Unieke Bactofuge®-technologie voor het oogsten van fermentatie met hoge dichtheid levert farmareus een meeropbrengst van miljoenen dollars op

Naarmate deze toonaangevende bedrijven steeds vaker overstappen op een high-density fermentatieproces voor de productie van waardevolle therapeutische behandelingen, ontstaat downstream de uitdaging om broth met een hoog gehalte aan vaste stoffen effectief te scheiden en te klaren. 

Omdat traditionele schotelcentrifuges en filters moeite hebben om onder deze veranderde omstandigheden goed te presteren, waardoor voor miljoenen dollars aan waardevol product in de reststromen achterblijft, schakelde een jarenlange klant Alfa Laval in om een baanbrekende oplossing te ontwikkelen: de unieke Bactofuge®-technologie. 

Gedurende twee jaar werkte het team van Alfa Laval samen met de klant en in 2022 verving het biofarmaceutische bedrijf de al rendabele Alfa Laval-klaringsinstallatie door een nieuwe Alfa Laval-separator. De cijfers zijn veelzeggend: de overstap van een conventionele klaringsinstallatie naar Alfa Laval’s separator met Bactofuge® zorgde voor ongeveer 6% meer productopbrengst, goed voor circa $7 miljoen extra waarde per batch. De investering in de nieuwe installatie werd in minder dan één batch terugverdiend.

Patrik Kagevi, Global Sales Manager voor Life Science Technology, Biopharm & Industrial Fermentation bij Alfa Laval, maakte deel uit van het team dat samen met het bedrijf aan deze uitdaging werkte. Volgens hem is de klant zeer tevreden met het resultaat en is inmiddels in totaal geïnvesteerd in vijf centrifuges met Bactofuge®-technologie om vergelijkbare verbeteringen op meerdere locaties te realiseren.

“Bij zo’n geavanceerd en kostbaar product is het laatste wat wenselijk is dat er aanzienlijke volumes verloren gaan in het klarings- en scheidingsproces, maar dat was wel wat er gebeurde,” zegt hij. “Filters raakten verstopt en de scheidingsefficiëntie kwam onder druk te staan, maar het was meteen duidelijk dat dit een ideale toepassing was voor de MBPX 714 Bactofuge separator. 

“De Alfa Laval-centrifuge beschikt over een aantal belangrijke kenmerken die deze oplossing bijzonder geschikt maken. Om te beginnen betekent het Hermetic Design dat de volledige roterende assemblage volledig met vloeistof is gevuld, wat grote voordelen oplevert.” Het belangrijkste voordeel is dat dit zorgt voor lage schuifkrachten aan de inlaat van de centrifuge, waardoor de gevoelige cellen veel voorzichtiger worden behandeld dan in de klaringsstap het geval was.

“De toevoerstroom roteert niet bij binnenkomst en moet in een fractie van een seconde worden versneld tot enkele duizenden omwentelingen per minuut,” legt Patrik uit. “Bij iets dat zo delicaat en kwetsbaar is als cellen, die zeer gemakkelijk beschadigen, moet die versnelling zo geleidelijk mogelijk verlopen en met zo laag mogelijke schuifkrachten. Dat wordt mogelijk gemaakt door deze volledig met vloeistof gevulde kom.”

De gevolgen van het intact houden van de cellen zijn tweeledig: het proces creëert niet veel kleine celfragmenten die moeilijk of zelfs onmogelijk te scheiden zijn, waardoor een helderdere vloeistof ontstaat die de doelmoleculen bevat; daarnaast komen er geen intracellulaire eiwitten vrij die zich met het doeleiwit mengen, wat de zuivering in de vervolgstappen vereenvoudigt.

De baanbrekende eigenschap voor scheiding van cellen met hoge dichtheid is de Bactofuge®. Het belang ervan in dit type toepassing is zo groot dat het zelfs terugkomt in de naam van de centrifuge. Het ontwerp van de uitlaat maakt continue afvoer mogelijk, wat zorgt voor hogere capaciteit en opbrengst, terwijl de behoefte aan filtratie in vervolgstappen afneemt en de procestijd wordt verkort.

“Omdat het een continu proces is, ontstaat een constante stroom zonder variaties in het resultaat, zoals bij een intermitterend model wel het geval is, waar pieken van niet-gescheiden vaste stoffen ontstaan in verder geklaarde vloeistof,” zegt Kagevi.

Wanneer gescheiden cellen op deze continue manier worden afgevoerd, is het mogelijk te optimaliseren hoe geconcentreerd deze stroom is. “Idealiter zou een concentratie van 100% wenselijk zijn, maar er moet altijd wat vloeistof met de cellen meestromen om het geheel stromend te houden,” zegt Kagevi. “Door simpelweg de uitlaat af te stellen, kan het optimale punt worden gevonden waarbij de vloeistof goed blijft stromen, maar de celconcentratie zo hoog mogelijk is. Dat is met andere typen technologie lastig te realiseren.” 

De klant behaalt resultaten van meer dan 90% concentratie, wat zeer hoog is, zeker in vergelijking met een eerdere waarde van circa 75% die met de conventionele klaringscentrifuge werd gerealiseerd. 

Het ontwerp van de Alfa Laval Bactofuge maakt het bovendien mogelijk om de stromen van gescheiden biomassa via de ene uitlaat en geklaarde vloeistof via de andere uitlaat nauwkeuriger te monitoren en te regelen. Met flowmeters en regelkleppen blijven de procesomstandigheden constant.

“Dit is waar Alfa Laval trots op is,” zegt Patrik Kagevi. “Dit is een klant die vooroploopt in technologische ontwikkeling, en er is een oplossing ontwikkeld die gelijke tred houdt met de vooruitgang die daar wordt geboekt. 

“Voor deze klant is de keuze inmiddels vanzelfsprekend. De Bactofuge wordt geïntegreerd in alle fermentatieprocessen met hoge celdichtheid, wat een sterk voordeel oplevert in de productiekosten en de beschikbaarheid van deze geneesmiddelen vergroot.”