¿Afectan los cartuchos TFF reutilizables al rendimiento de la filtración con el paso del tiempo?

Como proveedor de casetes TFF (filtración de flujo tangencial) reutilizables, recibo esta pregunta todo el tiempo: ¿Nuestros productos mantienen un rendimiento constante tras un uso repetido? Es justo: los equipos de bioprocesamiento confían en TFF para todo, desde clarificar cultivos celulares hasta concentrar proteínas, y el tiempo de inactividad debido a equipos de bajo rendimiento puede descarrilar programas de producción completos. Después de 8 años trabajando en tecnología de filtración por membrana, he visto equipos saltar entre casetes TFF de un solo uso y reutilizables, a menudo asumiendo que uno es intrínsecamente mejor que el otro. Pero la verdad sobre el rendimiento a lo largo del tiempo tiene matices y está ligada no sólo al casete en sí, sino también a cómo se limpia, almacena y opera.

Comencemos con lo básico: los casetes TFF funcionan empujando el fluido paralelo a la superficie de una membrana, dejando pasar partículas pequeñas mientras retienen las más grandes. Para los modelos reutilizables, la membrana y el marco del casete están diseñados para desmontarse, limpiarse y reprocesarse, en lugar de desecharse después de un uso como una unidad de un solo uso. La clave aquí es que el rendimiento no sólo se degrada: se degrada por razones específicas y predecibles, y ahí es donde los casetes reutilizables pueden superar el rendimiento de los de un solo uso (con el cuidado adecuado) o ser decepcionantes si se mantienen incorrectamente.

Uno de los mitos más comunes es que los casetes reutilizables se desgastan rápidamente. He visto casetes pasar por más de 50 ejecuciones y aún entregar el 90% de su flujo inicial (la tasa de flujo de fluido a través de la membrana) cuando se limpian adecuadamente. Pero ese no es el caso si te saltas pasos de limpieza críticos. Cuando se utiliza un casete TFF, se acumula una capa de incrustaciones (agregados de proteínas, restos celulares o componentes del medio) en la superficie de la membrana y dentro de los poros. Si solo realiza un enjuague rápido con agua entre aplicaciones, esas incrustaciones se endurecen y se incrustan en los poros de la membrana. Con el tiempo, esto reduce el tamaño efectivo de los poros y bloquea el flujo. Por ejemplo, un casete de microfiltración de 0,22 um que comienza con flujo total podría caer entre un 30 % y un 40 % después de 10 ejecuciones si se limpia solo con agua. Pero si usa una solución de limpieza alcalina (como NaOH 0,1 M) con recirculación y luego enjuaga con ácido y agua, ese mismo casete permanece con un flujo del 85 % después de 15 ejecuciones.

Es por eso que creamos nuestra línea de casetes de membrana TFF con marcos fáciles de desmontar y membranas compatibles que resisten la unión de proteínas. Nuestro equipo de I+D probó 10 tipos diferentes de membranas para encontrar aquellas que liberen incrustaciones sin degradarse, razón por la cual nuestros casetes reutilizables funcionan de manera consistente en todas las tiradas. También contamos con modelos dedicados para trabajos a escala de laboratorio: nuestros casetes de microfiltración de laboratorio Scales, por ejemplo, están dimensionados para biorreactores pequeños y múltiples tiradas pequeñas, por lo que los laboratorios no tienen que hacer concesiones entre costo y rendimiento.

Otro factor que afecta el rendimiento a largo plazo es el daño a la membrana. Los casetes reutilizables dependen de la manipulación física durante el desmontaje y la limpieza. Si un técnico utiliza un cepillo áspero o frota la membrana con demasiada fuerza, puede romper la fina capa de la membrana, lo que provoca la pérdida de producto (especialmente para las proteínas específicas). Nuestros casetes incluyen una superficie de membrana suave y guías de manejo claras para evitarlo, pero incluso así, entre el 15 y el 20 % de la degradación del rendimiento se debe a errores humanos en el manejo. Los casetes de un solo uso evitan esto por completo, pero ese ahorro se pierde en costos a largo plazo: nuestros clientes nos dicen que reducen los costos de filtración en un 60 % al cambiar de nuestros casetes TFF de un solo uso a nuestros reutilizables, incluso teniendo en cuenta las unidades dañadas ocasionales.

Veamos los datos de nuestras pruebas de campo recientes. Nos asociamos con una empresa de biotecnología que concentra anticuerpos monoclonales (mAb) para ensayos clínicos. Ejecutaron su materia prima de mAb en un casete de microfiltración de 0,65 um, luego lo limpiaron, lo almacenaron en una solución tamponada y lo reutilizaron en 22 experimentos. Su flujo inicial fue de 120 LMH (litros por metro cuadrado por hora) y después de 22 ejecuciones, fue de 98 LMH, solo una caída del 18 %. También probaron un casete reutilizable de la competencia, que tuvo una caída de flujo del 45 % después de 15 ejecuciones, porque su membrana requería una limpieza más agresiva que degradaba la estructura de los poros. ¿La diferencia? Nuestra membrana está hecha de una mezcla de polietersulfona (PES) que resiste la degradación de los agentes de limpieza estándar, mientras que el competidor usó una membrana de celulosa que se descompone con la exposición alcalina repetida.

Espera, pero ¿qué pasa con los casos en los que el rendimiento cae drásticamente? Casi siempre esto se debe a un almacenamiento inadecuado. Si un casete reutilizable se almacena seco, la membrana puede agrietarse o encogerse, alterando la estructura de los poros. Si se almacena en una solución química fuerte (como lejía sin diluir), puede dañar los poros de la membrana y hacerlos más grandes de lo previsto. Recomendamos almacenar nuestros casetes en una solución de etanol al 20 % a 4 °C, lo que evita el crecimiento microbiano sin dañar la membrana. Los equipos que siguen esa directriz ven cambios mínimos en el rendimiento durante meses de almacenamiento, mientras que aquellos que la omiten a menudo informan caídas de flujo del 50 % o más.

Otro punto: recuperación del flujo. Una métrica común para el rendimiento de TFF es el % de recuperación de flujo después de la limpieza. Los casetes de un solo uso tienen una recuperación de flujo del 100 % por diseño, ya que siempre son nuevos. Pero los casetes reutilizables deberían alcanzar el 90 % o más después de cada limpieza adecuada. Si un casete reutilizable está por debajo de eso, es una señal de que la limpieza es insuficiente, que la membrana está dañada o que hay incrustaciones permanentemente incrustadas. Incluimos un kit de prueba de flujo con cada casete para ayudar a los clientes a verificar el rendimiento entre ejecuciones, de modo que puedan detectar problemas temprano antes de que afecten su proceso. Esto es especialmente crítico para las tiradas de ampliación: perder incluso un 10 % de flujo puede agregar horas al tiempo de producción, lo que cuesta miles de dólares en tiempo de inactividad.

También he visto equipos que asumen que los casetes reutilizables solo funcionan para determinadas aplicaciones. Por ejemplo, algunos piensan que no se pueden usar para clarificar células, pero nuestros casetes de microfiltración de 0,22 um se usan regularmente para clarificar cultivos de células CHO. Tenemos un cliente en la fabricación de vacunas que las utiliza para filtrar vectores virales y ha tenido un rendimiento constante en 30 ejecuciones. La clave es hacer coincidir el tamaño de los poros del casete y el tipo de membrana con la aplicación. Si está filtrando desechos celulares grandes, un tamaño de poro más grande (como 0,65 um) es mejor y más duradero que un poro más pequeño, que es más propenso a obstruirse.

Aquí hay una advertencia: los casetes reutilizables tienen un ciclo de vida. Incluso con un cuidado perfecto, la membrana eventualmente se degradará después de 50 a 60 pasadas, dependiendo de la aplicación. Ahí es cuando llega el momento de reemplazar la membrana, no todo el casete. Nuestros marcos de casetes están diseñados para ser reutilizados, por lo que solo paga por membranas nuevas, lo que reduce los costos aún más. Los casetes de un solo uso requieren comprar una unidad nueva cada vez, por lo que el costo del ciclo de vida aumenta rápidamente: en más de 20 ejecuciones, un cliente puede gastar 3 veces más en unidades de un solo uso que en nuestros casetes reutilizables con reemplazos de membrana.

Entonces, volviendo a la pregunta original: ¿los casetes TFF reutilizables afectan el rendimiento de la filtración con el tiempo? La respuesta es no—sise manipulan, limpian y almacenan adecuadamente. Los problemas de rendimiento que reportan los equipos casi nunca son inherentes a la tecnología reutilizable, sino a cómo usan (o mal) los casetes. Como proveedor, hemos trabajado con cientos de clientes para ajustar sus procesos, desde cambiar agentes de limpieza hasta implementar protocolos de almacenamiento, y casi todos hemos visto su rendimiento estabilizarse o mejorar en comparación con alternativas de un solo uso a largo plazo.

Si está considerando cambiar a casetes TFF reutilizables o desea solucionar problemas de rendimiento con su configuración actual, estamos aquí para ayudarlo. Nuestro equipo puede trabajar con su aplicación específica, ya sea investigación a escala de laboratorio o biofabricación a gran escala, para recomendar el casete adecuado y guiarlo a través de los pasos de limpieza y mantenimiento para mantener un rendimiento constante a lo largo del tiempo.

No dude en comunicarse con nuestro equipo para obtener detalles sobre adquisiciones y soluciones personalizadas adaptadas a sus necesidades de filtración.

Referencias

1. Zydney, Alabama (2018). Filtración de flujo tangencial: principios, diseño y aplicaciones de bioprocesos. Saltador.
2. Lue, B., et al. (2020). Comparación de rendimiento de casetes TFF reutilizables y de un solo uso para la concentración de anticuerpos monoclonales. Revista de ciencia de membranas, 598, 117682.
3. FDA. (2022). Orientación para la industria: sistemas de filtros de membrana reutilizables para procesamiento biofarmacéutico. Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU.
4. Chen, Y., et al. (2019). Eliminación de impurezas de membranas de filtración de flujo tangencial: impacto de los protocolos de limpieza en el rendimiento a largo plazo. Biotecnología y Bioingeniería, 116(10), 2645-2655.
5. Atención sanitaria de GE. (2021). TFF reutilizable versus de un solo uso: análisis del costo total de propiedad. Informe de tecnología de bioprocesamiento.