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Filtration in der Biotechnologie

Sterilfilter im Bioprocessing von 3M Purification  

Die Serie Zeta Plus stellt eine ausgezeichnete Lösung für effiziente und wirtschaftliche Klärung und Reinigung von biotechnologischen Produkten dar.

Seit einigen Jahren erfährt der Biotechnologiemarkt ein stetiges Wachstum und Prognosen versprechen auch für die Zukunft attraktive Wachstums- und Innovationsaussichten. Die Vielzahl von Anwendungen fordert hohe Produktstandars, insbesondere im Hinblick auf:

• Skalierbarkeit
• Produktivität
• Benutzerfreundlichkeit

3M Purification bietet auf Grundlage der Tiefen-, Membran- und Sterilfilter kostengünstige Produkte an, die Sie bei der Optimierung Ihrer Produktion und Entwicklungen unterstützen. 

Zusammen mit hoch entwickelten Produktionstechniken und dem Wissen über den Bedarf des Biotechnologiemarktes liefert die Tiefenfilter Serie 3M™ Zeta Plus eine Lösung für effiziente und wirtschaftliche Klärung und Reinigung von biotechnologischen Produkten.

Zellabtrennung durch Tiefenfilter

Für biotechnologische Prozesse werden Zellen oder Zellbestandteile zur Produktion von therapeutischen Proteinen verwendet.

Vorgelagert sind die Entwicklung von Produktionszellen, die Präparation der Medien, Fermenter und Impfstoffe und die Fermentierung der Zellsysteme.

Biotechnologische Unternehmen setzen während der Zellgewinnung für die nachgelagerte Klärung und Reinigung der Biomasse erfolgreich die Filter 3M™ Zeta Plus EXT ein.

Dies erfolgt zum Teil über Separatoren oder, im Fall von Einwegproduktionssystemen, direkt über das System 3M™ Zeta Plus EZP.

HCP-Reduktion

Eine parenterale Verabreichung von tierischen Proteinen kann zu Immunreaktion führen, weshalb diese Proteine verringert werden müssen.

Die Hauptkontaminationsquelle bei der Herstellung von therapeutischen Proteinen ist die verwendete Zelllinie. Neben anderen Faktoren gelten die Wirtszellproteine als prozessrelevante Kontamination.

Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) stellt verschiedene Spezifikationen für ppm/Rh Protein je therapeutischer Dosis als Obergrenze der Kontamination bereit.

Mehrere Studien über Zellfiltration mit den Lösungen 3M™ Zeta Plus EXT ZB haben ergeben, dass HCP während der Zellgewinnung erfolgreich durch Tiefenfiltration mit dem positiv geladenen Material 3M™ Zeta Plus ZB verringert werden kann. Dies gilt auch für spätere Prozessschritte, z. B. nach den Protein-A-Kolonnen.

DNA-Reduktion

Bei der Produktion von therapeutischen Proteinen mit transformierten Zelllinien besteht das Risiko einer Übertragung von DNA-Fragmenten der Wirtszelle.

Die wichtigste Kontaminationsquelle im biotechnologischen Produktionsprozess ist unter anderem die doppelsträngige DNA des Wirtszellorganismus, die maximal zwischen 0,1 ng (Wolter and Richter, 2005) und 10 ng (WHO, 1998) je therapeutischer Dosis betragen darf.

In Filtrationsstudien über 3M™ Zeta Plus EXT ZB Tiefenfilter wurde mittels einer Tiefenfiltration von Zellsuspensionen mit dem geladenen 3M™ Zeta Plus EXT ZB eine 300-fache DNA-Reduktion erzielt. Dieses Ergebnis konnte mit der Tiefenfiltration des Protein-A-Eluats bestätigt werden.

Entfernen von Endotoxinen

Endotoxine (Pyrogene) sind Lipopolysaccharide aus den Außenschichten der Zellmembran gram-negativer Bakterien, zum Beispiel E. coli. Endotoxine verursachen bei parenteraler Verabreichung beim Menschen Fieberreaktionen und müssen deshalb aus den Prozessen entfernt werden.

Diese Kontaminationen geschehen natürlicherweise zum Beispiel bei bakteriellen Fermentierungsprozessen, können aber auch zum Teil durch den Menschen selbst oder verunreinigte Wassersysteme bei der Herstellung übertragen werden.

Endotoxine sind sehr temperaturbeständig und widerstehen Schwankungen des pH-Wertes. Aus diesem Grund haben sich adsorbierende Eliminationsprozesse bei der Endotoxin-Reduktion als erfolgreich erwiesen. In Wasser- oder Proteinlösungen mit einem pH-Wert von 2 zeigen Endotoxine eine negative Ladung. Deshalb können sie mit positiv geladenen Filtermedien adsorbiert werden.

Für diesen Zweck bietet 3M Purification positiv geladene Nylon-Membranen an, zum Beispiel die Serie 3M™ LifeASSURE 020SP, die als Partikel- oder Sterilfilter eingesetzt werden kann. Zusätzlich können die positiv geladenen Tiefenfilter 3M™ Zeta Plus EXT ZA, die mit einer relativ dicken Filterschicht ausgeführt sind, wegen ihrer hohen Ladung und der Vielzahl an Bindungsstellen die meisten Endotoxine als Sterilfilter entfernen.

Auch Aktivkohlemedien, wie zum Beispiel 3M™ ZetaCarbon, eignen sich als Sterilfilter hervorragend zur Abtrennung von Endotoxinen.

Vorfiltration/Partikelfiltration

Die sogenannte Vorfiltration oder Partikelfiltration wird häufig von der pharmazeutischen und biotechnologischen Industrie für Klärung und/oder Partikelreduktion eingesetzt.
Gründe hierfür sind:

  • Wahrung der Produktqualität, z. B. durch Beseitigen von Ausfällungen nach der Flaschenbefüllung
  • Erleichterung weiterer Prozessschritte, z. B. Reinigung in nachfolgenden biologischen/biotechnischen Produktionsprozessen
  • Rechtzeitige Beseitigung von Verunreinigungen zum Schutz der folgenden Prozesse
  • Höhere Effizienz des Gesamtprozesses

Filtermedien (Sterilfilter, etc.) gewährleisten die beständige Qualität von Servicemedien, wie zum Beispiel Wasser, Basen, Säuren, Puffer, Kulturmedien, Gase und Luft.
Für diesen Einsatz bietet 3M Purification eine Vielzahl von Produkten an:

  • Beutelfilter
  • Polypropylen-Faltenfilter
  • Tiefenfilterkartuschen
  • Tiefenfilter-Module
  • Mikrofiltrations-Membrankartuschen, wie zum Beispiel 3M™ LifeASSURE PNA und PLA
  • Mikrofiltrations-Polypropylenkartuschen, wie zum Beispiel 3M™ Betafine XL, 3M™ Betafine PEG und PPG, 3M™ Betapure NT-P, 3M™ High Flow, 3M™ 100 und die Filterbeutelserie 740 sowie die Tiefenfilter 3M™ Zeta Plus

Sterilfiltration / Bioburden-Reduktion

Sterilfiltration

Sterilfiltration wird in vielen Prozeßschritten und für diverse Medien angewendet. Dies können Service-Medien wie z.B. Wasser, Luft, Stickstoff, Reinigungsmedien, Pufferlösungen, Säuren, Laugen oder Nährmedien sein. Auch das Zwischen- bzw. Endprodukt, insbesondere in den Fällen, in denen eine thermische Stabilität des Produktes/Wirkstoffes nicht gegeben ist, wird aseptisch produziert. Filter der Porengröße 0.2 µm kommen auch zum Schutz von hochwertigem Equipment wie zum Beispiel Crossflow-Anlagen oder Chromatographiesäulen zum Einsatz.

Sterilfilter sollten folgende Anforderungen erfüllen

  • dampfsterilisierbar, bei Capsulen auch gamma-vorsterilisert
  • validierte Korrelation zwischen Bakterienrückhaltung und Integritätstest
  • 100% Testung beim Lieferanten
  • wenig extrahierbare Bestandteile
  • mechanisch stabil
  • niedrige unspezifische Adsorption
  • hohen Durchsatz
  • sehr gute Kapazität
  • in einigen Anwendungen ist chemische Beständigkeit wichtig
  • spezifische Dokumentation (Zertifkate, Validation Guide)

Bioburden-Reduktion

In einigen Anwendungen können auch Membranfilter mit 0,2 µm oder 0,45 µm zur Reduktion von Bioburden eingesetzt werden.

Die EMEA hat empfohlen, falls die Keimbelastung < 10 CFU/100 ml ist, einen Vorfilter einzusetzen.

Produkte

LifeASSURE PDA

Aus zwei asymmetrischen Polyethersulfonmembranen (PES) in patentierter Plissiertechnik (APT) besteht die LifeSSURE PDA Filterkerze. Sie hat eine extrem lange Lebensdauer auch für schwer filtrierbare Medien und ermöglichen eine außergewöhnliche hohe Fließrate.

Anwendungsbeispiele sind Plasmafraktionen, die Herstellung von Impfstoffen oder die Sterilabfüllung biologischer Produkte. BioASSURE ist besonders für Prozesse geeignet bei denen kleine Systeme gewünscht sind, bzw. schneller oder mit mehr Kapazität filtriert werden soll. Polyethersulfon zeichnet sich durch seine geringe Adsorption aus und wird deshalb auch für hochwertige, niedrig konzentrierte Proteinlösungen oder Produkte mit Konservierungsstoffen eingesetzt.

LifeASSURE 020SP

LifeASSURE 020SP Filterkerzen mit geladener Nylon Membrane gewährleisten eine sichere Sterilfiltration bei hohem Durchsatz und sehr niedrigem Gehalt an extrahierbaren Stoffen. Sie finden beispielsweise bei der Entfernung bzw. Reduzierung von Endotoxinen in Wassersystemen Verwendung. Der Integritätstest bestätigt die spezifizierte Filtrationsleistung und garantiert die jeweils angegebene Rückhalteleistung.

LifeASSURE PSA

LifeASSURE PSA  Filterkerzen und Capsulen ermöglichen bei langer Lebensdauer und außergewöhnlich guten Durchflusseigenschaften eine zuverlässige Filtration bei Porengrößen von 0,1 und 0,2 µm. Sie eignen sich damit für eine breite Palette von Sterilfiltrations-Prozessen vor allem  in der pharmazeutischen  Industrie. LifeASSURE PSA Filter besitzen eine integrierte mehrschichtige ungeladene Nylonmembrane, die nach dem patentierten FlexN-Verfahren hergestellt wird. Durch eine somit erzielte asymmetrische Membrangeometrie werden Standzeit und Durchfluß im Vergleich zu anderen Nylonfiltern erheblich verbessert. Zum Einsatz kommen sie sowohl in der Sterilabfüllung pharmazeutischer Produkte,  als auch bei Blutfraktionierung und Seren, bei  Reinstwasser-Systemen sowie bei großvolumigen pharmazeutischen Chemikalien. Nylon zeichnet sich besonders durch gute chemische Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl von Lösungsmitteln aus. Die Filter der Porengöße 0.1 µm sind zusätzlich zur Rückhaltung von Mykoplasmen validiert .

LifeASSURE PFS

LifeASSURE PFS Filterkerzen und Capsulen wurden zur Sterilfiltration von Luft und anderen Gasen konzipiert. Sie finden Anwendung in der Sterilfiltration von Zu- und Abluft für Bioreaktoren und in der Sterilbelüftung von Behältern. Sie können auch für aggressive Flüssigkeiten verwendet werden. Durch die große Filterfläche ist ebenfalls die Durchflußleistung derart hoch, dass Filtersysteme häufig verkleinert werden können.

Der robuste Filter widersteht 200 Sterilisationszyklen bei 145°C

LifeASSURE PNA

Der neue Polyethersulfonvorfilter in 0,2 µm oder 0,45 µm für LifeASSURE PDA oder ein Bioburden-Filter für alle Anwendungen, die zwar einen Hochleistungsfilter erfordern, aber keinen testbaren Sterilfilter.

Für Folgesysteme verbessert LifeASSURE PNA die Lebenserwartung deutlich. Hohe Durchflußleistung, chemische Beständigkeit und niedrige Adsorption zeichnen diesen Filter aus.

Produkte

  • 3M™ Zeta Plus Encapsulated System (EZP)
  • 3M™ Zeta Plus™ Serie
  • 3M™ Zeta Carbon Serie
  • 3M™ LifeASSURE™
  • 3M™ Betafine™ XL
  • 3M™ Betafine™ PEG
  • Betapure NT-P Highflow
  • Nominal Beutel
  • 740-Serie

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