Zastosowanie PAT (Process Analysis Technologies) jest szczególnie zalecane do hodowli wrażliwych organizmów, dzięki któremu procesy biotechnologiczne mogą być lepiej opracowane, analizowane i kontrolowane. Zasada opiera się na głębokim zrozumieniu nauki i technologii, a także na identyfikacji zmiennych, które wpływają na jakość i ilość docelowych molekuł. Celem jest monitorowanie atrybutów jakości i parametrów procesu z ciągłym pomiarem, a tym samym zapewnienie jakości produktu końcowego.

Wykrywanie krytycznych atrybutów jakości i parametrów procesu

Zrozumienie procesu jest ważniejsze niż sam produkt. Wyjaśnienie tego jest proste: jakość produktu końcowego jest zabezpieczona, jeśli proces jest zrozumiały. Identyfikowane są tu krytyczne atrybuty jakości i parametry procesu, które mogą się różnić w zależności od kultury lub molekuły docelowej. W ten sposób ustalone optymalne warunki procesu można odpowiednio ustawić i monitorować w określonych granicach. Jest to ważny element sukcesu komercyjnego w dziedzinie upstream, w której następuje stopniowa reprodukcja komórek, drożdży i bakterii. Krytyczne parametry procesu, takie jak wartość pH, rozpuszczony tlen, ale także reprodukcja komórek, powinien być określany w sposób ciągły, online.

Monitorowanie wartości pH, rozpuszczonego tlenu i reprodukcji komórek

Komórki różnego pochodzenia charakteryzują się różnymi, optymalnymi wartościami pH. Wartość pH komórek zwierzęcych wynosi przeważnie między 6,8 a 7,4, podczas gdy wartość pH komórek owadzich jest zazwyczaj niższa i wynosi około 6,3. Wartość pH inna niż optymalna może wpływać na wzrost komórek i wydajność pożądanej molekuły docelowej. Z tego powodu stosowanie czujników pH podczas tworzenia pożywki hodowlanej i podczas samej kultury jest obecnie standardem. Czujniki pH z rodziny EasyFerm BIO są kompatybilne ze wszystkimi popularnymi sterownikami i systemami kontroli procesu. Rodzina EasyFerm BIO jest szczególnie odpowiednia do wszystkich etapów procesu wstępnego, ze względu na ich solidną konstrukcję, wysoką dokładność pomiaru i powtarzalność. Innym ważnym parametrem procesu jest stężenie rozpuszczonego tlenu. Pożądane nasycenie rozpuszczonym tlenem można łatwo monitorować za pomocą optycznego czujnika tlenu VisiFerm DO. Optyczny czujnik rozpuszczonego tlenu nie wymaga polaryzacji ani uzupełniania elektrolitu, w przeciwieństwie do tradycyjnych rozwiązań. Nie ma również wpływu na organizmy, spowodowanego metabolizmem produktu ubocznego CO2 z powodu zmienionych wartości pH elektrolitów. Istotne warunki dla wzrostu komórek są zapewnione dzięki optymalnej wartości pH i idealnej saturacji rozpuszczonym tlenem. To, czy rzeczywiście to nastąpi, można śledzić za pomocą pomiaru in situ ilości żywych komórek. Czujnik Incyte mierzy przenikalność, w której tylko podatne komórki są spolaryzowane w zmiennym polu elektrycznym. Zwiększająca się przenikalność koreluje z rosnącą liczbą komórek tak, że ponowne obliczenie jest możliwe po wcześniej przygotowanej krzywej kalibracji zależnej od typu komórki. Wnioski dotyczące zaopatrzenia komórek w składniki odżywcze i późniejszą wydajność molekuły docelowej można wyciągnąć za pomocą pomiaru ciągłej przenikalności.

Bardzo ważny jest pomiar przewodności

Jakość wody wykorzystywanej w procesie upstream jest bardzo ważna. Dotyczy to wody używanej do produkcji pożywek hodowlanych, a także wody używanej do czyszczenia i płukania. Zasadnicze znaczenie ma zgodność z surowymi wymogami dla wody UPW, zdefiniowanymi przez farmakopeę. Jednym z najważniejszych parametrów jest pomiar przewodności. Czujnik przewodności Conducell UPW (Ultra-Pure Water) niezawodnie mierzy niskie przewodności i spełnia wymagania farmakopei. Funkcjonalność opiera się na pomiarze rezystancji elektrycznej medium za pomocą czujnika 2-polowego. Zgodnie z wymaganiami wspomnianych farmakopei, ostrzeżenia można podawać przy zwiększonej przewodności tak, aby można było podjąć środki naprawcze.

Kalibracja czujnika w określonych warunkach

Wszystkie wymienione typy czujników są dostępne w wersji Arc. Oznacza to, że kalibracja off-line w określonych warunkach może być przeprowadzona w laboratorium, ponieważ mikroprzetwornik w głowicy czujnika zapisuje wszystkie dane kalibracji. Pomiary oraz informacje o czujniku mogą być przesyłane do urządzenia mobilnego dzięki dodatkowemu adapterowi bluetooth. Wersja Arc pozwala w ten sposób dostosować konfigurację czujnika i kalibrację na miejscu oraz określić, a jeśli to konieczne, usunąć przyczynę w przypadku awarii. Solidny sygnał, opcjonalnie 4-20 mA lub Modbus, a tym samym płynne i bezproblemowe procesy, to kolejne cechy technologii ARC. Obecnie wszystkie czujniki Hamilton są dostępne w technologii ARC, co pozwala na nieprzerwane pomiary wszystkich krytycznych parametrów: pH, DO oraz żywych komórek.

Autor:
Łukasz Klimczak,
Hamilton Bonaduz AG

---------------------------------

Artykuł pochodzi z najnowszego wydania kwartalnika Biotechnologia.pl nr 2-3/2019.
Cały kwartalnik dostępny jest TUTAJ