Procesanalytisk teknologi (PAT) til bioprocesser

Forbedring af kvaliteten gennem præcis procesanalyse og procesoptimering

Analysemetoder anvendes næsten universelt på tværs af bioprocesapplikationer såsom biofarmaceutisk udvikling, enzym- eller aminosyreproduktion og andre applikationer, hvor konsekvent overvågning og kontrol af produktkvalitet er afgørende.

Konventionelt indsamlede forskere prøver i slutningen af hver batch og analyserede dem i et kvalitetskontrollaboratorium (QC), væk fra processen, før de besluttede sig for produktets accept, afvisning eller genbehandling.

Præcis procesanalyse og procesoptimering

Med FDA's introduktion af PAT-rammen (Process Analytical Technology) i 2004 udvikler procesanalytiske værktøjer sig konstant.

Bioprocesindustrien bevæger sig mod at anvende procesanalyse til at analysere råmaterialer og slutprodukter og til at overvåge og kontrollere bioprocesserne.

Præcise analyser, overvågning og kontrol for at optimere bioprocesoperationer sikrer ideel cellelevedygtighed, ilt-, kuldioxid- og næringsstoffodringsstrategier, korrigerende handlinger og ensartet produktivitet fra procesudvikling til fuld produktionsskala.

Med over 60 års erfaring som førende inden for procesanalyse og laboratorieinstrumenter forstår METTLER TOLEDO, at pålidelig instrumentering er afgørende for pålidelig bioprocesovervågning, hvilket fører til maksimering af udbytte og produktivitetsrater.

PAT-rammen

Ideen bag PAT-rammen er, at en velforstået proces fører til en foruddefineret slutproduktkvalitet , der reducerer lovgivningsmæssige bekymringer og øger proceseffektiviteten på mindst mulig tid med de laveste driftsomkostninger.

Med PAT er kvalitet indbygget i procesdesignet og testes ikke i produkterne. Sådan åbner PAT døren for Quality by Design (QbD)-strategier og baner vejen for lean manufacturing-principper.

Forskere identificerer og forklarer kilderne til variabilitet, processen styrer variabiliteten, og forskerne kan nøjagtigt og pålideligt forudsige produktkvaliteten over designområdet, kritiske procesparametre (CPP'er) og fremstillingsforhold.

Når bioforskere bruger analytiske metoder til at udvikle biofarmaceutiske produkter eller producere enzymer og aminosyrer, skal de også sikre, at forholdene overvåges konsekvent, så produkterne lever op til strenge regulatoriske krav til, at de endelige molekyler arver vitale egenskaber som renhed, identitet, sikkerhed og styrke.

Forståelse af PAT-rammen

For at forstå vigtigheden af PAT i bioteknologi er det først vigtigt at forstå de eksisterende typer analytiske processer:

Offline overvågning

Offline-målinger kræver indsamling af en prøve, som tages med til et laboratorium for at blive analyseret.

At-Line målinger

At-line-målinger er ved siden af processen, men er ikke direkte integreret. Prøven skal aktivt fjernes og leveres til analysemetoden.

In-line analyse

In-Line-analyse bruger sensorer, der er placeret i procesbeholderen, til at udføre in situ-målinger.

Online overvågning

Online-sensorer placeres på en sidestrøm af processen og måles kontinuerligt.

Da de er bygget på en bypass, vil der være en forsinkelse i den rapporterede måling i forhold til in-line.

PAT for vandkvalitet

Inden for bioteknologi er vand en multifunktionel ressource.

Det bruges som råmateriale, opløsningsmiddel, ingrediens, reagens og rengøringsmiddel, og det produceres i forskellige "rene" former.

Den store variation af vandkvaliteter og vandsystemer betyder, at deres produktion bliver en stadig mere specialiseret proces og kræver meget pålidelig instrumentering.

Onlinemåling af totalt organisk kulstof (TOC),oxidationsreduktionspotentiale (ORP) og ledningsevne er afgørende for kontinuerlig og pålidelig vandkvalitetssikring.

At have præcise mængder af næringsstoffer i mediet er en forudsætning for, at cellerne kan vokse og udtrykke produkter optimalt.

Når forskerne udvikler et medium, tester de typisk flere kombinationer af aminosyrer, glukose og ioner samt andre kosttilskud såsom serumekstrakter, vævsekstrakter eller hydrolysater, vækstfaktorer, hormoner, bæreproteiner som albumin og transferrin, lipider, metaller, vitaminer, polyaminer og reduktionsmidler.

Antallet af mulige kombinationer er næsten uendeligt, og de forskellige ingredienser interagerer ofte med hinanden.

Medieoptimering kræver en masse kræfter, tid og omkostninger. Et optimalt vækstmedium kan ikke designes ved blot at prøve vilkårlige kombinationer af ingredienser tilfældigt.

Medieoptimering og -forberedelse opfattes som simple operationer; nøgleparametre som temperatur, blandingstid og pH kan dog påvirke medierne betydeligt og kan opretholde cellernes metabolismekonsistens og ydeevne.

PAT er ofte nødvendigt for at udvikle en robust proces.

Med ReactIR og ReactRaman kan du kvantificere koncentrationen af de kritiske komponenter under medieforberedelse og overvåge nøgleingredienser under opløsning og under varierende pH- og temperaturforhold .

Disse resultater kan valideres offline ved hjælp af HPLC- eller UV-Vis-spektrometri.

Med In-line partikelanalyse kan du overvåge hastigheden og graden af ændring i partikelantal og størrelse af tørpulver- og medieopløsninger, mens du med EasyMax har en enkel og robust procesudviklingsplatform til rådighed, hvor du kan kontrollere og præcist dokumentere påvirkningen af procesparametre som f.eks . pH, dosering, ledningsevne, oxidationsreduktionspotentiale (ORP) eller opløst ilt på dine nye medier.

pH er en af de mest kritiske parametre for dyrkede celler og skal kontrolleres omhyggeligt for at opretholde cellevækst.

InLab® Max Pro ISM pH-elektroderne er ideelle til måling af pH, mens de forbereder og optimerer cellekultur- og fermenteringsmedier.

Til større vægte eller in-line-overvågning sikrer InPro pH- og ORP-elektroderne sikre og reproducerbare målinger under medieforberedelse, mens højspektrie ledningsevnesonder indikerer fuldstændig opløsning af ingredienserne. På engangsplatforme leverer InSUS-sensorerne disse inline-overvågning lige så pålideligt.

METTLER TOLEDOs produktionsvejledning nedenfor forklarer biofarmaceutisk produktion i kommerciel skala og dækker den rolle, som analyse og vejning spiller i forståelsen af vigtige parametre i upstream- og downstream-procestrin.

Vejledning til biofarmaceutisk fremstilling

Vejledningen til biofarmaceutisk fremstilling diskuterer vigtigheden af analyse og vejning i forbindelse med:

Forberedelse af medier og buffere
Procesudvikling, karakterisering og opskaleringsstudier
Kommerciel fermentering og cellekulturvirksomhed
Adskillelse, høst og afklaring
Oprensning og biokonjugering
Formulering, fyldning og efterbehandling

PAT i opstrømsbehandling (USP)

De vigtigste variabler, der påvirker en bioproces, er temperatur, pH, opløst ilt (DO), kuldioxid, biomasse, glukose og laktat og andre metabolitter.

Hver af disse variabler spiller en afgørende rolle i bioreaktoren i optimering af den cellebaserede produktion af store molekyler, polymerer, oligomerer og små molekyler.

In-line-sensorer i InPro-serien (genanvendeligt format, varmesteriliserbart) og InSUS-familien (engangsformat, bestrålingssteriliserbart) er designet til pålidelige og nøjagtige målinger i disse applikationer.

Mens in-line overvågning af temperatur, pH, ORP, DO og CO2 i bioreaktoren har været en industristandard i årevis, skal den direkte måling af celletæthed og levedygtighed ved hjælp af sonder stadig forbedres.

Selvom der findes løsninger til mikrobiel fermentering, udføres cellelevedygtighedsmåling for cellekulturer stadig hovedsageligt gennem prøveudtagning og optælling.

Almindelige analytiske tilgange til at undersøge mediernes næringsstofprofil involverer offline-metoder såsom kromatografieller enzymatiske kvantificeringsanalyser, mens der nu også er inline-engangsglukose- og laktatsensorer baseret på sidstnævnte teknologier.

Forskningen udvikler dog metoder til at måle glukose og metabolitter in-line ved hjælp af Raman-spektroskopi eller andre infrarøde spektroskopiteknologier såsom Fourier-transform infrarød (FTIR) spektroskopi.

Disse sensorer er værdifulde, da de kan bruges kontinuerligt og ikke har nogen kemiske interaktioner med analytterne.

Præcis analyse, overvågning og kontrol for at optimere bioprocesoperationer sikrer optimal cellelevedygtighed, en ensartet ilt- og næringsstoffodringsstrategi og ensartet produktivitet fra procesudvikling til fuld produktionsskala.

PAT i downstream-behandling (DSP)

De vigtigste mål med downstream-forarbejdning (DSP) er at genvinde det endelige produkt og reducere urenheder til et niveau, der er accepteret og overholder de lovgivningsmæssige kvalitetskriterier.

Hvis det er muligt, bør urenheder overvåges efter hvert downstream-forarbejdningstrin eller hver enhedsoperation eller i det mindste efter de trin, der har til formål at reducere specifikke forurenende stoffer.

Med in-line eller online overvågning anvendt på hvert kritisk trin i downstream-behandlingen, vil PAT have en reel indvirkning på bioprocesser, så urenheder kan overvåges hurtigt, og der vil være tid til rådighed til korrekt justering af det pågældende DSP-trin, før det næste behandlingstrin starter.

Målinger ved hjælp af FTIR-, UV-Vis- og Raman-spektrometri samt tryk-, flow-, pH-, ledningsevne- og turbiditetsmålinger kan erstatte konventionelle offline-analyser og hjælpe med at overvåge downstream-forarbejdningstrin såsom høst, centrifugering og filtrering, primær opsamling, bufferudveksling, opkoncentration, oprensning, biokonjugering og formulering.

Tryk- og flowsensorer, kontrolsystemer og software til måling, overvågning og indsamling af data sikrer også effektivitet i downstream-processer.

METTLER TOLEDOs løsninger til bioprocesser

Analytiske sensorer til bioreaktorer

Dynochem Biologics

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

Reaktor styring og in situ analyse

Partikelkarakterisering, reaktionsanalyse, reaktionskalorimeter, laboratoriereaktorer, analyse af pa...

CytoDirect automatiseret celletælling brugt i biolab under emhætten

Celleanalyse

METTLER TOLEDO tilbyder nu CytoDirect, en automatiseret pletfri celletæller, der sikrer et ensartet...

Industrielle vægte og vejesystemer

Bænkvægte, bærbare vægte, gulvvægte, tælle- og blandevægte, terminaler, vejemoduler, vejeceller, SQC...

Nyttig dokumentation. Vejledning til biofarmaceutisk fremstilling

Biofarmaceutisk produktion i kommerciel skala kræver evnen til at se, forstå og træffe hurtige beslutninger om kritiske procesparametre . Denne vejledning dækker den rolle, som analyse og vejning spiller i forståelsen af disse parametre i upstream- og downstream-procestrin.

Denne vejledning beskriver, hvordan de rigtige værktøjer til at overvåge og forstå din biologiske proces, fra procesudvikling til produktion i fuld skala, hjælper med at optimere produktiviteten og samtidig minimere time-to-market.

Vejledningen til biofarmaceutisk fremstilling diskuterer vigtigheden af analyse og vejning i forbindelse med:

Forberedelse af medier og buffere
Procesudvikling, karakterisering og opskaleringsstudier
Kommerciel fermentering og cellekulturvirksomhed
Adskillelse, høst og afklaring
Oprensning og biokonjugering
Formulering, fyldning og efterbehandling

Kalibrering, kvalificering og vedligeholdelse af dine løsninger

METTLER TOLEDO Service er din one-stop-shop for alle dine behov for vægtservice, vægtservice og inspektionsudstyr. Fra installation og indledende kalibrering til forebyggende vedligeholdelse og rettidige opgraderinger sikrer vi, at din drift kører problemfrit og effektivt.

Opnå og opretholde overholdelse gennem ensartede procedurer og overholde lokale og globale regler og standarder, såsom:

ISO 17025

EURAMET

USP, GLP and GMP

NIST Handbook 44 and OIML

Measuring Instruments Directive (MID)

Sørg for en perfekt start og løbende, bekymringsfri brug med øjeblikkelige og langsigtede fordele:

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

Planlæg din periodiske vedligeholdelse på forhånd, så du har fuld tillid til, at dit udstyr opnår:

Consistent, accurate results

Safe and reliable operation

Optimal performance possible

A longer equipment lifespan, resulting in a higher ROI

Søgeforslag

Procesanalytisk teknologi (PAT) til bioprocesser

Forbedring af kvaliteten gennem præcis procesanalyse og procesoptimering

PAT-rammen