6
【在線拉曼應用案例】如何實時監測和維持葡萄糖濃度？
過程分析技術(PAT)幫助制造商對過程進行實時檢測和控制掌控產品的關鍵質量屬性(CQA)。加強對關鍵工藝參數(CPP)的控制可優化質量，同時降低產品開發和制造的成本、縮短時間。使用PAT可實時檢測這些CPP，在某些情況下還可實時檢測CQA，從而獲得必要的實時過程信息，并能夠創建質量源于設計（QBD）的工作流。
近年來，過程拉曼光譜儀作為一種可實時監測和控制關鍵生物工藝參數的PAT工具得到了越來越廣泛的應用，這些參數是成功生產治療藥物的關鍵。成功生產意味著具備較高的過程效率、優質且始終如一的產品質量，以及最低的生產成本。在生物制藥生產過程中使用PAT工具持續受到廣泛關注，因為這樣可以在保證藥物質量的前提下快速開發藥物。
對復雜、多變量和單變量的儀器數據進行解讀，并根據這些信息預測關鍵工藝參數，在必要時通過調整來優化工藝結果。通過分析結果，可以預測最終材料的質量，并了解改變CPP會對工藝和產品產生的影響。反過來，通過進行實時質量預測實驗，可以建立CPP和CQA之間的關系，從而真正理解過程。掌握了這些知識，我們就可以“實現閉環”，利用這些質量預測對過程進行控制。
將連續監測納入生物工藝并應用分析數據，對于了解過程和積極應對挑戰來說至關重要。其中一個關鍵挑戰，是對影響生物產品穩定性、免疫原性、安全性和有效性的關鍵質量屬性（如糖基化）進行在線監測。維持生物反應器中葡萄糖濃度的穩定，對確保產品糖基化的一致性和提高產品產量來說至關重要。人工取樣和補料成本高、效率低，而且每次使用無菌系統時都會增加污染風險，而使用在線連續監測和控制可以減少生物反應器的人工取樣和補料操作，從而降低污染風險和提高效率。
本應用文檔介紹了如何使用MarqMetrix AIO過程拉曼分析儀和Lykos PAT拉曼軟件來監測生物反應器中的葡萄糖濃度，結果實時傳輸到TruBio 6.0控制軟件并啟動自動補料功能，以保持所需的濃度。Lykos和TruBio 6.0控制軟件通過OPC-UA進行通信。該系統結合了靈敏的過程拉曼分析儀和已形成的復雜反饋回路，可對關鍵參數進行實時監測，保持穩定的葡萄糖濃度。在該系統的幫助下，操作人員無需進行手動取樣和補料，從而減少了細胞受到污染的風險。
使用MarqMetrix AIO過程拉曼分析儀進行實時檢測，將MarqMetrix AIO過程拉曼分析儀的生物反應器探頭直接浸入生物反應器中。探頭將激光從拉曼光譜儀引入到反應器并收集拉曼散射信號回傳到拉曼光譜儀。通過設置合適的激光功率和積分時間積分次數獲得高質量的拉曼光譜，單次測量時間可從幾秒到分鐘級并可連續自動采集，光譜儀內置模型自動講光譜信息轉換為需要監控的分析對象的含量實時展現。MarqMetrix AIO過程拉曼分析儀和離線儀器分析結果之間由時間相匹配，從而使得在線和離線結果保持一致。實時測量數據傳輸至TruBio 6.0，TruBio6.0根據檢測結果自動調整泵速。
MarqMetrix™ All-in-One 在線拉曼分析儀
在上述實驗中，過程數據由Lykos PAT軟件監測，并通過OPC-UA協議與TruBio生物工藝控制軟件輕松集成。控制回路顯示葡萄糖濃度非常穩定，同時MarqMetrix AIO過程拉曼分析儀的監測結果也非常準確。一般情況下，操作人員必須對生物反應器進行頻繁取樣，以便進行離線分析，而本文所講述的自動化過程大大減少了操作人員的干預。在線監測及自動化控制的實現大大降低了因人員失誤等偏差而導致的污染和批次不合格風險。
我們在本應用文檔中提出了一種利用自動反饋控制回路的細胞培養策略，并以可重復的方式確保最高產率。通過Thermo Fisher Scientific的MarqMetrix AIO過程拉曼分析儀搭配Lykos PAT拉曼軟件的實時過程監控，以及TruBio6.0生物工藝控制軟件的反饋控制，我們展示了PAT在實際工作中的應用，以及實現質量源于設計工藝開發的能力。