Single-use-Zellentfernung mit Alluvial-Filtration

Höhere Midstream-Effizienz

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16.05.2018 Das Entfernen von Zellen oder Zellbruchstücken ist in der Biotechnologie der Prozessschritt zwischen dem Upstream-Prozess, der Fermentation, und dem Downstream-Prozess, der Produktaufreinigung.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Der Einsatz von Filterhilfsmitteln für die sogenannte Alluvial-Filtration steigert die Effizienz beim Abtrennen von Zellmaterial nach der Fermentation: Der Differenzdruck steigt während der Filtration langsamer an, so dass mehr Volumen pro Filterfläche filtriert werden kann, bevor der Filter verblockt.
  • Scale-up und Optimierung vom Entwicklungs- in den Prozessmassstab fallen mit dieser Methode leicht, da sich die Filter unterschiedlicher Größenordnungen proportional zueinander verhalten.
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Das Abtrennen von Zellresten geschieht midstream zwischen Fermentation und Produktaufreinigung.

Dieser Zwischenschritt, der Midstream-Prozess, ist einer der wichtigsten Prozessschritte in der biotechnologischen Produktion. Der Einsatz von Zellkulturen zur Herstellung von Therapeutika und Diagnostika ist weit verbreitet. Hierfür werden häufig Säugerzellkulturen eingesetzt, aber ebenso finden sich Systeme, die auf Mikroben, efen oder Insektenzellen basieren. Diese Zellen oder deren Reste gilt es nach erfolgter Fermentation aus dem Medium abzutrennen.

Zwischen Up- und Downstream

Bei der Auslegung des Prozesses für die einzelnen Zellsysteme stellen sich häufig dieselben Fragen nach Prozesseffizienz, Prozessrobustheit, ökonomische Durchführbarkeit und nach rechtlichen Aspekten. Herausforderungen für die Prozesseffizienz sind immer höhere Zelltiter, Menge an Zellbruchstücken, Skalierbarkeit, Robustheit und Flexibilität. Prozesse sollten möglich Robust und Flexibel ausgelegt werden um auf Prozessänderungen und zukünftige Prozessadaptionen und –optimierungen einfach und schnell reagieren zu können. Im Zuge kontinuierlicher Prozessoptimierung stoßen Standardtechnologien zur Midstream-Zellentfernung wie Zentrifugation, Separation, Membran- und Tiefenfiltration bei den immer höheren Partikelbelastungen
(> 108 Zellen/ml) jedoch an Ihre Grenzen.

Eine effiziente Methode zur Zellentfernung ist die Alluvial-Filtration. Diese etablierte und sehr ökonomische Art der Tiefenfiltration kommt bereits in der pharmazeutischen Industrie zum Beispiel in der Plasmafraktionierung zum Einsatz. Anstelle eines immobilisierten Tiefenfiltermediums kommt dabei ein Filterhilfsmittel wie Kieselgur zum Einsatz. Dieses bildet während der Filtration einen Filterkuchen. Der Filterkuchen ist der eigentliche Filter während der Filtration, der Tiefenfilter dient hier als Supportschicht. Dadurch hat die Alluvial-Filtration eine wesentlich höhere Kapazität für hohe Partikelbelastungen und speziell für kompressible Partikel wie Mikroben oder Säugerzellen. Eine Möglichkeit zur Alluvial-Filtration bietet das Single-use-System Filtrodisc Bio SD des Filterherstellers Filtrox.

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Funktionsprinzipien von Standard-Tiefenfiltration und Alluvial-Filtration.

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Über den Autor

Ralph Daumke, Market Manager Life Sciences, Filtrox
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