EXNER EXcell 231在線(xiàn)近紅外吸收傳感器---通過(guò)持續監測細胞密度實(shí)現最佳生產(chǎn)結果

細胞培養和微生物在現代制藥和生物技術(shù)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。由于它們對外部影響非常敏感，因此在繁殖過(guò)程中必須精確管理和監測工藝條件。這包括溫度、pH 值或溶解氧等。細胞密度是最重要的過(guò)程特征之一，可以根據培養基的光學(xué)密度來(lái)確定。

當復雜的活性成分無(wú)法通過(guò)化學(xué)合成用于制藥生產(chǎn)時(shí)，就會(huì )使用生物技術(shù)工藝。在這里，例如通過(guò)使用轉基因生物來(lái)生產(chǎn)單克隆抗體或其他重組蛋白。根據后續用途以及所需的翻譯后修飾或蛋白質(zhì)折疊等因素，可以使用細菌、酵母或哺乳動(dòng)物細胞等?；钚猿煞值膹碗s性通常與過(guò)程的復雜性和脆弱性直接相關(guān)。即使是微小的變化也可能對獲得的物質(zhì)的性質(zhì)和有效性產(chǎn)生重大影響。因此，生物制藥工藝屬于活性成分生產(chǎn)中具有挑戰性的工藝之一。

當我們考慮所有必要的生產(chǎn)步驟時(shí)，上游工藝尤其具有特殊的重要性。在這里，細胞的培養及其隨后的繁殖是通過(guò)批量、補料分批或灌注工藝等方式在生物反應器中完成的。為了生產(chǎn)出盡可能多的所需物質(zhì)并達到適當的質(zhì)量，生物反應器中的條件必須進(jìn)行最佳調整。這里最重要的參數包括溫度、pH 值、攪拌速率以及培養基濃度和溶解氧等。

基于光學(xué)密度測定細胞生長(cháng)

光學(xué)密度可以通過(guò)吸收測量等方式來(lái)確定，它是細胞培養成功繁殖的指標。在這里，將一束光引入培養基中，并通過(guò)檢測器來(lái)確定光的損失。這里發(fā)射光的減少與實(shí)際細胞密度直接相關(guān)。由于目標蛋白的體積通常由細胞數量決定，因此它是最重要的過(guò)程特征之一。它用于確定進(jìn)料的時(shí)間、改變碳源、誘導或收獲的時(shí)間。還可以通過(guò)光學(xué)密度計算稀釋率。

為了實(shí)現對大多數細胞來(lái)說(shuō)最佳的吸收并排除顏色影響，通常使用近紅外（NIR）波長(cháng)的傳感器來(lái)測定細胞密度。在這里，所有散射或吸收光的顆粒都會(huì )被檢測到。除了活細胞外，還包括死細胞和細胞碎片。然而，上述類(lèi)型的傳感器已被證明在生長(cháng)階段特別有效，能夠提供可靠的值，因為它可以快速且容易地實(shí)現在線(xiàn)測量。早期檢測可能導致細胞生長(cháng)減少的過(guò)程變化也是光學(xué)密度測量的另一個(gè)優(yōu)勢。

在實(shí)驗室和后續生產(chǎn)過(guò)程中持續監測細胞密度

然而，為了能夠從光學(xué)密度測量的優(yōu)勢中受益，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中必須已經(jīng)建立與其他測量值（如細胞總數和細胞干重）的相關(guān)性。介電光譜法是另一個(gè)例子。通過(guò)這種方法，可以確定介電常數，也稱(chēng)為介電電導率或介電函數。由于活細胞具有儲存電荷的能力，介電常數的變化可以推斷出有缺陷或死亡的細胞。因此，與光學(xué)密度測量相比，介電光譜法提供了關(guān)于活細胞數量的信息。

在許多開(kāi)發(fā)實(shí)驗室中，以及在一定程度上在下游生產(chǎn)過(guò)程中，光學(xué)密度通常只是“離線(xiàn)"測定，以便得出關(guān)于過(guò)程進(jìn)展或細胞生長(cháng)的結論。這意味著(zhù)員工必須在規定的時(shí)間手動(dòng)取樣以進(jìn)行分析。在這些時(shí)間間隔之間，或者如果沒(méi)有員工在場(chǎng)（例如夜間），由于沒(méi)有進(jìn)行過(guò)程監測，可能會(huì )丟失有價(jià)值的數據。此外，由于從過(guò)程中取出并在生物反應器外進(jìn)行分析，也無(wú)法排除樣本可能受到污染的可能性。

對所有關(guān)鍵和質(zhì)量相關(guān)參數的持續且不間斷的監測和控制是生物過(guò)程開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵要素。只有通過(guò)正確調整這些參數，才能創(chuàng )造出細胞能夠最佳生長(cháng)的環(huán)境。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量和過(guò)程性能，越來(lái)越多地使用允許持續原位監測和記錄所有必要數據的傳感器和測量?jì)x器，這些儀器也可以用于后續生產(chǎn)過(guò)程。因此，可重復性顯著(zhù)提高，過(guò)程產(chǎn)量也有所增加。如果使用相同的傳感器和測量?jì)x器，那么在實(shí)驗室中使用的測量技術(shù)與安裝在過(guò)程中的測量技術(shù)之間繁瑣的相關(guān)性就可以避免。

用于測定細胞密度的測量探頭的要求

由于生物制藥工藝是非常具有挑戰性的工藝，對外部影響非常敏感，因此組件（例如生物反應器、攪拌器和測量探頭）的高質(zhì)量至關(guān)重要。除了所選材料（通常是不銹鋼）之外，相關(guān)表面（在不銹鋼的情況下，其粗糙度深度非常低，并且通常經(jīng)過(guò)電拋光）也是關(guān)鍵因素。

通過(guò)盡可能無(wú)間隙的設計來(lái)有效防止培養基受到污染，從而減少死空間。所有由設計所需的凹陷和倒角，特別是那些與培養基接觸的區域，也應易于清潔。如今，用于測量的儀器通常是 CIP/SIP 兼容的，并且可以進(jìn)行高壓滅菌。

通過(guò)持續檢測和記錄吸收值，測量探頭提供了最新的細胞生長(cháng)監測。也不需要進(jìn)行樣本制備，例如稀釋樣本。因此可以避免數據提供過(guò)程中的錯誤。在過(guò)程中，測量探頭不需要重新校準，并且提供無(wú)漂移的信號。收集的數據易于解釋?zhuān)虼瞬恍枰魏翁厥馓幚?。然而，無(wú)法建立與通過(guò)傳統方法（如細胞干重或細胞計數）收集的測量值的相關(guān)性。由于上述設計，探頭可以輕松地與生物反應器一起安裝和驗證。