Um den Faktor vier kürzere Prozessdauer

Single-Use-Schlauchpumpe beschleunigt Filtrationsprozesse

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Bei der Entwicklung einer neuen Aufreinigungsplattform profitiert der Vertragshersteller Goodwin Biotechnology von der Single-Use-Schlauchpumpe Quantum von Watson-Marlow. Diese liefert den für Filtrationsverfahren bei hohen Volumen notwendigen Transmembrandruck bei gleichzeitig hoher Fördermenge und minimaler Pulsation. Die Prozesszeiten für die Virusfiltration und die Ultrafiltration/Diafiltration konnten so signifikant reduziert werden.

Die Entwicklung eines großvolumigen, zweistufigen Aufreinigungsprozesses mit Virusfiltration (VF) und Ultrafiltration/Diafiltration (UF/DF) stellte GBI unlängst vor Probleme. Üblicherweise führt das Unternehmen die Aufreinigung der Antikörper auf einer Fed-Batch-Plattform mit einem 500-l-Bioreaktor durch. Die Konzentration liegt normalerweise bei 5 mg/ml oder weniger. Für den neuen Prozess wurde jedoch eine Perfusionsplattform benötigt, bei der die Antikörper aus mehr als 10 000 l Zellkulturernte aufgereinigt werden. Dabei müssen im Vergleich zum Fed-Batch-Prozess deutlich höhere Prozessdrücke erreicht werden. Die ursprünglich vorhandenen Pumpen konnten diese allerdings nicht erzeugen. Aus diesem Grund machte sich GBI auf die Suche nach alternativen Lösungen: Zentrale Kriterien für die neuen Pumpen waren eine konstante Förderung mit geringer Pulsation, die Fähigkeit einen hohen Druck zu verarbeiten sowie Betriebskosten im Rahmen des vorhandenen Budgets. Nach gründlicher Prüfung bot sich die Schlauchpumpe Quantum 600 von Watson-Marlow an.

Für Single-Use-Systeme entwickelt

Die Quantum wurde speziell für Hochdruckanwendungen in Single-Use-Systemen (SUS) entwickelt. Sie bewahrt praktisch alle bekannten Vorteile der peristaltischen Technologie – niedrige Scherkräfte und eine lineare Förderung – und erweitert diese um eine höhere Fördermenge bei einem höheren Druck. Die Pumpe liefert eine nahezu pulsationsfreie, lineare Förderung von bis zu 20 l/min bei einer hohen Fördergenauigkeit. Die Linearität des Förderstroms ist dabei unabhängig vom Gegendruck – ideal für die von GBI geplante Anwendung. Der sehr große Einstellbereich (4000:1) und der leistungsstarke Motor ermöglichen eine schnellere Reaktion auf Druckveränderungen und eine lineare Drehzahlregelung über einen großen Druckbereich (0 bis 3 bar).

Herzstück der Pumpe ist die Renu-SU-Kassettentechnologie von Watson-Marlow. Durch Einsetzen einer neuen Kassette stehen die aseptischen Förderwege der Pumpe schnell, sicher und zuverlässig zur Verfügung und sind sofort einsatzbereit. Die Renu-SU-Kassette wird mühelos in die vorgegebene Position gebracht und ermöglicht so einen minutenschnellen Austausch des gesamten Förderwegs – ohne das Risiko einer Fehlbedienung.

Vorteile der Single-Use-Pumpe

Die vier parallelen Förderwege der Renu-SU-Kassettentechnologie sorgen für eine besonders niedrige Pulsation von nur 0,12 bar bei voller Drehzahl, eine Kernanforderung für den zuverlässigen Betrieb in vielen Filtrationsverfahren. Im Gegensatz dazu fördern andere Pumpentechnologien wie Vier-Kolben-Membranpumpen mit doppelt so starken Scherkräften, die empfindliche Flüssigkeiten schädigen können. Auch gegenüber Single-Use-Zentrifugalpumpen bietet Quantum signifikante Vorteile: Zentrifugalpumpen reagieren in der Regel sehr empfindlich auf Änderungen des Eintrittsdrucks. Die Folge: Die Fördermenge lässt sich nur schwer kontrollieren. Der Prozess ist dadurch schwieriger zu reproduzieren und letztlich zu validieren.

Verringerung der Prozesszeit

Nach ersten Tests mit der Quantum war man bei GBI überzeugt, dass die Pumpe den für die Anwendung notwendigen hohen Druck auf die Filtermembranen liefern würde. Weiterer Pluspunkt der Quantum war das ergonomische Design der Pumpe.

Bei GBI kommt die Quantum nun sowohl für VF- (Virusfiltration) als auch für UF-/DF-Anwendungen (Ultrafiltration/Diafiltration) zum Einsatz. Dabei übertraf die Pumpe beispielsweise bei der VF, bei der 200 l eines Antikörpers über einen 1 m2 großen Virenfilter gefiltert werden, die Erwartungen sogar: „Mit Quantum konnten wir einen konstanten Druck von 2,76 bar auf dem Filter halten, was bei anderen Pumpen so nicht möglich war“, berichtet Garth Cole, Manager für Downstream-Produktionsabläufe bei GBI. Da Quantum neben dem Druck auch die Fördermenge konstant halten kann, „reduzierten sich unsere Prozesszeiten drastisch“, ist Cole begeistert.

Bei den UF-/DF-Anwendungen, bei denen Quantum zum Einsatz kommt, wird eine Antikörperlösung von 400 l durch Einsatz einer 6 m2 großen Filtermembran mit einer Porengröße von 50 kDa zu 26 l aufkonzentriert. Während dieser Prozess früher zwölf Stunden in Anspruch nahm, konnte durch den Einsatz von Quantum die Prozessdauer auf drei Stunden reduziert werden.

Nach den erfolgreichen Einsätzen fällt das Urteil von GBI eindeutig aus: „Die Quantum 600 ist eine leistungsstarke Pumpe. Sie ist sehr gut für die Prozessschritte der Ultrafiltration/Diafiltration und Virusfiltration geeignet“, erklärt Garth Cole. Auch bei anderen zeitkritischen Anwendungen bei GBI konnte die Pumpe ihre Leistungsfähigkeit bereits unter Beweis stellen.

Ein Whitepaper, erstellt vom unabhängigen Beratungsunternehmen PDS Sandbox, vergleicht Quantum mit andern auf dem Markt verfügbaren Single-Use-Pumpentechnologien. Es steht unter www.wmftg.com/quantum zum Download zur Verfügung.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: phpro0119watsonmarlow


Autor: Alexander Page

District Sales Manager,

Biotechnology and Pharmaceutical Division,

Watson-Marlow


Autor: Tony Barrass

Product Manager,

Biotechnology and Pharmaceutical Pumps,

Watson-Marlow


Im Überblick:   Goodwin Biotechnology

Goodwin Biotechnology Inc. (GBl) ist ein amerikanischer Vertragshersteller und -entwickler (CDMO) für die pharmazeutische Industrie. Das Unternehmen bietet die Entwicklung von Zelllinien und Prozessen, cGMP-Auftragsfertigung und das aseptische Fill/Finishing von auf Säugetierzellkulturen basierenden monoklonalen Antikörpern, rekombinanten Proteinen, Impfstoffen und Antikörper-Wirkstoffkonjugaten (ADCs) für frühklinische und spätklinische Studien.

GBl verfügt über eine breite Erfahrung von mehr als 400 abgeschlossenen Projekten, insbesondere für klinische Studien der Phasen I bis III. Dabei wurden unter anderem Bioreaktor- und Reinigungsprozesse für branchenrelevante Zelllinien wie CHO, NSO, BHK, 293 sowie murine Hybridomzellen entwickelt und optimiert. Erst vor Kurzem wurde GBI von Global Health & Pharma News als „Biologics cGMP Manufacturer of the Year 2018“ ausgezeichnet.


Hans-Peter Jacob ist Geschäftsführer der Watson Marlow GmbH, der Vertriebsniederlassung der Watson-Marlow Fluid Technology Group in Deutschland

Nachgefragt  bei Hans-Peter Jacob

Für welche Einsätze wurde Quantum entwickelt?

Eindeutig für Bioprozessanwendungen im Downstream-Bereich wie Filtrationsanwendungen, zum Beispiel TFF, VF und UF oder auch die Hochleistungsflüssigkeitschromatografie. Anwendungen also, wo eine äußerst schonende Förderung des Mediums erforderlich ist, um ein optimales Filtrationsergebnis der Zellkulturen zu gewährleisten.

Für solche Anwendungen bietet Quantum die bekannten Vorteile von Schlauchpumpen wie hohe Genauigkeit, breiter Regelbereich und streng lineare Förderung. Und da bei Schlauchpumpen nur der Schlauch das Medium berührt, ist mit der Renu-Single-Use-Kassette ein Chargen- oder Produktwechsel einfach und praktisch ohne Kontaminationsgefahr möglich.

Worin unterscheidet sich Quantum dann von anderen Schlauchpumpen?

Vor allem durch die patentierte Renu-Single-Use-Kassettentechnologie. Die SU-Kassette wird in einem Reinraum der ISO Klasse 7 produziert und kann bis zu 50 kGy gammabestrahlt werden. Sie lässt sich einfach in den Pumpenkopf einsetzen bzw. austauschen, wodurch die aseptischen Förderwege schnell, sicher und zuverlässig zur Verfügung stehen.

Welche Vorteile bietet die Kassette für den Anwender?

Das Besondere an der Kassette ist: Sie vereinigt vier Förderkanäle, die jeweils versetzt agieren. Die Pumpe bietet so nicht nur eine Fördermenge von bis zu 20 l/min bei einem Druck von bis zu 3 bar. Sondern, da die Pulsationen der einzelnen Kanäle gegeneinander ausbalanciert werden, ermöglicht Quantum eine nahezu pulsationsfreie Förderung. Die Pulsation beträgt nur noch 0,12 bar. Außerdem fördert Quantum mit besonders niedrigen Scherkräften. Im Vergleich zu anderen Pumpen für Single-Use-Anwendungen im Bereich Bioverfahrenstechnik profitieren Anwender so von einer höheren Anzahl intakter Zellen und einer höheren Zelldichte.

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