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Sep 29, 2023

Credito: Andrei Merkulov/Fotolia

Di Andreas Frerix, PhD

I più comuni sistemi di produzione biofarmaceutica odierni richiedono la manipolazione, il trasferimento, la lavorazione e la purificazione di farmaci a grandi molecole prodotti in cellule viventi: cellule animali in coltura, cellule batteriche o cellule di lievito. Queste operazioni, eseguite con i materiali in fase liquida, richiedono l'uso di tecnologie di pompaggio in grado di fornire in modo affidabile consistenza volumetrica e precisione, pressioni e portate adeguate e basse pulsazioni (per sostenere le condizioni di lavorazione), nonché basse taglio, basso apporto di calore e compatibilità dei materiali (per proteggere il farmaco biologico da eventuali danni).

Tradizionalmente, i sistemi permanenti di pompaggio e lavorazione in acciaio inossidabile sono stati utilizzati per le operazioni a monte e a valle, ma i tempi e i costi legati al funzionamento, alla pulizia, alla manutenzione e al controllo di qualità di un sistema per prepararsi al successivo ciclo di produzione possono diventare proibitivi. Tali preoccupazioni hanno portato alla creazione di pompe monouso dotate di testa e camera monouso che possono essere facilmente rimosse e sostituite tra un ciclo di produzione e l’altro, eliminando i tempi e i costi necessari per riconvalidare l’attrezzatura in un sistema in acciaio inossidabile.

Questa tecnologia, tuttavia, necessitava ancora di miglioramenti per ottimizzare i tempi di cambio formato e semplificare i processi di installazione. Un progresso importante in questo settore è arrivato con lo sviluppo di un sistema di cambio della camera della pompa che riduce a pochi secondi il tempo necessario per sostituire una camera della pompa monouso.

Prima di procedere, dovremmo fare un passo indietro e discutere cosa significano i termini “complesso”, “preciso” e “puro” nel contesto della produzione biofarmaceutica. Il fondamento della produzione biofarmaceutica poggia su vari tipi di operazioni unitarie. Mentre ogni operazione unitaria presenta il proprio insieme di criteri operativi, tutte le operazioni unitarie sono simili nel senso che possono produrre un farmaco vitale, privo di contaminanti, adatto alla somministrazione umana solo se il produttore aderisce rigorosamente a un insieme inflessibile di parametri e strutture operative.

Tre delle operazioni unitarie più comuni nella produzione biofarmaceutica sono la filtrazione a flusso tangenziale (TFF), la cromatografia e la filtrazione virale. Il TFF è noto anche come filtrazione a flusso incrociato, un processo in cui il flusso di alimentazione del prodotto biofarmaceutico scorre tangenzialmente attraverso la membrana del filtro a pressione positiva. Mentre il TFF viene utilizzato per concentrare il prodotto in base alla dimensione della molecola, la cromatografia è un processo utilizzato per purificare le molecole target dall'altro flusso di processo basato sull'adsorbimento su una resina. La filtrazione virale viene utilizzata per garantire la sicurezza dei farmaci prodotti. Il filo conduttore tra questi diversi tipi di operazioni unitarie è che ciascuna necessita di una tecnologia di pompaggio in grado di soddisfare i propri parametri operativi specifici.

È inoltre necessario menzionare ulteriormente i vantaggi che l'utilizzo di pompe a membrana quaternaria monouso può offrire nella produzione biofarmaceutica. Il vantaggio principale di queste pompe, sia che vengano utilizzate nelle tradizionali configurazioni in acciaio inossidabile o monouso, è la loro forma di funzionamento unica.

I quattro diaframmi quaternari sono azionati uno dopo l'altro da una piastra di connessione, che si muove avanti e indietro dalla sua posizione centrale in una corsa generata da un albero eccentrico, con la lunghezza della corsa determinata dall'angolo dell'eccentricità. Le quattro camere di pompaggio, che in realtà funzionano allo stesso modo del cuore umano, mantengono il flusso del prodotto costantemente in movimento in avanti in modo volumetricamente coerente, a basso taglio e a basso impulso.

Inoltre, le camere della pompa non contengono parti rotanti soggette ad attrito, il che significa che l'accumulo di calore è minimo che può compromettere il prodotto. Questa modalità di funzionamento fa sì che le pompe possano funzionare a secco, siano autoadescanti e producano un taglio minimo a causa del basso scorrimento. Inoltre, offrono un funzionamento a basse pulsazioni e senza perdite, pur avendo ottime capacità di aspirazione a secco/umido.