재사용 가능한 TFF 카세트는 시간이 지남에 따라 여과 성능에 영향을 미칠까요?
재사용 가능한 TFF(접선 흐름 여과) 카세트 공급업체로서 저는 항상 다음과 같은 질문을 받습니다. 우리 제품은 반복 사용해도 일관된 성능을 유지합니까? 이는 공정한 일입니다. 생물공정 팀은 세포 배양 정화부터 단백질 농축까지 모든 작업에 TFF를 사용하며, 성능이 저하된 장비로 인한 가동 중단 시간으로 인해 전체 생산 일정이 지연될 수 있습니다. 막 여과 기술 분야에서 8년 동안 일한 후 저는 팀이 일회용과 재사용 가능한 TFF 카세트 사이를 오가는 것을 보았습니다. 종종 하나가 본질적으로 다른 것보다 낫다고 가정합니다. 그러나 시간이 지남에 따라 성능에 대한 진실은 카세트 자체뿐만 아니라 카세트의 청소, 보관 및 작동 방식과도 관련되어 미묘한 차이가 있습니다.
기본부터 시작해 보겠습니다. TFF 카세트는 유체를 멤브레인 표면과 평행하게 밀어서 작은 입자는 통과시키고 큰 입자는 유지하는 방식으로 작동합니다. 재사용 가능한 모델의 경우 멤브레인과 카세트 프레임은 일회용 제품처럼 한 번 사용하고 폐기하는 것이 아니라 분해, 세척 및 재처리할 수 있도록 설계되었습니다. 여기서 핵심은 성능이 단순히 저하되는 것이 아니라 구체적이고 예측 가능한 이유로 인해 저하된다는 것입니다. 여기서 재사용 가능한 카세트는 일회용(적절한 관리 시)보다 성능이 뛰어나거나 잘못 관리할 경우 성능이 저하될 수 있습니다.
가장 흔한 오해 중 하나는 재사용 가능한 카세트가 빨리 마모된다는 것입니다. 나는 카세트가 50회 이상 실행되고 적절하게 청소되었을 때 여전히 초기 플럭스(막을 통과하는 유체 흐름 속도)의 90%를 전달하는 것을 보았습니다. 그러나 중요한 청소 단계를 건너뛴 경우에는 그렇지 않습니다. TFF 카세트를 사용하면 단백질 응집체, 세포 잔해 또는 배지 성분과 같은 오염물질 층이 막 표면과 기공 내에 쌓입니다. 실행 사이에 물로만 빠르게 헹구면 오염 물질이 굳어져 막의 기공에 박혀 있게 됩니다. 시간이 지남에 따라 유효 기공 크기가 감소하고 흐름이 차단됩니다. 예를 들어, 최대 유량으로 시작하는 0.22um 미세여과 카세트는 물로만 세척하면 10회 실행 후 30-40%가 떨어질 수 있습니다. 그러나 재순환 기능이 있는 알칼리성 세척 용액(예: 0.1M NaOH)을 사용한 다음 산과 물로 헹구면 동일한 카세트가 15회 실행 후 85% 플럭스로 유지됩니다.
이것이 바로 우리가 분해하기 쉬운 프레임과 단백질 결합에 저항하는 호환 가능한 멤브레인을 갖춘 TFF 멤브레인 카세트 라인을 구축한 이유입니다. 당사의 R&D 팀은 품질 저하 없이 오염물을 방출하는 멤브레인 유형을 찾기 위해 10가지의 다양한 멤브레인 유형을 테스트했습니다. 이것이 바로 당사의 재사용 가능한 카세트가 실행 전반에 걸쳐 일관되게 작동하는 이유입니다. 또한 당사는 실험실 규모 작업을 위한 전용 모델을 보유하고 있습니다. 예를 들어 당사의 Scales Lab 정밀여과 카세트는 소형 생물반응기와 여러 번의 소규모 실행에 적합한 크기이므로 실험실에서는 비용과 성능 사이에서 타협할 필요가 없습니다.
장기 성능에 영향을 미치는 또 다른 요인은 멤브레인 손상입니다. 재사용 가능한 카세트는 분해 및 청소 중 물리적인 취급에 의존합니다. 기술자가 거친 브러시를 사용하거나 멤브레인을 너무 세게 문지르면 얇은 멤브레인 층이 찢어져 제품 손실이 발생할 수 있습니다(특히 표적 단백질의 경우). 당사의 카세트에는 이를 방지하기 위해 부드러운 멤브레인 표면과 명확한 핸들링 가이드가 포함되어 있지만, 그럼에도 불구하고 성능 저하의 15-20%는 핸들링 시 사람의 실수로 인해 발생합니다. 일회용 카세트는 이를 완전히 방지하지만 장기적인 비용 절감 효과가 사라집니다. 고객은 일회용에서 재사용 가능한 TFF 카세트로 전환할 때 가끔씩 손상된 장치를 고려하더라도 여과 비용을 60% 절감한다고 말합니다.
최근 현장 테스트의 데이터를 살펴보겠습니다. 우리는 임상 시험을 위해 단일클론항체(mAb)를 농축하는 생명공학 회사와 파트너십을 맺었습니다. 그들은 0.65um 정밀여과 카세트에서 mAb 공급원료를 실행한 다음 이를 세척하고 완충 용액에 보관하여 22번 이상 재사용했습니다. 초기 유량은 120LMH(시간당 평방미터당 리터)였으며 22회 실행 후에는 98LMH로 18%만 감소했습니다. 그들은 또한 15회 실행 후 플럭스 감소가 45%인 경쟁사의 재사용 가능한 카세트를 테스트했습니다. 그 이유는 멤브레인이 기공 구조를 저하시키는 보다 적극적인 세척이 필요했기 때문입니다. 차이점은 무엇입니까? 당사의 멤브레인은 표준 세척제에 의한 분해를 방지하는 폴리에테르설폰(PES) 혼합물로 만들어진 반면, 경쟁업체는 반복적인 알칼리 노출에 분해되는 셀룰로오스 멤브레인을 사용했습니다.
잠깐, 그런데 성능이 급격히 떨어지는 경우는 어떨까요? 이는 거의 항상 부적절한 보관으로 인해 발생합니다. 재사용 가능한 카세트를 건조한 상태로 보관하면 멤브레인이 갈라지거나 수축되어 기공 구조가 바뀔 수 있습니다. 가혹한 화학 용액(희석되지 않은 표백제 등)에 보관하면 막 구멍이 에칭되어 의도한 것보다 더 커질 수 있습니다. 멤브레인을 손상시키지 않고 미생물 성장을 방지하려면 카세트를 4°C의 20% 에탄올 용액에 보관하는 것이 좋습니다. 해당 지침을 따르는 팀은 몇 달 간의 저장 기간 동안 성능 변화가 최소화되는 반면, 이를 건너뛰는 팀은 플럭스 감소가 50% 이상이라고 보고하는 경우가 많습니다.
또 다른 요점은 플럭스 회복입니다. TFF 성능에 대한 일반적인 지표는 세척 후 플럭스 회수율(%)입니다. 일회용 카세트는 매번 새롭기 때문에 설계상 플럭스 회수율이 100%입니다. 그러나 재사용 가능한 카세트는 매번 적절하게 청소한 후 90% 이상을 유지해야 합니다. 재사용 가능한 카세트가 이보다 낮으면 청소가 불충분하거나 멤브레인이 손상되었거나 오염 물질이 영구적으로 묻어 있다는 신호입니다. 우리는 고객이 실행 간 성능을 확인할 수 있도록 모든 카세트에 플럭스 테스트 키트를 포함하므로 프로세스에 영향을 미치기 전에 문제를 조기에 파악할 수 있습니다. 이는 확장 실행에 특히 중요합니다. 플럭스가 10%만 손실되어도 생산 시간이 추가되어 가동 중지 시간으로 인해 수천 달러의 비용이 발생할 수 있습니다.
또한 팀에서는 재사용 가능한 카세트가 특정 응용 프로그램에서만 작동한다고 가정하는 것을 보았습니다. 예를 들어, 일부 사람들은 세포 정화에 사용할 수 없다고 생각하지만 당사의 0.22um 미세여과 카세트는 CHO 세포 배양을 정화하는 데 정기적으로 사용됩니다. 바이러스 벡터를 필터링하는 데 이를 사용하는 백신 제조 고객이 있는데, 30회 이상 일관된 성능을 보였습니다. 핵심은 카세트의 기공 크기와 멤브레인 유형을 해당 용도에 맞추는 것입니다. 큰 세포 잔해물을 필터링하는 경우 막히기 쉬운 작은 기공보다 더 큰 기공 크기(예: 0.65um)가 더 좋고 내구성도 좋습니다.
여기에는 주의 사항이 있습니다. 재사용 가능한 카세트에는 수명 주기가 있습니다. 완벽하게 관리하더라도 멤브레인은 용도에 따라 50~60회 실행 후에 결국 성능이 저하됩니다. 이때는 카세트 전체가 아닌 멤브레인을 교체해야 할 때입니다. 당사의 카세트 프레임은 재사용할 수 있도록 설계되었으므로 새 멤브레인에 대해서만 비용을 지불하면 비용이 훨씬 더 절감됩니다. 일회용 카세트는 매번 새 장치를 구입해야 하므로 수명 주기 비용이 빠르게 증가합니다. 20회 이상 실행하면 고객은 멤브레인 교체가 가능한 재사용 가능한 카세트보다 일회용 장치에 3배 더 많은 비용을 지출할 수 있습니다.
그렇다면 원래 질문으로 돌아가서 재사용 가능한 TFF 카세트가 시간이 지남에 따라 여과 성능에 영향을 미칩니까? 대답은 '아니요'입니다.만약에적절하게 취급, 청소 및 보관됩니다. 팀이 보고하는 성능 문제는 재사용 가능한 기술에 내재된 것이 아니라 카세트를 사용(또는 오용)하는 방식에 내재되어 있습니다. 공급업체로서 우리는 수백 명의 고객과 협력하여 세척제 전환부터 보관 프로토콜 구현에 이르기까지 프로세스를 조정했으며 거의 모든 고객이 장기적으로 일회용 대안에 비해 성능이 안정화되거나 향상되는 것을 확인했습니다.
재사용 가능한 TFF 카세트로 전환을 고려 중이거나 현재 설정의 성능 문제를 해결하려는 경우, 저희가 도와드리겠습니다. 우리 팀은 실험실 규모의 연구든 대규모 바이오 제조든 귀하의 특정 응용 분야와 협력하여 올바른 카세트를 추천하고 세척 및 유지 관리 단계를 안내하여 시간이 지나도 성능을 일관되게 유지할 수 있습니다.
귀하의 여과 요구 사항에 맞는 조달 세부 사항 및 맞춤형 솔루션을 얻으려면 주저하지 말고 우리 팀에 문의하십시오.
참고자료
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- Chen, Y., et al. (2019). 접선유동여과막에서 오염물질 제거: 세척 프로토콜이 장기적 성능에 미치는 영향. 생명공학 및 생명공학, 116(10), 2645-2655.
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