【在线拉曼应用案例】如何实时监测和维持葡萄糖浓度？
时间：2024-05-09 阅读：205
过程分析技术(PAT)帮助制造商对过程进行实时检测和控制掌控产品的关键质量属性(CQA)。加强对关键工艺参数(CPP)的控制可优化质量，同时降低产品开发和制造的成本、缩短时间。使用PAT可实时检测这些CPP，在某些情况下还可实时检测CQA，从而获得必要的实时过程信息，并能够创建质量源于设计（QBD）的工作流。
近年来，过程拉曼光谱仪作为一种可实时监测和控制关键生物工艺参数的PAT工具得到了越来越广泛的应用，这些参数是成功生产治疗药物的关键。成功生产意味着具备较高的过程效率、优质且始终如一的产品质量，以及最低的生产成本。在生物制药生产过程中使用PAT工具持续受到广泛关注，因为这样可以在保证药物质量的前提下快速开发药物。
对复杂、多变量和单变量的仪器数据进行解读，并根据这些信息预测关键工艺参数，在必要时通过调整来优化工艺结果。通过分析结果，可以预测最终材料的质量，并了解改变CPP会对工艺和产品产生的影响。反过来，通过进行实时质量预测实验，可以建立CPP和CQA之间的关系，从而真正理解过程。掌握了这些知识，我们就可以“实现闭环”，利用这些质量预测对过程进行控制。
将连续监测纳入生物工艺并应用分析数据，对于了解过程和积极应对挑战来说至关重要。其中一个关键挑战，是对影响生物产品稳定性、免疫原性、安全性和有效性的关键质量属性（如糖基化）进行在线监测。维持生物反应器中葡萄糖浓度的稳定，对确保产品糖基化的一致性和提高产品产量来说至关重要。人工取样和补料成本高、效率低，而且每次使用无菌系统时都会增加污染风险，而使用在线连续监测和控制可以减少生物反应器的人工取样和补料操作，从而降低污染风险和提高效率。
本应用文档介绍了如何使用MarqMetrix AIO过程拉曼分析仪和Lykos PAT拉曼软件来监测生物反应器中的葡萄糖浓度，结果实时传输到TruBio 6.0控制软件并启动自动补料功能，以保持所需的浓度。Lykos和TruBio 6.0控制软件通过OPC-UA进行通信。该系统结合了灵敏的过程拉曼分析仪和已形成的复杂反馈回路，可对关键参数进行实时监测，保持稳定的葡萄糖浓度。在该系统的帮助下，操作人员无需进行手动取样和补料，从而减少了细胞受到污染的风险。
使用MarqMetrix AIO过程拉曼分析仪进行实时检测，将MarqMetrix AIO过程拉曼分析仪的生物反应器探头直接浸入生物反应器中。探头将激光从拉曼光谱仪引入到反应器并收集拉曼散射信号回传到拉曼光谱仪。通过设置合适的激光功率和积分时间积分次数获得高质量的拉曼光谱，单次测量时间可从几秒到分钟级并可连续自动采集，光谱仪内置模型自动讲光谱信息转换为需要监控的分析对象的含量实时展现。MarqMetrix AIO过程拉曼分析仪和离线仪器分析结果之间由时间相匹配，从而使得在线和离线结果保持一致。实时测量数据传输至TruBio 6.0，TruBio6.0根据检测结果自动调整泵速。
MarqMetrix™ All-in-One 在线拉曼分析仪
在上述实验中，过程数据由Lykos PAT软件监测，并通过OPC-UA协议与TruBio生物工艺控制软件轻松集成。控制回路显示葡萄糖浓度非常稳定，同时MarqMetrix AIO过程拉曼分析仪的监测结果也非常准确。一般情况下，操作人员必须对生物反应器进行频繁取样，以便进行离线分析，而本文所讲述的自动化过程大大减少了操作人员的干预。在线监测及自动化控制的实现大大降低了因人员失误等偏差而导致的污染和批次不合格风险。
我们在本应用文档中提出了一种利用自动反馈控制回路的细胞培养策略，并以可重复的方式确保最高产率。通过Thermo Fisher Scientific的MarqMetrix AIO过程拉曼分析仪搭配Lykos PAT拉曼软件的实时过程监控，以及TruBio6.0生物工艺控制软件的反馈控制，我们展示了PAT在实际工作中的应用，以及实现质量源于设计工艺开发的能力。