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【在線拉曼應(yīng)用案例】如何實時監(jiān)測和維持葡萄糖濃度？
過程分析技術(shù)(PAT)幫助制造商對過程進行實時檢測和控制掌控產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量屬性(CQA)。加強對關(guān)鍵工藝參數(shù)(CPP)的控制可優(yōu)化質(zhì)量，同時降低產(chǎn)品開發(fā)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(chuàng)建質(zhì)量源于設(shè)計（QBD）的工作流。
近年來，過程拉曼光譜儀作為一種可實時監(jiān)測和控制關(guān)鍵生物工藝參數(shù)的PAT工具得到了越來越廣泛的應(yīng)用，這些參數(shù)是成功生產(chǎn)治療藥物的關(guān)鍵。成功生產(chǎn)意味著具備較高的過程效率、優(yōu)質(zhì)且始終如一的產(chǎn)品質(zhì)量，以及最低的生產(chǎn)成本。在生物制藥生產(chǎn)過程中使用PAT工具持續(xù)受到廣泛關(guān)注，因為這樣可以在保證藥物質(zhì)量的前提下快速開發(fā)藥物。
對復(fù)雜、多變量和單變量的儀器數(shù)據(jù)進行解讀，并根據(jù)這些信息預(yù)測關(guān)鍵工藝參數(shù)，在必要時通過調(diào)整來優(yōu)化工藝結(jié)果。通過分析結(jié)果，可以預(yù)測最終材料的質(zhì)量，并了解改變CPP會對工藝和產(chǎn)品產(chǎn)生的影響。反過來，通過進行實時質(zhì)量預(yù)測實驗，可以建立CPP和CQA之間的關(guān)系，從而真正理解過程。掌握了這些知識，我們就可以“實現(xiàn)閉環(huán)”，利用這些質(zhì)量預(yù)測對過程進行控制。
將連續(xù)監(jiān)測納入生物工藝并應(yīng)用分析數(shù)據(jù)，對于了解過程和積極應(yīng)對挑戰(zhàn)來說至關(guān)重要。其中一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)，是對影響生物產(chǎn)品穩(wěn)定性、免疫原性、安全性和有效性的關(guān)鍵質(zhì)量屬性（如糖基化）進行在線監(jiān)測。維持生物反應(yīng)器中葡萄糖濃度的穩(wěn)定，對確保產(chǎn)品糖基化的一致性和提高產(chǎn)品產(chǎn)量來說至關(guān)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(tǒng)時都會增加污染風(fēng)險，而使用在線連續(xù)監(jiān)測和控制可以減少生物反應(yīng)器的人工取樣和補料操作，從而降低污染風(fēng)險和提高效率。
本應(yīng)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(jiān)測生物反應(yīng)器中的葡萄糖濃度，結(jié)果實時傳輸?shù)絋ruBio 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(tǒng)結(jié)合了靈敏的過程拉曼分析儀和已形成的復(fù)雜反饋回路，可對關(guān)鍵參數(shù)進行實時監(jiān)測，保持穩(wěn)定的葡萄糖濃度。在該系統(tǒng)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(xì)胞受到污染的風(fēng)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(yīng)器探頭直接浸入生物反應(yīng)器中。探頭將激光從拉曼光譜儀引入到反應(yīng)器并收集拉曼散射信號回傳到拉曼光譜儀。通過設(shè)置合適的激光功率和積分時間積分次數(shù)獲得高質(zhì)量的拉曼光譜，單次測量時間可從幾秒到分鐘級并可連續(xù)自動采集，光譜儀內(nèi)置模型自動講光譜信息轉(zhuǎn)換為需要監(jiān)控的分析對象的含量實時展現(xiàn)。MarqMetrix AIO過程拉曼分析儀和離線儀器分析結(jié)果之間由時間相匹配，從而使得在線和離線結(jié)果保持一致。實時測量數(shù)據(jù)傳輸至TruBio 6.0，TruBio6.0根據(jù)檢測結(jié)果自動調(diào)整泵速。
MarqMetrix™ All-in-One 在線拉曼分析儀
在上述實驗中，過程數(shù)據(jù)由Lykos PAT軟件監(jiān)測，并通過OPC-UA協(xié)議與TruBio生物工藝控制軟件輕松集成?？刂苹芈凤@示葡萄糖濃度非常穩(wěn)定，同時MarqMetrix AIO過程拉曼分析儀的監(jiān)測結(jié)果也非常準(zhǔn)確。一般情況下，操作人員必須對生物反應(yīng)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(yù)。在線監(jiān)測及自動化控制的實現(xiàn)大大降低了因人員失誤等偏差而導(dǎo)致的污染和批次不合格風(fēng)險。
我們在本應(yīng)用文檔中提出了一種利用自動反饋控制回路的細(xì)胞培養(yǎng)策略，并以可重復(fù)的方式確保最高產(chǎn)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(jiān)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(yīng)用，以及實現(xiàn)質(zhì)量源于設(shè)計工藝開發(fā)的能力。