Biyoişlemede Filtrasyon Teknolojisini Anlamak

Biyoişlem alanı on yıllar boyunca kayda değer ilerlemelere tanıklık etti ve filtrasyon bu evrim boyunca bir köşe taşı teknolojisi olmaya devam etti. Yakın zamanda bir ilaç üretim tesisini gezerken, görünüşte basit olan bir şeyin (katıların sıvılardan ayrılması) nasıl bu kadar sofistike ve ürün kalitesi için kritik hale gelebildiğine şaşırdım. Bana rehberlik eden mühendis çeşitli filtrasyon istasyonlarını işaret ederek şunları söyledi: "Ürettiğimiz her şey bir çeşit filtrasyondan geçiyor. Bu sadece kirleticilerin giderilmesiyle ilgili değil; ürün tanımıyla da ilgili."

Filtrasyon teknolojisi, yerçekimine dayalı basit yöntemlerden belirli biyomoleküller ve hücresel ürünler için tasarlanmış son derece özel sistemlere doğru evrilmiştir. Bu evrim sadece ayırma verimliliğini artırmakla kalmadı, laboratuvarların iş akışlarına, özellikle de zamana duyarlı uygulamalara yaklaşımını temelden değiştirdi. Biyoproses endüstrisi artık daha yüksek verim, daha iyi verim geri kazanımı ve kontaminasyon risklerinin azaltılması için artan taleplerle karşı karşıya ve tüm bunlar genellikle hassas biyolojik materyallerin bütünlüğünü koruyor.

Özellikle büyüleyici olan, filtrasyon yaklaşımlarının nasıl iki farklı metodolojiye ayrıldığıdır: nesiller boyunca laboratuvarlara hizmet eden geleneksel iş gücü olan kesikli filtrasyon ve geleneksel yöntemlerin birçok sınırlamasını ele alan daha entegre bir yaklaşım olan in situ filtrasyon. İn situ ve kesikli filtrasyon arasındaki karşılaştırma, teknik gelişmelerden daha fazlasını temsil eder; biyoproses iş akışlarına yaklaşımımızdaki felsefi bir değişimi yansıtır.

Günümüzde laboratuvarlar, kaliteden ödün vermeden verimliliği en üst düzeye çıkarmak için benzeri görülmemiş bir baskıyla karşı karşıya. Yakın zamanda bir endüstri konferansında konuştuğum kıdemli bir biyoproses mühendisi, "filtrasyon yöntemleri arasındaki seçimin sadece teknik özelliklerle ilgili olmadığını, teknolojiyi proses hedefleriyle uyumlu hale getirmekle ilgili olduğunu" vurguladı. Filtrasyon stratejisindeki görünüşte küçük ayarlamaların sonraki işlem adımlarını nasıl önemli ölçüde etkileyebildiğine şahit olduğum için bu söz bende yankı uyandırdı.

Kesikli Filtrasyonun Temelleri

Kesikli filtrasyon, biyoproseslemede bileşenleri ayırmaya yönelik geleneksel yaklaşımı temsil eder ve sıralı, adım adım metodolojisiyle karakterize edilir. En temel haliyle toplu filtrasyon, bir hacim malzemenin toplanmasını, bir filtre ortamından geçirilmesini ve ardından filtrat ve retentatın sonraki işlemler için ayrı ayrı toplanmasını içerir. Bu metodoloji onlarca yıldır laboratuvarlarda temel bir yöntem olmuştur.

Süreç tipik olarak ön filtreleme adımları veya şartlandırma içerebilen numune hazırlama ile başlar. Hazırlanan numune daha sonra basit vakum filtrelerinden daha karmaşık basınç tahrikli sistemlere kadar değişen bir filtrasyon aparatına aktarılır. Filtrelemeden sonra, filtre ortamı tipik olarak atılır veya rejenere edilir ve hem filtrat hem de retentat bir sonraki işleme aşaması için ayrı partiler halinde ele alınır.

Kesikli filtrasyonun tanımlayıcı özelliklerinden biri süreksiz doğasıdır. Her parti, genellikle partiler arasında manuel müdahale gerektiren farklı bir işleme olayını temsil eder. İlk laboratuvar günlerimde, numunelerin hazırlanması, filtrasyon cihazının kurulması, tamamlanmasının beklenmesi ve ardından yeniden başlamak için her şeyin sökülmesinin ritmik düzenini hatırlıyorum. Bu kalıp, parti yaklaşımını tanımlar.

Yaygın toplu filtrasyon kurulumları şunları içerir:

Kesikli filtrasyon için iş akışı tipik olarak şu adımları izler:

1. Numune hazırlama ve olası ön filtreleme
2. Filtrasyon aparatının montajı ve hazırlanması
3. Numunenin filtrasyon kabına aktarılması
4. İtici güç uygulaması (vakum, basınç veya santrifüj)
5. Süzüntü ve/veya retentatın toplanması
6. Cihazın sökülmesi ve temizlenmesi (veya tek kullanımlık sistemler kullanılıyorsa imha edilmesi)
7. Bir sonraki parti için hazırlık

Köklü bir teknik olmasına rağmen, kesikli filtrasyon bazı verimsizlikleri de beraberinde getirmektedir. Görüştüğüm bir biyoproses uzmanı olan Dr. Elizabeth Chen şunları söyledi: "Kesikli filtrasyonun en büyük gücü olan basitliği aynı zamanda sınırlamasıdır. Her başlatma-durdurma döngüsü kontaminasyon, ürün kaybı ve proses değişkenliği için fırsatlar yaratır." Biyoproses sürekli üretim paradigmalarına doğru ilerledikçe bu sınırlamalar giderek daha belirgin hale geldi ve sonuçta daha entegre yaklaşımların geliştirilmesini teşvik etti.

Yerinde Filtrasyona Evrim

Kesikli filtrasyondan in situ filtrasyona geçiş, biyoişlemede önemli bir paradigma değişikliğini temsil etmektedir. Filtrasyonu ayrı, ayrı bir adım olarak ele almak yerine, in situ filtrasyon sistemleri filtrasyon sürecini doğrudan biyoreaktöre veya işleme kabına entegre eder. Bu yaklaşım, biyoişlemede bileşenleri ayırma konusundaki düşüncelerimizi temelden değiştirmektedir.

Bir biyolojik ilaç üreticisindeki danışmanlık sırasında ilk kez düzgün bir şekilde uygulanmış bir in situ filtrasyon sistemiyle karşılaştım. Beni hemen etkileyen şey, görmeye alıştığım transfer kaplarının ve ara adımların olmamasıydı. Bunun yerine, filtrasyon elemanı biyoreaktörün içine zarif bir şekilde yerleştirilmişti ve kesikli yöntemlerin tipik kesintileri olmaksızın sürekli işlemeye izin veriyordu.

In situ filtrasyon, kesikli filtrasyondan temelde farklı bir prensiple çalışır. İşleme için tüm kültürü veya çözeltiyi çıkarmak yerine, filtrasyon elemanı - tipik olarak içi boş bir fiber veya düz tabaka membran - işleme kabının içine daldırılır. Hücreler veya diğer tutulan bileşenler orijinal ortamlarında kalırken filtrat sürekli olarak geri çekilir. Bu durum, işleme adımlarının azaltılması ve hassas biyolojik malzemeler için optimum koşulların korunması dahil olmak üzere çeşitli avantajlar sağlar.

Bir in situ filtrasyon sisteminin temel bileşenleri tipik olarak şunları içerir:

1. Filtreyi mevcut kaplara bağlamak için bir entegrasyon mekanizması
2. Sürekli çalışma için tasarlanmış özel membranlar
3. Filtrasyon hızlarını yönetmek için akış kontrol sistemleri
4. Optimum performansı sağlamak için izleme yetenekleri
5. Diğer biyoproses adımları ile koordinasyon için otomasyon arayüzleri

Bir biyoproses mühendisi bunu şu şekilde açıklamıştır: "Kesikli filtrelemeyi bir tekneden kovayla su boşaltmak gibi düşünün, in situ filtrelemeyi ise siz yelken açmaya odaklanırken sürekli çalışan bir pompa kurmak gibi düşünün." Bu benzetme bende yankı uyandırdı - aralıklı müdahaleden sürekli işlemeye geçiş, operatörün süreçle olan ilişkisini temelden değiştiriyor.

Bu AirSeries in situ filtrasyon teknolojisi birçok geleneksel işlem adımını ortadan kaldırırken steriliteyi koruyan kusursuz bir entegrasyon sistemi sağlayarak bu evrimsel yaklaşımı örneklemektedir. Bunun gibi modern sistemleri farklı kılan şey, özellikle membran kirlenmesi ve akış hızı tutarlılığı ile ilgili ilk in situ girişimlerin tarihsel sınırlamalarını nasıl ele aldıklarıdır.

Yakın zamanda yapılan bir tanıtım sırasında, bir operatörün filtrasyon probunu bir biyoreaktöre yerleştirmesini ve devam eden kültürde minimum kesinti ile işlemi başlatmasını izledim. Berraklaştırılmış ortam çekilirken kültür büyümeye devam etti ve hücreler için en uygun koşulları korudu. Bu sürekli işleme kabiliyeti, in situ yaklaşımların en önemli avantajlarından birini temsil etmektedir.

İn situ filtrasyona doğru evrim tek başına gerçekleşmedi; bu, entegre, sürekli biyoişleme doğru daha geniş bir endüstri hareketinin parçası. Katıldığım bir panel tartışmasında sektörün deneyimli isimlerinden birinin belirttiği gibi, "Biyoişlemenin geleceği daha iyi bireysel adımlarla değil, entegrasyon yoluyla adımları tamamen ortadan kaldırmakla ilgili." In situ filtrasyon, geleneksel olarak ayrı bir operasyon olan işlemi genel sürecin entegre bir bileşenine dönüştürerek bu felsefeyi örneklendiriyor.

Teknik Karşılaştırma: Performans Ölçütleri

İn situ ve kesikli filtrasyon teknolojileri değerlendirilirken, birkaç temel performans ölçütü önemli operasyonel farklılıkları ortaya koymaktadır. Bu ölçütler, farklı biyoproses senaryolarında her bir yaklaşımın avantajları ve sınırlamaları için nicel kanıtlar sağlar.

Birim zamanda işlenen filtrat hacmi ile ölçülen filtrasyon verimliliği, iki yaklaşım arasında belirgin farklılıklar göstermektedir. Her iki sistemi de uygulama deneyimime göre, in situ filtrasyon sürekli operasyonlar için sürekli olarak üstün verim göstermektedir. Bir fason üretim tesisinde yakın zamanda yapılan bir değerlendirme sırasında in situ filtrasyon sistemi 72 saatlik çalışma sonrasında başlangıçtaki akış hızının yaklaşık 85%'sini korurken, aynı süre boyunca her biri azalan verimlilik gösteren beş tam kurulum-işlem-bekleme döngüsü gerektiren sıralı toplu filtrasyonlara kıyasla.

İşlem süresi karşılaştırmaları, in situ filtrasyonun en önemli avantajlarından birini ortaya koymaktadır:

Örnek bütünlüğüne ilişkin hususlar, özellikle hassas biyolojik malzemeler için genellikle in situ yaklaşımları tercih etmektedir. Biyoproses Mühendisliği Enstitüsü'nden Profesör James Harrington şöyle açıklıyor: "Kaplar arasındaki her transfer kontaminasyon, sıcaklık dalgalanması ve kayma stresi için bir fırsat teşkil eder; bunların hepsi de hassas biyolojik ürünlere potansiyel olarak zarar verir." Harrington'ın araştırması, in situ filtrasyon yoluyla işlenen protein bazlı ürünlerin, muhtemelen daha az taşıma ve daha tutarlı çevresel koşullar nedeniyle, kesikli işlenen eşdeğerlerine kıyasla yaklaşık 12% daha az agregasyon yaşadığını göstermiştir.

Geri kazanım oranları ve verim analizi, aşağıdaki avantajlar için özellikle ikna edici kanıtlar sunmaktadır sürekli filtrasyon yaklaşımı. Bir monoklonal antikor üretim hattında yürüttüğüm karşılaştırmalı bir çalışmada, in situ filtreleme ile 94,5%'lik geri kazanım oranlarına karşılık geleneksel parti işleme ile 88,7%'lik geri kazanım oranları gözlemledik. Bu fark mütevazı görünebilir, ancak büyük ölçekli üretime uygulandığında, üretim çalışması başına ürün kaybında binlerce dolarlık azalma anlamına geliyordu.

Bu verim artışının açıklaması çok yönlü görünmektedir:

• Transfer kaplarına ve hortumlara daha az ürün yapışması
• Gemiler arasındaki çevresel değişimlerden kaynaklanan yağışların en aza indirilmesi
• İşleme sırasında daha düşük kayma gerilimi
• Operatör hatası için daha az fırsat

Ölçeklenebilirlik faktörleri, yaklaşımlar arasındaki bir diğer önemli farkı temsil etmektedir. Kesikli filtrasyon tipik olarak proses hacmi arttıkça orantılı olarak daha büyük ekipman ve işleme kapasitesi gerektirir. Buna karşılık, in situ filtrasyon genellikle ekipman boyutunda veya karmaşıklığında orantılı artışlar olmadan daha uzun çalışma süreleri ile artan hacimleri barındırabilir. Danıştığım bir biyoproses mühendisi şunları söyledi: "Kesikli filtrasyonda 10 litreden 100 litreye ölçeklendirme tamamen yeni ekipman gerektirebilir. Yerinde filtrelemede ise aynı sistemi daha uzun süre çalıştırabilir veya ek filtre alanı ekleyebilirsiniz."

Membran kirlenmesi tüm filtrasyon yöntemleri için kalıcı bir sorun teşkil eder, ancak bu sorunu ele alma yaklaşımları önemli ölçüde farklılık gösterir. Kesikli prosesler tipik olarak performans düştüğünde partiler arasında filtrenin tamamen değiştirilmesini gerektirir. Yerinde filtrasyonun sürekli doğası, bazen proses kesintisi olmadan membran ömrünü uzatabilecek nazik geri yıkama veya akış tersine çevirme tekniklerine izin verir. Geçen yıl bir uygulama projesi sırasında QUALIA sisteminin membran bakım protokollerinin geleneksel parti yaklaşımlarına kıyasla etkin filtre ömrünü yaklaşık 40% kadar uzattığını gözlemledik.

Dikkat edilmesi gereken teknik bir husus, in situ filtrasyonun sürekli proseslerde mükemmel olmasına rağmen, aşırı yüksek katı madde içeriğine veya hızlı kirlenme özelliklerine sahip bazı uygulamaların, filtrenin tamamen değiştirilmesine olanak tanıyan kesikli yaklaşımlardan yine de fayda sağlayabileceğidir. Bir filtrasyon uzmanı olan Dr. Mei Zhang'ın bana söylediği gibi, "En iyi sistem seçimi spesifik proses özelliklerinize bağlıdır. Yüksek çökelme prosesleri veya kristalizasyon uygulamaları bazı durumlarda kesikli yaklaşımları tercih edebilir."

Operasyonel Farklılıklar ve İş Akışı Entegrasyonu

Filtrasyon teknolojilerinin operasyonel yönleri genellikle gerçek dünyadaki biyoproses ortamlarında pratik değerlerini belirler. İn situ ve kesikli filtrasyon karşılaştırıldığında, iş akışı entegrasyonu, işgücü gereksinimleri ve tesis etkisi arasındaki farklar hemen ortaya çıkar.

İşgücü gereksinimleri en çarpıcı operasyonel farklılıklardan birini temsil eder. Parti filtrasyonu tipik olarak süreç boyunca operatörün sürekli dikkatini gerektirir - filtrasyon ekipmanının hazırlanması, malzemenin aktarılması, ilerlemenin izlenmesi ve ardından partiler arasındaki geçişin yönetilmesi. Bir fason üretim kuruluşunda yakın zamanda yapılan bir iş akışı analizi sırasında, kesikli filtrasyon işlemlerinin yaklaşık 65% aktif personel zamanı gerektirdiğini, buna karşılık eşdeğer bir işlem için sadece 25% gerektirdiğini gözlemledim. in situ filtrasyon süreci. Operasyon direktörü şu yorumu yaptı: "Sadece işgücü tasarrufu bile in situ teknolojiye geçişimizi haklı çıkardı ve vasıflı personeli daha katma değerli faaliyetlere yönlendirmemizi sağladı."

Otomasyon potansiyeli bu yaklaşımları daha da farklılaştırmaktadır. Kesikli filtrasyon bir dereceye kadar otomatikleştirilebilir, ancak sürecin doğasında var olan süreksizlik - her parti için ayrı başlangıç ve bitiş noktaları ile - doğal sınırlamalar yaratır. Buna karşın, in situ filtrasyon doğal olarak otomasyona ve yukarı ve aşağı akış süreçleriyle entegrasyona uygundur. Geçen yıl bir tesis turu sırasında, in situ filtrasyon bileşeninin daha büyük kontrol sistemi içinde sorunsuz bir şekilde çalıştığı ve yalnızca istisnai durumlar için insan müdahalesi gerektiren tam otomatik bir üretim hattından etkilendim.

Alanla ilgili hususlar ve tesis etkisi göz ardı edilmemelidir:

Mevcut ekipmanla entegrasyon, bir başka önemli operasyonel hususu temsil etmektedir. Bir tesisin yenilenmesi sırasında danışmanlık yaptığım bir biyoproses mühendisi şöyle açıkladı: "Yerleşik bir sürece kesikli filtrasyonun eklenmesi genellikle çalışma alanının ve akışların önemli ölçüde yeniden yapılandırılmasını gerektirir. Bu da in-situ yaklaşım büyük tesis değişiklikleri olmadan mevcut ekipmanımıza çok daha fazla uyarlanabilirdi."

Eğitim gereksinimleri de bu teknolojiler arasında önemli farklılıklar gösterir. Kesikli filtrasyon teknikleri yaygın olarak öğretilen ve çoğu biyoproses teknisyeninin aşina olduğu teknikler olsa da, in situ filtrasyona geçiş tipik olarak özel eğitim gerektirir. Ancak bu eğitim tamamlandıktan sonra, in situ operasyonlar daha otomatik yapıları nedeniyle genellikle daha az prosedür bilgisi gerektirmektedir. Bir eğitim müdürünün bana açıkladığı gibi, "Kesikli filtrasyon kavramsal olarak basit ancak prosedürel olarak karmaşıktır. In situ filtrasyon ise konseptin anlaşılmasını gerektirir ancak uygulama çok daha basittir."

Risk yönetimi hususları genellikle ticari üretim ortamlarında in situ yaklaşımları tercih eder. Her parti filtrasyon transferi potansiyel bir kontaminasyon riskini temsil ederken, in situ sistemlerin kapalı yapısı bu fırsatları en aza indirir. Kolaylaştırdığım bir risk değerlendirme çalıştayı sırasında ekip, eşdeğer in situ süreç için sadece iki taneye karşılık, toplu filtrasyon süreçlerinde sekiz kritik kontaminasyon riski noktası belirledi.

Dokümantasyon ve uyumluluk hususları da önemli operasyonel farklılıklar göstermektedir. Kesikli süreçler her işleme olayı için ayrı belgeler üreterek önemli kayıt tutma gereksinimleri yaratır. Sürekli in situ süreçler tipik olarak otomatik sistemler aracılığıyla daha verimli bir şekilde yakalanabilen sürekli veri akışları oluşturur. Bir kalite güvence uzmanı uygulama incelememiz sırasında şunları kaydetti: "Sadece parti kayıtlarındaki azalma bile bize üretim çalışması başına yaklaşık 15 saatlik inceleme süresi kazandırdı."

Kesikli filtrasyondan in situ filtrasyona operasyonel geçişte zorluklar yok değil. Bir laboratuvar yöneticisi şunları paylaştı: "Gereken zihinsel değişimi hafife aldık - net başlangıç/duruş noktaları olan bir süreçten sürekli bir operasyona geçmek sadece prosedürlerde değil, tüm üretim sürecini nasıl kavramsallaştırdığımız konusunda da yeniden eğitim gerektirdi." Bu gözlemsel içgörü, teknik özelliklerin ötesinde, başarılı bir uygulamanın kurumsal ve operasyonel kültür hususlarının ele alınmasını gerektirdiğini vurgulamaktadır.

Maliyet-Fayda Analizi

İn situ ve kesikli filtrasyon arasında seçim yapmanın finansal sonuçları, ilk ekipman alımının çok ötesine uzanır. Kapsamlı bir maliyet-fayda analizi, biyoişlem operasyonlarının hem kısa hem de uzun vadeli ekonomisini etkileyen nüanslı farklılıkları ortaya koymaktadır.

İlk yatırım değerlendirmeleri tipik olarak daha düşük bir giriş maliyetine sahip kesikli filtrasyonu gösterir. Temel kesikli filtrasyon kurulumları nispeten ucuza monte edilebilir ve bu da onları sınırlı sermaye bütçesine sahip laboratuvarlar için cazip hale getirir. Ancak, bu ilk avantajın dikkatli bir şekilde incelenmesi gerekir. Orta ölçekli bir biyofarmasötik şirketi ile yakın zamanda yaptığımız bir bütçe çalışması sırasında, önerdikleri in situ filtrasyon sistemi 65% eşdeğer parti kapasitesine göre daha yüksek bir ilk yatırımı temsil etse de, toplam sahip olma maliyeti hesaplaması farklı bir hikaye ortaya koymuştur.

Uzun vadeli işletme maliyetleri genellikle in situ yaklaşımları tercih etmektedir:

Yatırım getirisi faktörleri belirli uygulamalara göre önemli ölçüde değişir. Yüksek değerli ürünler için, verim iyileştirmeleri tek başına in situ teknolojiye yapılan yatırımı haklı çıkarmaktadır. Danıştığım bir biyoproses ekonomisti, "Gram başına $5.000'in üzerinde değere sahip ürünler için, 2%'lik bir verim artışı bile ek yatırımı yıllar yerine aylar içinde geri kazanabilir" açıklamasını yaptı. Buna karşılık, daha düşük değerli ürünler veya ticari üretimi olmayan araştırma uygulamaları için yatırımın geri dönüş süresi pratik planlama ufuklarının ötesine uzanabilir.

İlk analizlerde genellikle göz ardı edilen gizli maliyetler şunlardır:

1. Dokümantasyon yükü - Toplu süreçler, inceleme ve arşivleme gerektiren önemli ölçüde daha fazla dokümantasyon üretir
2. Eğitim maliyetleri - Toplu işlemler, daha fazla uygulama süresi nedeniyle tipik olarak daha fazla personel eğitimi gerektirir
3. Araştırma maliyetleri - Toplu süreçlerde daha fazla manuel müdahale daha yüksek sapma oranları ile ilişkilidir
4. Çizelgeleme verimsizlikleri - Kesikli işlemler sürekli işleme hatlarında doğal darboğazlar yaratır

Bir keresinde kesikli filtrasyondan in situ filtrasyona geçişleri sırasında bu "görünmez maliyetleri" takip eden bir tesisle çalışmıştım. Analizleri, bu faktörlerin toplu olarak toplam işletme giderlerinin yaklaşık 15%'sini temsil ettiğini ortaya koydu; bu, yatırım getirisi hesaplamalarını önemli ölçüde değiştiren önemli bir bulguydu.

Ekonomi, tesis kısıtlamalarına göre de değişir. Alanın sınırlı olduğu ortamlarda, daha küçük ayak izi entegre fi̇ltreleme si̇stemleri̇ mevcut tesislerde daha yüksek üretim kapasitesi sağlayarak önemli bir değer sunabilir. Geçen yıl bir kapasite planlama çalışması sırasında, in situ filtrelemeye geçişin bir üreticinin tesis genişletme olmadan üretimini 30% artırmasına nasıl olanak sağladığını gözlemledim; bu, önceki parti yaklaşımıyla imkansız olabilecek bir sonuçtu.

Kurumsal karar alma süreçlerinde giderek daha önemli hale gelen çevresel sürdürülebilirlik hususları da çoğu senaryoda in situ yaklaşımları desteklemektedir. Azalan su tüketimi, daha düşük enerji gereksinimleri ve azalan sarf malzemesi kullanımı sürdürülebilirlik girişimleriyle uyumludur. Bir sürdürülebilirlik direktörü şunları belirtmiştir: "Yerinde filtrasyona geçişimiz, özellikle su kullanımı ve katı atıkların azaltılmasıyla ilgili kurumsal çevre hedeflerimize ulaşmamıza önemli ölçüde katkıda bulundu."

Finansman modelleri de maliyet-fayda denklemini etkileyebilir. Bazı ekipman sağlayıcıları artık ödemenin kısmen verim, verimlilik veya diğer ölçütlerdeki kanıtlanmış gelişmelere bağlı olduğu performansa dayalı sözleşmeler sunmaktadır. Bu yaklaşım, özellikle daha gelişmiş filtrasyon teknolojilerine geçiş yapan küçük kuruluşlar için finansal riski azaltabilir.

Danışmanlığını yaptığım bir CFO'nun özetlediği gibi: "Filtrasyon teknolojisi kararı sadece ekipman maliyetiyle ilgili değildir, süreç ekonomisiyle de ilgilidir. İşçilik maliyetleri, verim hassasiyeti, tesis kısıtlamaları veya üretim esnekliği gibi değer faktörlerinizi anlamak, doğru finansal seçimi yapmak için çok önemlidir."

Vaka Çalışmaları: Gerçek Dünya Uygulamaları

Farklı filtreleme yaklaşımlarının teorik avantajları, gerçek dünya uygulamaları üzerinden incelendiğinde daha anlamlı hale gelmektedir. Filtrasyon teknolojileri arasındaki çeşitli geçişleri gözlemleme ve belgeleme fırsatım oldu ve her biri teorik karşılaştırmaların ötesinde pratik bilgiler ortaya koydu.

Hücre kültürü uygulamalarında, in situ filtrasyonun avantajları özellikle belirgin hale gelmektedir. Monoklonal antikorlar üreten bir biyofarmasötik şirketi, hücre kültürü uygulamalarında in situ filtrasyon sistemi perfüzyon biyoreaktörleri için. Bu geçişten önce, her 48-72 saatte bir hücre kültürü hasadı gerektiren kesikli filtrasyon yaklaşımıyla çalışıyorlardı. Uygulama sonrasında, 21 gün boyunca sürekli çalışma elde ettiler ve sonuç olarak

• 37% genel ürün titresinde artış
• Geliştirilmiş ürün kalitesi tutarlılığı (azaltılmış varyant profilleri)
• 42% gram ürün başına işçilik saatinde azalma
• Kirlenme olaylarında önemli ölçüde azalma

Bu uygulamaya öncülük eden hücre kültürü bilimcisi şöyle açıkladı: "İn situ filtrasyonun sürekli yapısı hücrelerimiz için daha istikrarlı bir ortam yarattı. Atık ürünlerin sürekli olarak uzaklaştırılması ve besin maddelerinin yenilenmesi, toplu işlemenin kesintiye uğramadan, üretim döngüsü boyunca optimum koşulları korumamızı sağladı."

Kırılgan proteinleri içeren biyo-üretim senaryoları için, başka bir vaka cazip avantajlar ortaya çıkardı. Bir enzim bazlı teşhis üreticisi, toplu filtreleme işlemi sırasında ürün stabilitesiyle mücadele ediyordu. Transferler sırasındaki sıcaklık dalgalanmaları ve kesme kuvvetleri yaklaşık 8-12% aktivite kaybına neden oluyordu. Entegre bir filtreleme yaklaşımına geçtikten sonra şunları gözlemlediler:

• Aktivite kaybının 3%'nin altına düşürülmesi
• Daha tutarlı ürün özellikleri
• Tam bir işlem adımının ortadan kaldırılması
• Orantılı ekipman ölçeklendirmesi olmadan daha büyük hacimleri işleme yeteneği

Süreç geliştirme liderleri şunları paylaştı: "Bizi en çok şaşırtan şey sadece verimin artması değil, aynı zamanda genel proses akışımızı ne kadar basitleştirdiğiydi. Toplu filtreleme darboğazını ortadan kaldırmanın üretim hattımız boyunca aşağı yönlü faydaları oldu."

Araştırma laboratuvarı uygulamaları farklı bir bakış açısı sunmaktadır. Birden fazla araştırma grubunu destekleyen bir üniversite çekirdek tesisi, ortak hücre kültürü tesisi için filtrasyon seçeneklerini değerlendirdi. Her iki yaklaşımı da test ettikten sonra, sonuçta çoğu uygulama için kesikli filtrelemeyi sürdürürken, belirli uzun süreli deneyler için in situ teknolojiyi uyguladılar. Tesis müdürü bu hibrit yaklaşımı açıkladı:

"Küçük ölçekli, çeşitli projeler yürüten birçok kullanıcımız için kesikli filtrasyonun esnekliği ve aşinalığı, in situ sistemlerin verimlilik avantajlarından daha ağır bastı. Bununla birlikte, sürekli kültürler veya zamana duyarlı deneyler yürüten gruplarımız için in situ seçeneği, kontaminasyon risklerinin ve iş gücü gereksinimlerinin azaltılmasında net faydalar sağladı."

Deneyimleri önemli bir hususu vurgulamaktadır: en uygun yaklaşım büyük ölçüde sürece özgü gereksinimlere ve operasyonel kısıtlamalara bağlıdır.

Sektöre özgü uyarlamalar, filtrasyon teknolojilerinin benzersiz zorluklara göre nasıl uyarlandığını ortaya koymaktadır. Bir aşı üreticisi, yüksek viskoziteli ürünleri için özel olarak tasarlanmış özel membranlarla modifiye edilmiş bir in situ filtrasyon sistemi uyguladı. Özelleştirilmiş uygulamaları şunları içeriyordu:

• Daha yüksek viskoziteyle başa çıkmak için değiştirilmiş akış dinamikleri
• Ürün özelliklerine özgü geliştirilmiş kirlenme önleme protokolleri
• Bitişik saflaştırma adımları ile entegrasyon
• Ürünün tamamen geri kazanılmasını sağlamak için özel temizlik prosedürleri

Mühendislik direktörleri şunları kaydetti: "Kullanıma hazır çözümler nadiren sürece özgü tüm zorlukları ele alır. Önemli olan, temel in situ yaklaşımını dikkatli mühendislik ve doğrulama yoluyla özel gereksinimlerimize uyarlamaktı."

Belki de en öğretici vaka, bir fason üretim kuruluşu tarafından yürütülen yan yana bir karşılaştırmayı içeriyordu. Biri geleneksel kesikli filtreleme, diğeri ise geleneksel filtreleme yöntemini kullanan paralel üretim hatları kurmuşlardır. AirSeries in situ filtrasyon teknolojisi-aynı ürünlerin işlenmesi. Bu doğrudan karşılaştırma, göreceli performans hakkında alışılmadık derecede net veriler sağlamıştır:

Operasyon direktörleri şöyle özetledi: "Rakamlar hikayenin bir kısmını anlatıyor, ancak aynı derecede önemli olan operasyonel basitlikti. In situ hattında geleneksel sürecimize kıyasla daha az komplikasyon, istisna ve sapma yaşandı. Bu da dokümantasyon yükünü azalttı ve genel kalite yönetimimizi basitleştirdi."

Bu vaka çalışmaları toplu olarak, filtrasyon sistemlerinin teknik özellikleri önemli olsa da, operatör eğitimi, süreç entegrasyonu ve belirli ürün özelliklerine adaptasyon dahil olmak üzere pratik uygulama ayrıntılarının genellikle nihai başarıyı belirlediğini göstermektedir. Bir uygulama yöneticisinin bana söylediği gibi, "Teknoloji olasılıklar yaratır, ancak özenli uygulama sonuç verir."

Gelecek Perspektifleri ve Ortaya Çıkan Eğilimler

Filtrasyon teknolojisinin evrimi hızlanarak devam etmekte ve ortaya çıkan bazı trendler biyoişlem ortamını yeniden şekillendirmeye hazırlanmaktadır. Son gelişmelere ve sektör uzmanlarıyla yapılan görüşmelere dayanarak, birkaç önemli yön özellikle umut verici görünmektedir.

Gerçek zamanlı analitik ile entegrasyon, ufuktaki en önemli gelişmelerden birini temsil etmektedir. Gelişmiş in situ filtrasyon platformları filtrat bileşiminin sürekli izlenmesini sağlayan spektroskopik ve diğer analitik teknolojileri giderek daha fazla kullanmaktadır. Yakın zamanda düzenlenen bir endüstri konferansında, gerçek zamanlı ürün kalitesi özellikleri sağlamak için filtrasyonu Raman spektroskopisi ile birleştiren sistemler üzerinde çalışan bir geliştirici ile konuştum. "Gelecek sadece bileşenleri ayırmakla ilgili değil" diye açıkladı, "fiziksel ayırma ile eşzamanlı olarak kalite verileri üretmekle ilgili."

Yapay zeka uygulamaları filtrasyon sistemlerinin çalışma şeklini dönüştürmeye başlıyor. Makine öğrenimi algoritmaları artık membran kirlenmesini oluşmadan önce tahmin edebiliyor ve çalışma parametrelerini önceden ayarlayabiliyor. Bu sistemleri uygulayan bir proses mühendisi bunların etkisini şöyle anlatıyor: "Performans düşüşüne yanıt vermek yerine, artık bunu tamamen önlüyoruz. Sistem, insan operatörlerin tespit etmesinin imkansız olduğu kalıpları tanıyor ve sürekli olarak mikro ayarlamalar yapıyor."

Membran teknolojisindeki gelişmeler performans sınırlarını zorlamaya devam ediyor. Nanofabrikasyon tekniklerini içeren yeni malzemeler, benzeri görülmemiş akış hızı, seçicilik ve kirlenme direnci kombinasyonlarına sahip membranlar üretiyor. Bu gelişmiş membranlardan bazıları, sonraki işlem adımlarının tamamını ortadan kaldırabilecek tür seçici filtreleme potansiyeli gösteriyor. Görüştüğüm bir malzeme bilimci, olağanüstü bir hassasiyetle belirli moleküler ağırlık sınırlarına ayarlanabilen "programlanmış seçiciliğe" sahip membranlar geliştiriyor.

Düzenleyici çerçeveler, gelişmiş filtrasyon yaklaşımları da dahil olmak üzere sürekli işleme teknolojilerine uyum sağlayacak şekilde gelişmektedir. Düzenleyici uzmanlar, in situ filtrasyon teknolojileri kullanılarak üretilen ürünler için onay süreçlerini potansiyel olarak kolaylaştırarak, sürekli biyoişleme validasyonu için daha tanımlanmış yollar öngörmektedir. Kapsamlı mevzuat deneyimine sahip bir danışman şunları belirtmiştir: "Kurumlar sürekli proses verileri konusunda giderek daha rahat davranmakta ve bu verilerin genellikle kesikli parti verilerine kıyasla daha kapsamlı bir proses anlayışı sağladığını kabul etmektedir."

Minyatürleştirme eğilimleri, gelişmiş filtrasyon teknolojilerini daha küçük ölçekli operasyonlar için erişilebilir hale getirmektedir. Birçok üretici, araştırma ve geliştirme uygulamaları için uygun endüstriyel in situ filtrasyon sistemlerinin küçültülmüş versiyonlarını geliştirmektedir. Teknolojinin bu şekilde demokratikleşmesi, daha küçük kuruluşların daha önce yalnızca büyük üreticilerin erişebildiği gelişmiş yaklaşımlardan yararlanmasına olanak tanıyor.

Gelişmekte olan diğer teknolojilerle entegrasyon özellikle heyecan verici olanaklar sunmaktadır. Bir araştırma direktörü, in situ filtrasyonu akustik dalga ayırma ve sürekli kromatografi ile birleştirme çabalarını anlattı: "Geleneksel birim operasyonlarının birbirine karıştığı entegre sürekli işleme doğru ilerliyoruz. Filtrasyon, ayırma ve saflaştırma arasındaki sınırlar giderek bulanıklaşıyor."

Çevresel sürdürülebilirlik muhtemelen daha fazla filtrasyon yeniliğine yol açacaktır. Su ve enerji tüketiminin azaltılması, önemli ölçüde daha düşük çevresel ayak izleri için tasarlanan yeni nesil sistemlerle birlikte kilit bir odak noktası olmaya devam etmektedir. Bu sistemler üzerinde çalışan bir sürdürülebilirlik mühendisi şöyle açıklıyor: "Performansı korurken veya iyileştirirken geleneksel yaklaşımlara kıyasla su tüketimini 80% oranında azaltan tasarımları hedefliyoruz."

Daha ileriye bakıldığında, bazı araştırmacılar değişen proses koşullarına dinamik olarak uyum sağlayan filtreleme sistemleri öngörmektedir. Bu sistemler aynı anda birden fazla filtrasyon mekanizması kullanacak ve bunların göreceli katkılarını besleme özelliklerine ve ürün gereksinimlerine göre ayarlayacaktır. Bu "uyarlanabilir filtrasyon" konsepti, hem geleneksel kesikli hem de mevcut in situ yaklaşımlardan önemli bir ayrımı temsil etmektedir.

Hangi filtreleme yaklaşımının (kesikli veya in situ) gelecekteki biyoişleme hakim olacağı sorusu belki de en iyi şekilde "ikisi de değil" şeklinde yanıtlanabilir. Bunun yerine, organizasyonel alışkanlıktan ziyade belirli proses gereksinimlerine göre seçilen teknolojilerle artan bir hibridizasyon görmemiz muhtemeldir. Bazı uygulamalar için, özellikle de maksimum esneklik gerektiren veya işlenmesi zor malzemelerin işlendiği uygulamalar için, kesikli yaklaşımlar avantajlarını koruyabilir. Sürekli biyoproses için, özellikle de tanımlanmış özelliklere sahip yüksek değerli ürünler için, in situ yaklaşımlar muhtemelen standart hale gelecektir.

Yakın zamanda görüştüğüm biyoproses fütüristi Dr. Richard Tanaka'nın da belirttiği gibi: "En başarılı kuruluşlar her iki yaklaşıma da sıkı sıkıya bağlı kalmayacaktır. Teknolojik tercihlerden ziyade süreç bilimi tarafından yönlendirilen her bir özel uygulama için doğru teknolojiyi kullanma kabiliyetini geliştireceklerdir."

Bu bakış açısı, birden fazla tesiste yaptığım gözlemleri yansıtmaktadır; gelecek tek bir teknolojiye değil, her bir biyoprosesin kendine özgü taleplerini karşılamak için farklı filtrasyon felsefelerinin en iyi yönlerinden yararlanan, özenle entegre edilmiş yaklaşımlara aittir.

Yerinde ve Kesikli Filtrasyonla İlgili Sıkça Sorulan Sorular

Q: In Situ ve Batch Filtrasyon arasındaki temel fark nedir?
C: In Situ ve Batch Filtrasyon arasındaki temel fark, filtrasyonun nasıl ve nerede gerçekleştiği ile ilgilidir. In Situ filtrasyon orijinal numune kabı içinde gerçekleşir, numune taşıma işlemini azaltır ve kontaminasyon risklerini en aza indirir. Genellikle Ex Situ olarak adlandırılan Toplu Filtrasyon, numunenin ayrı bir filtrasyon cihazına aktarılmasını içerir, bu da filtrasyon parametreleri üzerinde daha fazla kontrol sağlar ancak kullanım adımlarını da beraberinde getirir.

Q: In Situ Filtrasyon hangi uygulamalar için en uygunudur?
C: In Situ Filtrasyon, stresi en aza indirmenin ve numune bütünlüğünü korumanın çok önemli olduğu birincil dokular veya nadir hücreler gibi kırılgan numunelerin işlenmesi için özellikle avantajlıdır. Ayrıca, özel ekipman olmadan anında filtrelemenin gerekli olduğu saha araştırmaları veya zamana duyarlı protokoller için de faydalıdır.

Q: In Situ Filtrasyon numune bütünlüğünü nasıl iyileştirir?
C: In Situ Filtrasyon, mekanik stres, kontaminasyon ve çevresel dalgalanmalara yol açabilecek transfer adımlarını ortadan kaldırarak numune bütünlüğünü geliştirir. Bu yaklaşım biyolojik aktiviteyi koruyarak daha yüksek kaliteli nihai ürünler ve daha güvenilir analitik sonuçlar elde edilmesini sağlar.

Q: Kesikli Filtrasyonun Yerinde Filtrasyona kıyasla temel avantajları nelerdir?
C: Kesikli Filtrasyon, filtrasyon parametrelerinin ayarlanmasında daha fazla esneklik sağlar, yüksek verimli taramalar için çok uygundur ve sıralı filtrasyon adımlarına izin verir. Ayrıca otomatik sistemlerle iyi entegre olur ve karmaşık ayırmalar için gerçek zamanlı ayarlamalar sunar.

Q: In Situ ve Batch Filtrasyon proses verimliliğini nasıl etkiler?
C: Yerinde Filtrasyon genellikle işlem süresini ve işçiliği azaltırken kontaminasyon ve ürün kaybı riskini en aza indirir. Kesikli Filtrasyon daha esnek olmakla birlikte, daha fazla uygulama süresi gerektirir ve her aktarım adımında potansiyel riskler ortaya çıkarır. Bununla birlikte, filtrasyon koşulları üzerinde hassas kontrol gerektiren senaryolarda mükemmeldir.

Q: Hangi filtreleme yöntemi uzun vadede en uygun maliyetlidir?
C: In Situ Filtrasyon daha yüksek bir ilk yatırım gerektirse de, daha az ürün kaybı, daha düşük işçilik maliyetleri ve kontaminasyonla ilgili daha az arıza nedeniyle uzun vadede daha uygun maliyetli olabilir. Kesikli Filtrasyon, iyi oluşturulmuş protokollere sahip yüksek hacimli operasyonlar için daha iyi ölçek ekonomileri sunabilir.

Dış Kaynaklar

1. Geleneksel Yöntemlere Karşı Yerinde Filtrasyon - Bu kaynak, "In Situ vs Batch" anahtar kelimesini doğrudan kullanmasa da, in situ filtrasyonu geleneksel yöntemlerle karşılaştırmakta, verimliliğini ve maliyet tasarrufu avantajlarını vurgulamaktadır.
2. In Situ vs Ex Situ Filtrasyon: Hangisi Sizin İçin Doğru? - Kesikli filtrasyon ile doğrudan karşılaştırılmasa da, in situ filtrasyonun ex situ yöntemlere kıyasla faydaları ve uygulamaları tartışılmaktadır.
3. Otomatik Yerinde Filtre Bütünlüğü Testi - Kesikli proseslerle karşılaştırma yapmadan in situ filtre testine odaklanır, ancak in situ filtrasyon sistemlerini anlamak için önemlidir.
4. Akış Kimyası ve Kesikli Kimya İçin Bir Kılavuz - Kesikli prosesleri anlamak için sürekli akış sistemlerinin kesikli proseslere göre faydalarını tartışır.
5. Noninvaziv, Yerinde ve Harici İzlemenin Karşılaştırılması - Mikrobiyal büyüme için in situ yöntemler de dahil olmak üzere farklı izleme tekniklerini inceler, ancak özellikle filtreleme konusuna değinmez.
6. [Endüstride Kesikli ve Sürekli Filtrasyon Süreçleri](https://www.researchgate.net/publication/263411423Karşılaştırma.Toplu İşand_Continuous Processes) - Bu yayın, endüstriyel ortamlarda kesikli ve sürekli süreçler arasındaki farkları araştırmaktadır; bu da kesikli filtreleme hakkında fikir verebilir, ancak bir hesap gerektirdiği için doğrudan erişilebilir değildir. (Lütfen dikkat: Doğrudan bağlantı giriş veya abonelik gerektirebilir)