Processanalytisk teknologi (PAT) för bioprocesser

Förbättra kvaliteten genom exakt processanalys och processoptimering

Analysmetoder används nästan universellt i bioprocesstillämpningar som biofarmaceutisk utveckling, enzym- eller aminosyraproduktion och andra tillämpningar där konsekvent övervakning och kontroll av produktkvaliteten är avgörande.

Konventionellt samlade forskare in prover i slutet av varje sats och analyserade dem i ett laboratorium för kvalitetskontroll (QC), bort från processen, innan de bestämde sig för produktens godkännande, avvisning eller upparbetning.

Exakt processanalys och processoptimering

I och med FDA:s introduktion av ramverket för processanalytisk teknik (PAT) 2004 utvecklas processanalysverktygen ständigt.

Bioprocessindustrin går mot att tillämpa processanalys för att analysera råvaror och slutprodukter och för att övervaka och kontrollera bioprocesserna.

Exakt analys, övervakning och kontroll för att optimera bioprocessverksamheten säkerställer idealisk cellviabilitet, syre-, koldioxid- och näringsmatningsstrategier, korrigerande åtgärder och konsekvent produktivitet från processutveckling till full tillverkningsskala.

Med över 60 års erfarenhet som ledare inom processanalys och laboratorieinstrument förstår METTLER TOLEDO att tillförlitlig instrumentering är avgörande för tillförlitlig bioprocessövervakning som leder till maximering av avkastning och produktivitet.

PAT-ramverket

Tanken bakom PAT-ramverket är att en väl förstådd process leder till en fördefinierad slutproduktkvalitet som minskar regulatoriska problem och ökar processeffektiviteten på kortast möjliga tid med minsta möjliga driftskostnader.

Med PAT är kvalitet inbyggd i processdesignen och testas inte i produkterna. Det är på detta sätt som PAT öppnar dörren för QbD-strategier (Quality by Design) och banar väg för lean manufacturing-principer.

Forskare identifierar och förklarar källorna till variabilitet, processen hanterar variabiliteten och forskarna kan exakt och tillförlitligt förutsäga produktkvalitet över designutrymmet, kritiska processparametrar (CPP) och tillverkningsförhållanden.

När bioforskare använder analytiska metoder för att utveckla biologiska läkemedel eller producera enzymer och aminosyror måste de också se till att förhållandena övervakas konsekvent så att produkterna uppfyller strikta regulatoriska krav för att de slutliga molekylerna ska ärva viktiga egenskaper som renhet, identitet, säkerhet och potens.

Förstå PAT-ramverket

För att förstå vikten av PAT inom bioteknik är det först viktigt att förstå de befintliga typerna av analytiska processer:

Övervakning offline

Offlinemätningar kräver insamling av ett prov, som tas till ett laboratorium för att analyseras.

At-Line-mätningar

At-line-mätningar görs vid sidan av processen men är inte direkt integrerade. Provet måste aktivt avlägsnas och levereras till analysmetoden.

Integrerad analys

In-Line-analys använder sensorer placerade i processkärlet för att utföra mätningar på plats.

Övervakning online

Onlinesensorer placeras på en sidoström av processen och mäts kontinuerligt.

Eftersom de är byggda på en bypass kommer det att finnas en fördröjning i den rapporterade mätningen jämfört med in-line.

PAT för vattenkvalitet

Inom biotekniken är vatten en multifunktionell resurs.

Det används som råmaterial, lösningsmedel, ingrediens, reagens och rengöringsmedel, och det produceras i olika "rena" former.

Det stora utbudet av vattenkvaliteter och vattensystem innebär att deras produktion blir en alltmer specialiserad process och kräver mycket tillförlitlig instrumentering.

Onlinemätning av totalt organiskt kol (TOC),oxidationsreduktionspotential (ORP) och konduktivitet är avgörande för kontinuerlig och tillförlitlig vattenkvalitetssäkring.

Att ha exakta mängder näringsämnen i mediet är en förutsättning för att cellerna ska kunna växa och uttrycka produkter optimalt.

När forskare utvecklar ett medium testar de vanligtvis flera kombinationer av aminosyror, glukos och joner, samt andra kosttillskott som serumextrakt, vävnadsextrakt eller hydrolysat, tillväxtfaktorer, hormoner, bärarproteiner som albumin och transferrin, lipider, metaller, vitaminer, polyaminer och reduktionsmedel.

Antalet möjliga kombinationer är nästan oändligt, och de olika ingredienserna interagerar ofta med varandra.

Medieoptimering kräver mycket ansträngning, tid och kostnader. Ett optimalt odlingsmedium kan inte utformas genom att helt enkelt prova godtyckliga kombinationer av ingredienser slumpmässigt.

Medieoptimering och förberedelse uppfattas som enkla operationer; Viktiga parametrar som temperatur, blandningstid och pH kan dock påverka mediet avsevärt och kan upprätthålla cellmetabolismens konsistens och prestanda.

PAT är ofta nödvändigt för att utveckla en robust process.

Med ReactIR och ReactRaman kan du kvantifiera koncentrationen av de kritiska komponenterna in-line under medieberedning och övervaka viktiga ingredienser under upplösning och under varierande pH - och temperaturförhållanden .

Dessa resultat kan valideras offline med hjälp av HPLC- eller UV-Vis-spektrometri.

Med In-line partikelanalys kan du övervaka hastigheten och graden av förändring av partikelantal och storlek på torrpulver- och medieupplösningar, medan du med EasyMax har en enkel och robust processutvecklingsplattform tillgänglig där du kan kontrollera och exakt dokumentera påverkan av processparametrar som pH, dosering, konduktivitet, oxidationsreduktionspotential (ORP) eller upplöst syre på ditt nya medium.

pH är en av de mest kritiska parametrarna för odlade celler och måste kontrolleras noggrant för att upprätthålla celltillväxten.

InLab® Max Pro ISM pH-elektroder är idealiska för att mäta pH vid beredning och optimering av cellodling och fermenteringsmedier.

För större skalor eller in-line-övervakning säkerställer InPro pH- och ORP-elektroderna säkra och reproducerbara mätningar under medieberedningen, medan konduktivitetssonder med hög räckvidd indikerar fullständig upplösning av ingredienserna. På plattformar för engångsbruk levererar InSUS-sensorerna denna inline-övervakning lika tillförlitligt.

METTLER TOLEDO:s tillverkningsguide nedan förklarar biofarmaceutisk tillverkning i kommersiell skala och täcker analysens och vägningens roll för att förstå viktiga parametrar i processteg uppströms och nedströms.

Guide för biofarmaceutisk tillverkning

I Biopharmaceutical Manufacturing Guide diskuteras vikten av analys och vägning i samband med:

Förberedelse av media och buffert
Processutveckling, karakterisering och uppskalningsstudier
Kommersiell fermentering och cellodling
Separering, skörd och klarning
Rening och biokonjugering
Formulering, fyllning och finish

PAT i uppströmsbearbetning (USP)

De viktigaste variablerna som påverkar en bioprocess är temperatur, pH, upplöst syre (DO), koldioxid, biomassa, glukos och laktat och andra metaboliter.

Var och en av dessa variabler spelar en avgörande roll i bioreaktorn för att optimera den cellbaserade produktionen av stora molekyler, polymerer, oligomerer och små molekyler.

In-line-sensorer i InPro-familjen (återanvändbart format, värmesteriliserbart) och InSUS-familjen (engångsformat, steriliserbart för bestrålning) är utformade för tillförlitliga och exakta mätningar i dessa applikationer.

Även om inline-övervakning av temperatur, pH, ORP, DO och CO2 i bioreaktorn har varit en industristandard i flera år, måste den direkta mätningen av celldensitet och livskraft med hjälp av sonder fortfarande förbättras.

Även om det finns lösningar för mikrobiell fermentering, görs cellviabilitetsmätning för cellkulturer fortfarande huvudsakligen genom provtagning och räkning.

Vanliga analytiska metoder för att undersöka mediets näringsprofil involverar offline-metoder som kromatografieller enzymatiska kvantifieringsanalyser, medan det nu också finns inline-sensorer för glukos och laktat för engångsbruk baserade på de senare teknikerna.

Forskningen håller dock på att utveckla metoder för att mäta glukos och metaboliter in-line med hjälp av Raman-spektroskopi eller andra infraröda spektroskopitekniker som Fourier transform infraröd (FTIR) spektroskopi.

Dessa sensorer är värdefulla eftersom de kan användas kontinuerligt och inte har några kemiska interaktioner med analyterna.

Exakt analys, övervakning och kontroll för att optimera bioprocessverksamheten säkerställer optimal cellviabilitet, en konsekventstrategi för syre- och näringstillförsel och konsekvent produktivitet från processutveckling till full tillverkningsskala.

PAT i nedströmsbearbetning (DSP)

De viktigaste målen med nedströmsbearbetning (DSP) är att återvinna slutprodukten och minska föroreningarna till en nivå som är accepterad och uppfyller de lagstadgade kvalitetskriterierna.

Om möjligt bör föroreningar övervakas efter varje bearbetningssteg eller enhetsoperation nedströms, eller åtminstone efter de steg som syftar till att minska specifika föroreningar.

Med in-line- eller onlineövervakning som tillämpas vid varje kritiskt steg i nedströmsbearbetningen skulle PAT ha en verklig inverkan på bioprocesserna så att föroreningar kan övervakas snabbt och det kommer att finnas tid att korrekt justera DSP-steget i fråga innan nästa bearbetningssteg startar.

Mätningar med FTIR-, UV-Vis- och Raman-spektrometri , såväl som in-line-mätningar av tryck, flöde, pH, konduktivitet och turbiditet , kan ersätta konventionella offlineanalyser och hjälpa till att övervaka bearbetningssteg nedströms såsom skörd, centrifugering och filtrering, primär avskiljning, buffertutbyte, uppkoncentration, rening, biokonjugering och formulering.

Tryck- och flödessensorer, styrsystem och programvara för mätning, övervakning och insamling av data säkerställer också effektivitet i nedströmsprocesser.

METTLER TOLEDO:s lösningar för bioprocesser

Analyssensorer för bioreaktorer

Dynochem Biologics

Fit-for-purpose simulation software to support bioprocessing upstream and downstream unit operations...

Mantlade reaktorer och in situ-analys

Partikeldefinition, reaktionsanalys, reaktionskalorimetrar, laboratoriereaktorer, analys av partikel...

CytoDirect automatiserad cellräkning används i biolabbet under huven

Cellanalys

METTLER TOLEDO erbjuder nu CytoDirect, en automatiserad färgfri cellräknare som säkerställer ett kon...

Industrivågar och system

Bänkvågar, flyttbara vågar, golvvågar, räkne- och blandarvågar, terminaler, vägningsmoduler, lastcel...

Användbar dokumentation. Guide för biofarmaceutisk tillverkning

Biofarmaceutisk tillverkning i kommersiell skala kräver förmågan att se, förstå och fatta snabba beslut om kritiska processparametrar . Den här guiden beskriver analysens och vägningens roll för att förstå dessa parametrar i uppströms och nedströms processteg.

Den här guiden diskuterar hur rätt verktyg för att övervaka och förstå din biologiska process, från processutveckling till fullskalig tillverkning, hjälper till att optimera produktiviteten samtidigt som tiden till marknaden minimeras.

I Biopharmaceutical Manufacturing Guide diskuteras vikten av analys och vägning i samband med:

Förberedelse av media och buffert
Processutveckling, karakterisering och uppskalningsstudier
Kommersiell fermentering och cellodling
Separering, skörd och klarning
Rening och biokonjugering
Formulering, fyllning och finish

Kalibrering, kvalificering och underhåll för dina lösningar

METTLER TOLEDO-service är din one-stop-shop för alla dina behov av balansservice, vågservice och inspektionsutrustning. Från installation och initial kalibrering till förebyggande underhåll och uppgraderingar i rätt tid ser vi till att din verksamhet fungerar smidigt och effektivt.

Uppnå och upprätthålla efterlevnad genom konsekventa procedurer och följ lokala och globala regler och standarder, till exempel:

ISO 17025

EURAMET

USP, GLP and GMP

NIST Handbook 44 and OIML

Measuring Instruments Directive (MID)

Säkerställ en perfekt start och kontinuerlig, bekymmersfri användning med omedelbara och långsiktiga fördelar:

Assurance that the equipment is fit for use

Cost-savings through manufacturer's qualification services

Confidence that the equipment meets process requirements

Identification of needed calibration and maintenance

Planera ditt periodiska underhåll i förväg så att du kan lita på att din utrustning uppnår:

Consistent, accurate results

Safe and reliable operation

Optimal performance possible

A longer equipment lifespan, resulting in a higher ROI

Sökförslag

Processanalytisk teknologi (PAT) för bioprocesser

Förbättra kvaliteten genom exakt processanalys och processoptimering

PAT-ramverket