaire (TMP) suffisante pour obtenir un flux élevé, mais pas au point de provoquer l'encrassement de la membrane", explique Lundström.

Pour éviter l'encrassement lors 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 une diafiltration et un échange de tampon, il est important d'optimiser le point de départ de la diafiltration (la quantité de produit cible à concentrer) afin de 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 du produit pour déterminer le facteur de concentration (combien de fois le produit a été concentré) et le facteur de diafiltration (le nombre d'échanges de tampon de diafiltration auquel le produit a été exposé", recommande Lundström.

Le TFF est une opération de biotraitement classique pour la récolte, la clarification et la concentration finale avec échange de tampon. Le TFF est également utilisé 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 traditionnel des mAb.

Il existe deux types courants de dispositifs TFF : les cassettes et les fibres creuses. Les cassettes sont couramment utilisées 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 traitement des cellules et des virus sensibles au cisaillement comme les lentivirus", a déclaré Lundström.

La technique TFF peut également être mise en œuvre sous forme de 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 filtrantes 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 le TFF en un seul passage ne nécessite pas d'opération de type batch, il a suscité beaucoup d'intérêt dans le domaine du traitement continu", explique Lundström.

Les systèmes TFF à double cycle2, dans lesquels une pompe péristaltique alimente le flux à travers deux membranes avec des pores de 200 et 30 nm, sont considérés comme une meilleure option pour isoler les vésicules extracellulaires dans la plage de tailles de 30 à 200 nm, par rapport à la filtration directe ou au TFF simple cyclique. La combinaison de l’échange de tampon avec le TFF à double cycle contribue également 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 sur le type de dispositif TFF et la taille des pores de la membrane avec lesquels vous devriez commencer », explique Lundström. "Ensuite, vous pouvez commencer à filtrer différents filtres."