Les cassettes TFF réutilisables ont-elles une incidence sur les performances de filtration au fil du temps ?

En tant que fournisseur de cassettes TFF (Tangential Flow Filtration) réutilisables, je me pose constamment cette question : nos produits offrent-ils des performances constantes lors d'une utilisation répétée ? C'est une bonne chose : les équipes de bioprocédés comptent sur TFF pour tout, de la clarification de la culture cellulaire à la concentration des protéines, et les temps d'arrêt dus à des équipements sous-performants peuvent faire dérailler des calendriers de production entiers. Après 8 ans de travail dans la technologie de filtration membranaire, j'ai vu des équipes passer des cassettes TFF à usage unique aux cassettes réutilisables, en supposant souvent que l'une est intrinsèquement meilleure que l'autre. Mais la vérité sur les performances au fil du temps est nuancée, liée non seulement à la cassette elle-même, mais aussi à la manière dont elle est nettoyée, stockée et utilisée.

Commençons par les bases : les cassettes TFF fonctionnent en poussant le fluide parallèlement à la surface d'une membrane, laissant passer les petites particules tout en retenant les plus grosses. Pour les modèles réutilisables, la membrane et le cadre de la cassette sont conçus pour être démontés, nettoyés et retraités, plutôt que jetés après une seule utilisation comme une unité à usage unique. La clé ici est que les performances ne se dégradent pas seulement : elles se dégradent pour des raisons spécifiques et prévisibles, et c'est là que les cassettes réutilisables peuvent soit surpasser les cassettes à usage unique (avec les soins appropriés), soit être décevantes si elles sont mal entretenues.

L’un des mythes les plus répandus est que les cassettes réutilisables s’usent rapidement. J'ai vu des cassettes effectuer plus de 50 passages et fournir toujours 90 % de leur flux initial (le débit de fluide à travers la membrane) lorsqu'elles sont correctement nettoyées. Mais ce n'est pas le cas si vous sautez les étapes de nettoyage critiques. Lorsque vous utilisez une cassette TFF, une couche d'agents salissures (agrégats de protéines, débris cellulaires ou composants du milieu) s'accumule à la surface de la membrane et dans les pores. Si vous effectuez seulement un rinçage rapide à l'eau entre les passages, ces salissures durcissent et s'incrustent dans les pores de la membrane. Au fil du temps, cela réduit la taille effective des pores et bloque l’écoulement. Par exemple, une cassette de microfiltration de 0,22 um qui démarre à plein flux peut chuter de 30 à 40 % après 10 cycles si elle est nettoyée avec uniquement de l'eau. Mais si vous utilisez une solution de nettoyage alcaline (comme NaOH 0,1 M) avec recirculation, puis rincez avec de l'acide et de l'eau, cette même cassette reste à 85 % de flux après 15 fonctions.

C'est pourquoi nous avons construit notre gamme de cassettes à membrane TFF avec des cadres faciles à démonter et des membranes compatibles qui résistent à la liaison aux protéines. Notre équipe R&D a testé 10 types de membranes différents pour trouver celles qui libèrent des salissures sans dégradation. C'est pourquoi nos cassettes réutilisables fonctionnent de manière constante d'un cycle à l'autre. Nous disposons également de modèles dédiés au travail à l'échelle du laboratoire : nos cassettes de microfiltration Scales Lab, par exemple, sont dimensionnées pour les petits bioréacteurs et plusieurs petites séries, de sorte que les laboratoires n'ont pas à faire de compromis entre coût et performances.

Un autre facteur affectant les performances à long terme est l’endommagement de la membrane. Les cassettes réutilisables nécessitent une manipulation physique lors du démontage et du nettoyage. Si un technicien utilise une brosse dure ou frotte la membrane trop fort, il peut déchirer la fine couche de membrane, entraînant une perte de produit (en particulier pour les protéines ciblées). Nos cassettes comprennent une surface de membrane souple et des guides de manipulation clairs pour éviter cela, mais même avec cela, 15 à 20 % de la dégradation des performances provient d'une erreur humaine de manipulation. Les cassettes à usage unique évitent complètement cela, mais ces économies sont perdues en coûts à long terme : nos clients nous disent qu'ils ont réduit leurs coûts de filtration de 60 % en passant de nos cassettes à usage unique à nos cassettes TFF réutilisables, même en tenant compte des unités endommagées occasionnelles.

Examinons les données de nos récents tests sur le terrain. Nous nous sommes associés à une société de biotechnologie qui concentre des anticorps monoclonaux (mAb) pour des essais cliniques. Ils ont analysé leur matière première mAb sur une cassette de microfiltration de 0,65 um, puis l'ont nettoyée, stockée dans une solution tamponnée et l'ont réutilisée sur 22 analyses. Leur flux initial était de 120 LMH (litres par mètre carré par heure) et après 22 essais, il était de 98 LMH, soit une baisse de 18 % seulement. Ils ont également testé la cassette réutilisable d'un concurrent, qui présentait une baisse de flux de 45 % après 15 essais, car sa membrane nécessitait un nettoyage plus agressif qui dégradait la structure des pores. La différence ? Notre membrane est composée d'un mélange de polyéthersulfone (PES) qui résiste à la dégradation provoquée par les agents de nettoyage standards, alors que le concurrent utilisait une membrane de cellulose qui se décompose avec une exposition alcaline répétée.

Attendez, mais qu’en est-il des cas où les performances chutent fortement ? Cela est presque toujours dû à un stockage inapproprié. Si une cassette réutilisable est stockée au sec, la membrane peut se fissurer ou rétrécir, altérant la structure des pores. S'il est stocké dans une solution chimique dure (comme de l'eau de Javel non diluée), il peut attaquer les pores de la membrane, les rendant plus grands que prévu. Nous recommandons de conserver nos cassettes dans une solution d'éthanol à 20 % à 4°C, ce qui empêche la croissance microbienne sans endommager la membrane. Les équipes qui suivent cette directive constatent une modification minime des performances au fil des mois de stockage, tandis que celles qui l'ignorent signalent souvent des baisses de flux de 50 % ou plus.

Autre point : la récupération du flux. Une mesure courante pour les performances du TFF est le % de récupération du flux après le nettoyage. Les cassettes à usage unique ont, de par leur conception, une récupération de flux à 100 %, car elles sont neuves à chaque fois. Mais les cassettes réutilisables devraient atteindre 90 % ou plus après chaque nettoyage approprié. Si une cassette réutilisable est en dessous de cette valeur, c'est le signe que le nettoyage est insuffisant, que la membrane est endommagée ou que des salissures sont incrustées de façon permanente. Nous incluons un kit de test de flux avec chaque cassette pour aider les clients à vérifier les performances entre les analyses, afin qu'ils puissent détecter les problèmes tôt avant qu'ils n'aient un impact sur leur processus. Ceci est particulièrement critique pour les productions à grande échelle : une perte de flux ne serait-ce que de 10 % peut ajouter des heures au temps de production, ce qui coûte des milliers de dollars en temps d'arrêt.

J'ai également vu des équipes supposer que les cassettes réutilisables ne fonctionnent que pour certaines applications. Par exemple, certains pensent qu'elles ne peuvent pas être utilisées pour la clarification cellulaire, mais nos cassettes de microfiltration 0,22 um sont régulièrement utilisées pour clarifier les cultures cellulaires CHO. Nous avons un client dans la fabrication de vaccins qui les utilise pour filtrer les vecteurs viraux, et ils ont obtenu des performances constantes sur 30 essais. La clé est d'adapter la taille des pores et le type de membrane de la cassette à l'application. Si vous filtrez de gros débris cellulaires, une taille de pores plus grande (comme 0,65 um) est meilleure et plus durable qu'un pore plus petit, qui est plus sujet au colmatage.

Il y a une mise en garde ici : les cassettes réutilisables ont un cycle de vie. Même avec un soin parfait, la membrane finira par se dégrader après 50 à 60 passages, selon l'application. C'est alors qu'il est temps de remplacer la membrane, et non la cassette entière. Nos cadres de cassettes sont conçus pour être réutilisés, vous ne payez donc que pour de nouvelles membranes, ce qui réduit encore les coûts. Les cassettes à usage unique nécessitent l'achat d'une nouvelle unité à chaque fois, de sorte que le coût du cycle de vie s'additionne rapidement : sur 20 exécutions, un client peut dépenser 3 fois plus pour des unités à usage unique que pour nos cassettes réutilisables avec remplacement de membrane.

Donc, pour revenir à la question initiale : les cassettes TFF réutilisables affectent-elles les performances de filtration au fil du temps ? La réponse est non...siils sont manipulés, nettoyés et stockés correctement. Les problèmes de performances signalés par les équipes ne sont presque jamais inhérents à la technologie réutilisable, mais à la manière dont elles utilisent (ou abusent) les cassettes. En tant que fournisseur, nous avons travaillé avec des centaines de clients pour ajuster leurs processus, du changement d'agents de nettoyage à la mise en œuvre de protocoles de stockage, et presque tous ont vu leurs performances se stabiliser ou s'améliorer par rapport aux alternatives à usage unique à long terme.

Si vous envisagez de passer aux cassettes TFF réutilisables ou si vous souhaitez résoudre des problèmes de performances avec votre configuration actuelle, nous sommes là pour vous aider. Notre équipe peut travailler avec votre application spécifique, qu'il s'agisse de recherche à l'échelle du laboratoire ou de biofabrication à grande échelle, pour recommander la bonne cassette et vous guider à travers les étapes de nettoyage et d'entretien afin de maintenir des performances constantes dans le temps.

N'hésitez pas à contacter notre équipe pour connaître les détails d'approvisionnement et les solutions personnalisées adaptées à vos besoins de filtration.

Références

1. Zydney, AL (2018). Filtration à flux tangentiel : principes, conception et applications en bioprocédés. Springer.
2. Lue, B., et al. (2020). Comparaison des performances des cassettes TFF réutilisables et à usage unique pour la concentration d'anticorps monoclonaux. Journal of Membrane Science, 598, 117682.
3. FDA. (2022). Guide à l'intention de l'industrie : Systèmes de filtres à membrane réutilisables pour le traitement biopharmaceutique. Administration américaine des produits alimentaires et pharmaceutiques.
4. Chen, Y. et coll. (2019). Élimination des salissures des membranes de filtration à flux tangentiel : impact des protocoles de nettoyage sur les performances à long terme. Biotechnologie et bioingénierie, 116(10), 2645-2655.
5. GE Santé. (2021). TFF réutilisable ou à usage unique : analyse du coût total de possession. Rapport sur la technologie des bioprocédés.