再利用可能なTFFカセットは、時間の経過とともにろ過性能に影響を与えますか？
再利用可能な TFF (タンジェンシャル フロー フィルトレーション) カセットのサプライヤーとして、私はよくこの質問を受けることがあります。「当社の製品は、繰り返し使用しても一貫した性能を維持できますか?」それは当然のことです。バイオプロセッシング チームは、細胞培養の清澄化からタンパク質の濃縮まで、あらゆる作業を TFF に依存しており、性能の低い機器によるダウンタイムは生産スケジュール全体を狂わせる可能性があります。膜濾過技術に 8 年間取り組んできた私は、チームが使い捨て TFF カセットと再利用可能な TFF カセットの間を行き来し、一方の方が本質的に他方よりも優れていると思い込みがちであるのを見てきました。しかし、長期にわたるパフォーマンスに関する真実は微妙であり、カセット自体だけでなく、クリーニング、保管、操作の方法にも関係しています。
基本的なことから始めましょう。TFF カセットは、流体を膜表面に平行に押し出すことで機能し、小さな粒子を通過させながら大きな粒子を保持します。再利用可能なモデルの場合、メンブレンとカセットフレームは、使い捨てユニットのように 1 回の使用後に廃棄されるのではなく、分解、洗浄、再処理できるように設計されています。ここで重要なのは、パフォーマンスは単に低下するだけではなく、特定の予測可能な理由で低下するということです。再利用可能なカセットが (適切な注意を払って) 使い捨てよりも優れたパフォーマンスを発揮することも、不適切なメンテナンスを行った場合にはパフォーマンスが低下することもあるのです。
最も一般的な誤解の 1 つは、再利用可能なカセットはすぐに消耗してしまうというものです。私はカセットが 50 回以上の稼働を経ても、適切に洗浄されていれば初期の流束 (膜を通過する流体の流量) の 90% を供給しているのを見てきました。しかし、重要なクリーニング手順を省略した場合は、そうではありません。 TFF カセットを使用すると、タンパク質凝集体、細胞破片、培地成分などの汚れの層が膜表面および細孔内に蓄積します。実行の合間に簡単な水ですすぐだけを行うと、これらの汚染物質が固まり、メンブレンの細孔に埋め込まれてしまいます。時間の経過とともに、有効な細孔サイズが減少し、流れがブロックされます。たとえば、フルフラックスで開始した 0.22um 精密濾過カセットは、水だけで洗浄した場合、10 回の実行後に 30 ～ 40% 低下する可能性があります。しかし、アルカリ性洗浄液 (0.1M NaOH など) を再循環して使用し、その後酸と水ですすいだ場合、その同じカセットは 15 回の実行後も 85% の流束を維持します。
そのため、当社は、分解が容易なフレームと、タンパク質の結合を防ぐ互換性のあるメンブレンを備えた TFF メンブレン カセットのラインを構築しました。当社の研究開発チームは、10 種類の異なるメンブレンをテストして、劣化せずに汚れを放出するメンブレンを見つけました。これが、当社の再利用可能なカセットが複数の稼働にわたって一貫した性能を発揮する理由です。当社には、ラボ規模の作業用の専用モデルもあります。たとえば、当社の Scales Lab 精密濾過カセットは、小型バイオリアクターや複数回の小規模な実行に適したサイズになっているため、ラボはコストとパフォーマンスの間で妥協する必要がありません。
長期的なパフォーマンスに影響を与えるもう 1 つの要因は、膜の損傷です。再利用可能なカセットは、分解および洗浄時の物理的な取り扱いに依存します。技術者が粗いブラシを使用したり、メンブレンを強くこすりすぎたりすると、薄いメンブレン層が破れ、製品の損失につながる可能性があります（特に標的タンパク質の場合）。当社のカセットには、それを防ぐために柔らかい膜表面と明確な取り扱いガイドが含まれていますが、それでも、性能低下の 15 ～ 20% は取り扱いにおける人的ミスに起因します。使い捨てカセットはこれを完全に回避しますが、その節約は長期的なコストとして失われます。当社のお客様は、使い捨てカセットから再利用可能な TFF カセットに切り替えると、時折ユニットが破損することを考慮しても、ろ過コストが 60% 削減されたと語っています。
最近のフィールドテストのデータを見てみましょう。当社は、臨床試験用のモノクローナル抗体 (mAb) を濃縮するバイオテクノロジー企業と提携しました。彼らは、mAb フィードストックを 0.65um 精密濾過カセットで実行し、その後洗浄し、緩衝溶液に保存し、22 回の実行にわたって再利用しました。初期の流束は 120 LMH (リットル/平方メートル/時間) でしたが、22 回の実行後は 98 LMH となり、わずか 18% の低下でした。彼らはまた、競合他社の再利用可能なカセットをテストしましたが、競合他社の膜では細孔構造を劣化させるより強力な洗浄が必要だったため、15 回の実行後に流束が 45% 低下しました。違い？当社のメンブレンは標準的な洗浄剤による劣化に強いポリエーテルスルホン (PES) ブレンドで作られていますが、競合他社は繰り返しアルカリにさらされると分解するセルロース メンブレンを使用していました。
ちょっと待ってください。しかし、パフォーマンスが急激に低下する場合はどうなるでしょうか?それはほとんどの場合、不適切な保管が原因です。再利用可能なカセットを乾燥した状態で保管すると、メンブレンにひび割れや収縮が生じ、細孔構造が変化する可能性があります。刺激の強い化学溶液 (希釈されていない漂白剤など) の中に保管すると、膜の細孔がエッチングされ、意図したものよりも大きくなる可能性があります。カセットは 20% エタノール溶液中で 4°C で保管することをお勧めします。これにより、メンブレンに損傷を与えることなく微生物の増殖が防止されます。このガイドラインに従っているチームでは、数か月間ストレージを使用してもパフォーマンスの変化は最小限に抑えられていますが、ガイドラインを無視しているチームでは、多くの場合、50% 以上のフラックスの低下が報告されています。
もう 1 つのポイントは、磁束の回収です。 TFF 性能の一般的な指標は、洗浄後のフラックス回復率 (%) です。使い捨てカセットは常に新品であるため、設計上 100% のフラックス回収率を備えています。ただし、再利用可能なカセットは、適切なクリーニングを行うたびに 90% 以上に達するはずです。再利用可能なカセットがそれを下回っている場合は、洗浄が不十分であるか、膜が損傷しているか、または汚染物質が永久に埋め込まれているという兆候です。すべてのカセットにはフラックス テスト キットが含まれており、お客様が実行間のパフォーマンスをチェックできるため、プロセスに影響を与える前に問題を早期に発見できます。これは、スケールアップの実行では特に重要です。10% のフラックスが失われるだけで、生産時間が数時間増加し、ダウンタイムに数千ドルのコストがかかる可能性があります。
また、チームが再利用可能なカセットが特定のアプリケーションでのみ機能すると想定しているのも見てきました。たとえば、細胞の清澄化には使用できないと考える人もいますが、当社の 0.22um 精密濾過カセットは、CHO 細胞培養物の清澄化に定期的に使用されています。当社の顧客にはワクチン製造を行っており、ウイルスベクターの濾過にワクチンを使用していますが、30 回の実行にわたって一貫したパフォーマンスを示しています。重要なのは、カセットの孔径と膜の種類を用途に適合させることです。大きな細胞破片を濾過する場合は、目詰まりしやすい小さな孔よりも大きな孔サイズ (0.65um など) の方が優れており、耐久性にも優れています。
ここで注意点があります。再利用可能なカセットにはライフサイクルがあります。完璧な注意を払っていたとしても、用途に応じて 50 ～ 60 回の実行後にメンブレンは最終的に劣化します。そのときは、カセット全体ではなく、メンブレンを交換する時期です。当社のカセットフレームは再利用できるように設計されているため、新しいメンブレンの購入費のみで済み、コストがさらに削減されます。使い捨てカセットでは毎回新しいユニットを購入する必要があるため、ライフサイクルコストがすぐに加算されます。20 回の実行を超えると、顧客はメンブレン交換付きの再利用可能なカセットよりも使い捨てユニットに 3 倍多くの費用を費やす可能性があります。
そこで、元の質問に戻ります。再利用可能な TFF カセットは、時間の経過とともに濾過性能に影響を及ぼしますか?答えはノーです—もし適切に扱われ、洗浄され、保管されています。チームが報告するパフォーマンスの問題は、再利用可能なテクノロジーに固有のものであることはほとんどなく、カセットの使用方法 (または誤用) に起因します。サプライヤーとして、当社は何百ものお客様と協力して、洗浄剤の切り替えから保管プロトコルの実装に至るまで、プロセスを調整してきました。そのほとんどすべてで、使い捨て代替品と比較して長期的にパフォーマンスが安定または向上していることが確認されています。
再利用可能な TFF カセットへの切り替えを検討している場合、または現在のセットアップでのパフォーマンスの問題をトラブルシューティングしたい場合は、私たちがお手伝いします。当社のチームは、研究室規模の研究であれ、大規模なバイオ製造であれ、お客様の特定の用途に合わせて適切なカセットを推奨し、長期間にわたって一貫したパフォーマンスを維持するための洗浄とメンテナンスの手順を案内します。
調達の詳細やろ過のニーズに合わせたカスタム ソリューションについては、お気軽に当社のチームにお問い合わせください。
参考文献
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