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Nov 22, 2023

Tangentiel

Photo 1 : Configuration de paillasse du système de contrôle de processus PendoTECH TFF. PendoTECH

Photo 1 :Configuration de paillasse du système de contrôle de processus PendoTECH TFF.

Les systèmes de contrôle de processus de filtration à flux tangentiel (TFF) de PendoTECH ont été largement adoptés dans la communauté de la filtration. Les caractéristiques du système permettent sa mise en œuvre dans des opérations à unités multiples et des applications de traitement biopharmaceutique, y compris l'ultrafiltration-diafiltration (UF-DF) de protéines, de virus et de composés tels que les oligonucléotides et les conjugués anticorps-médicament (ADC). Le système de contrôle peut être utilisé pour développer des paramètres de processus pour les processus UF-DF qui ont différents formats de membrane (par exemple, cassette à feuille plate et fibre creuse).

Les configurations de laboratoire TFF sont souvent des processus manuels ou semi-automatisés qui utilisent des pompes, des manomètres ou des transmetteurs en acier inoxydable, des balances et des vannes manuelles. L'enregistrement des données nécessite une surveillance continue et l'exportation des données nécessite des efforts laborieux pour les transférer vers un logiciel d'analyse de données. L'intégration de plusieurs composants de système provenant de différents fournisseurs et l'utilisation de pinces et de vannes à commande manuelle pour contrôler la pression transmembranaire (TMP) peuvent être problématiques. De grands volumes de retenue causés par une configuration de circuit non optimale peuvent se produire, limitant ainsi les valeurs de concentration finales.

Le système de contrôle de processus PendoTECH TFF est polyvalent et évolutif. Une configuration standard comprend deux pompes et deux balances dans une configuration de paillasse (Photo 1) ou dans un chariot de traitement lorsque de gros volumes doivent être traités. Une boucle de contrôle de rétroaction basée sur un papillon des gaz de tube ajoute un contrôle TMP automatisé si nécessaire. Le système peut mesurer des paramètres tels que le débit, la conductivité, le pH et la température. Deux entrées configurables peuvent être ajoutées pour mesurer les UV et la concentration. Le système a également la flexibilité de faire fonctionner différentes pompes, y compris une pompe à perméat.

Le système de contrôle comprend des capteurs de pression à usage unique PendoTECH, qui sont disponibles avec des raccords cannelés de 1/8" à 1" et dans un format de raccord Luer et de bride sanitaire (triclamp, TC) pour gérer toutes les échelles de processus tout en influençant au minimum le volume de retenue. Le système n'a aucune limitation d'échelle de processus, permettant ainsi aux utilisateurs d'augmenter ou de réduire facilement les dépenses et les exigences d'espace au fur et à mesure qu'un processus passe d'une configuration de paillasse à une configuration à l'échelle pilote. Le système s'intègre à différents types de pompes, balances et débitmètres. Il permet aux utilisateurs de créer des circuits d'écoulement qui intègrent des filtres de différents fabricants. Il dispose d'options pour les mesures de débit de filtrat et de flux avec un débitmètre ou le taux de variation du poids de la balance (sans avoir besoin d'un débitmètre). Les alarmes système permettent aux processus de s'exécuter sans surveillance.

Le système de contrôle de processus PendoTECH TFF offre un haut niveau d'automatisation, de surveillance de processus en ligne et de collecte et de tendance des données de processus. Le système offre un contrôle complet des lots avec six recettes programmables intégrées. L'interaction du système est effectuée avec une interface utilisateur graphique (GUI) basée sur PC, qui écrit les données de processus en temps réel dans un fichier de valeurs séparées par des virgules (CSV), permettant ainsi une meilleure intégrité des données exportées pour analyse par un logiciel tiers, ou les données peuvent être ouvertes à l'aide du logiciel Microsoft Excel. Le logiciel comprend également un serveur intégré pour échanger des données avec un logiciel client OPC tel que PI (de OSIsoft) pour le stockage externe vers une base de données.

Visualisation des conditions de processus optimales pour la mise à l'échelle Le système comprend une fonction "d'excursion" qui permet aux utilisateurs d'exécuter automatiquement 40 conditions de flux d'alimentation de filtre et de TMP et de représenter graphiquement les données pour visualiser les conditions optimales. La séquence d'automatisation peut gérer jusqu'à quatre concentrations différentes en réduisant le volume du récipient de rétentat entre quatre étapes (jusqu'à 10 étapes chacune). La figure 1 montre les graphiques en temps réel générés lors d'une excursion pour optimiser le débit.

Figure 1:Illustration logicielle de l'excursion du processus pour visualiser les conditions optimales du processus.

Atteindre des facteurs de concentration élevés : mode Fed-batch Le système peut fonctionner automatiquement en mode fed-batch pour atteindre des facteurs de concentration élevés (> 20 ×) en ajoutant dynamiquement des matériaux au récipient de rétentat au même débit de perméat à travers le filtre. La figure 2 montre le schéma du processus du système. Les vannes automatisées étiquetées PV1 et PV2 permettent à la pompe d'alimentation de diafiltration d'aspirer le liquide du récipient de produit ou du récipient tampon. Le détecteur d'air non invasif détecte s'il y a de l'air ou du liquide dans le tube et détecte la fin de l'alimentation du produit dans une étape de processus discontinu. Une fois que tout le produit a été ajouté, la concentration se produit dans le récipient. Lorsque le point de concentration souhaité est atteint, le logiciel contrôle automatiquement l'étape de diafiltration. Ceci est suivi d'une étape de concentration finale automatisée. De telles caractéristiques peuvent être utiles lors de la concentration de virus hautement dilués et lors de la tentative d'atteindre des concentrations élevées de protéines.

Figure 2:Schéma de processus du système de contrôle de processus PendoTECH TFF.

Forces de cisaillement de la pompe et capacité de pression Une limitation de certains systèmes TFF est qu'ils ne peuvent pas être utilisés pour effectuer des changements dynamiques conformes aux exigences d'une biomolécule étudiée. L'un de ces paramètres est la force de cisaillement qu'une biomolécule peut supporter.

Le fluide de traitement circule en continu à haute fréquence, de sorte que les pompes jouent un rôle important dans les processus TFF.Pompes péristaltiques sont un choix préféré parmi les utilisateurs car ils sont pratiques et économiques, et ils acceptent des tailles de tubes plus grandes pour des débits accrus. Mais elles ne sont pas optimales lorsqu'il est nécessaire d'avoir un débit constant à des pressions élevées, et ces pompes peuvent soumettre les biomolécules à des forces de cisaillement élevées à mesure que le débit augmente. La plupart des pompes péristaltiques ont quatre rotors qui engagent un tube quatre fois par rotation de la tête de pompe, forçant ainsi le liquide vers l'avant à un débit requis. L'engagement à haute fréquence d'un rotor sur un tube crée des points de pincement et des gradients de pression lorsque le liquide est aspiré et libéré rapidement. Lorsque le produit est concentré, la fréquence augmente rapidement. À des pressions modérées, la conception d'une pompe péristaltique la rend incapable de fournir physiquement une contre-pression au-delà des limites prescrites de la pompe et de la tubulure. Ainsi, à mesure que la contre-pression augmente, le débit peut chuter et créer une situation dangereuse dans laquelle la tubulure se rompt.

Pour les processus nécessitant la génération de hautes pressions, unpompe à membrane (une pompe volumétrique) pourrait être le meilleur choix car le liquide est aspiré dans la chambre de la pompe puis expulsé. Cette conception de pompe continue de maintenir un débit constant contre la contre-pression élevée générée lors d'un processus de filtration. Cela est souvent nécessaire lorsque les opérateurs tentent d'atteindre des facteurs de concentration élevés, car un produit en circulation continue de diminuer en volume tandis que sa viscosité augmente.

Pompes centrifuges transférer des fluides des points d'entrée aux points de sortie d'une chambre de pompe. Le mécanisme de base d'une telle pompe repose sur une roue qui tourne, aspirant du fluide et l'expulsant par une sortie à un débit souhaité. Ainsi, la turbine doit augmenter sa vitesse pour maintenir un débit constant à mesure que la contre-pression augmente. À mesure que la viscosité du fluide augmente, l'augmentation de pression qui en résulte entraîne une diminution du débit, à moins que le débit de sortie de la pompe ne soit mesuré et qu'un retour d'information soit donné à la roue pour contrôler le débit.

Pour les molécules sensibles au cisaillement, des pompes à membrane ou centrifuges sont recommandées. Leurs conceptions créent intrinsèquement moins de cisaillement, ce qui peut influencer une biomolécule. Le degré d'impact doit être déterminé par l'expérimentation.

Le système de contrôle de processus PendoTECH TFF permet d'apporter des modifications en commutant une pompe en fonction des propriétés biomoléculaires. L'exigence principale est que la pompe choisie doit être contrôlée à distance par le système PendoTECH avec une entrée 4-20 mA ou 0-10V.

Conductivité : application de dessalement Le système de contrôle PendoTECH TFF dispose de dispositifs intégrés pour la surveillance des processus. L'entrée de conductivité standard qui intègre le capteur de conductivité à usage unique PendoTECH en ligne peut mesurer la conductivité jusqu'à 100 mS/cm avec une sensibilité de 0,1 mS/cm.

Des conductimètres plus sensibles sont nécessaires pour des applications telles que la synthèse et la purification d'oligonucléotides. Les oligonucléotides sont de courtes molécules d'ADN ou d'ARN, des oligomères utilisés dans des applications telles que les tests génétiques, la recherche et la médecine légale. Ils sont synthétisés chimiquement à l'aide de nucléotides et d'un synthétiseur pour générer des séquences bien définies de résidus. Ils peuvent être fabriqués sous forme de molécules simple brin avec une séquence spécifiée et sont vitaux pour la synthèse de gènes artificiels, la réaction en chaîne par polymérase (PCR), le séquençage de l'ADN, le clonage moléculaire et comme sondes moléculaires.

Typiquement, les oligonucléotides sont fabriqués par synthèse chimique en phase solide. Une étape pour atteindre un haut niveau de pureté et de faibles niveaux de sel consiste à purifier en utilisant un support solide tel que la chromatographie en phase inversée (RPC). À mesure que l'échelle de synthèse de l'oligomère ciblé augmente, les coûts associés à l'utilisation de supports solides RPC pour éliminer les longueurs de fragments indésirables augmentent également. Le dessalage peut également augmenter les coûts de fabrication globaux.

Photo 2 :Cellule de débit de processus à petite échelle PendoTECH pour sondes de 12 mm pour les mesures de processus critiques.

Une option à l'étude est l'application de filtres utilisés dans la TFF pour dessaler les oligonucléotides. Cela nécessite un conductivimètre qui a un niveau de sensibilité suffisamment élevé pour détecter les sels dans la gamme μS/cm. Pour aider à mesurer une faible conductivité dans cette plage, un capteur avec une plage de sensibilité plus large que celle d'un capteur intégré est nécessaire. Un moniteur haute sensibilité peut être connecté à l'une des entrées génériques disponibles. PendoTECH propose des cuves à circulation en acrylique à faible rétention spécialement conçues pour que les utilisateurs puissent mettre en œuvre une sonde de 12 mm de diamètre pour une mesure en ligne (Photo 2).

Le transmetteur Mettler Toledo M300 peut lire des sondes à haute sensibilité et être intégré à l'une des entrées génériques configurables du système de contrôle PendoTECH TFF (Figure 2). Avec la sonde appropriée sélectionnée, le système peut être utilisé pour mesurer le liquide de traitement en μS/cm. Cela peut augmenter l'efficacité du dessalage en surveillant en ligne avec une sensibilité élevée, ce qui contribue à réduire les coûts globaux du processus.

Manipulation sécurisée des ADC Les ADC sont une classe de produits biopharmaceutiques conçus pour des thérapies ciblées pour les cellules tumorales. Les opérations TFF pour les ADC sont généralement effectuées dans une enceinte de sécurité biologique (hotte) pour réduire l'exposition humaine aux composants toxiques liés à l'anticorps. Du point de vue de la sécurité, la modularité de la configuration du système de contrôle PendoTECH permet aux utilisateurs de configurer les composants du processus dans une enceinte et/ou une hotte à flux laminaire, en gardant l'ordinateur hors de la zone de contrôle à distance afin de minimiser les interventions sur le processus. Les recettes automatisées de l'interface graphique permettent aux utilisateurs d'exécuter un processus en toute sécurité avec une exposition minimale. Le mode « recette manuelle » permet un large contrôle des pompes et des vannes de l'installation au moyen de l'ordinateur.

Le système permet également aux utilisateurs d'ouvrir un deuxième progiciel GUI sur l'ordinateur qui est connecté au même système de contrôle de processus TFF. Le logiciel PendoTECH VF-DF peut contrôler et automatiser un processus de filtration à débit normal et offre la possibilité d'optimiser et d'augmenter une opération de filtration.

Mahesh Khot , PhD, est responsable des ventes de systèmes de contrôle chez PendoTECH ; [email protected].

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