A Guide to Improving Biotech Processes with Mass Spectrometry Gas Analysis

Význam tématu

- Různé biotechnologické procesy (fermentace, kultivace savčích buněk i farmaceutické sušení) vyžadují spolehlivý monitoring kvality a výtěžnosti.
- Analýza plynných výměn off-gas poskytuje nepřímé, neinvazivní a kontinuální informace o stavu buněk, metabolismu a sušení API, což vede ke zvýšení kvality a snížení nákladů.

Cíle a přehled studie

- Představit přínosy programu Process Analytical Technology (PAT) založeného na procesní hmotnostní spektrometrii pro online a in-line monitorování kritických parametrů.
- Ukázat aplikace v biotechnologii (fermentace, kultivace savčích buněk) a ve farmaceutické výrobě (sušení API, in-process kontrola).
- Zdůraznit spolehlivost a přesnost dat i při vícebodovém vzorkování.

Použitá metodika a instrumentace

- Princip měření: ionizace plynné směsi (N2, O2, CO2, VOC) ve zdroji, separace iontů v magnetickém poli a detekce v jednom detektoru.
- Scanning magnetic sector technology zajišťuje vysokou přesnost, stabilitu, dlouhé intervaly mezi kalibracemi a odolnost vůči kontaminaci.
- Rapid Multi-Stream (RMS) pro výběr až 64 samplovacích bodů, opticky kódované řízení rotujícího ramene a digitální průtokový senzor.
- Zařízení: Thermo Scientific Prima BT (laboratorní) a Prima PRO (průmyslová) s rozhraním GasWorks®, softwarově 21 CFR Part 11 kompatibilní.

Hlavní výsledky a diskuse

- Kontinuální sledování OUR (oxygen uptake rate), CER (CO2 evolution rate) a RQ (respiratory quotient) umožňuje přesné stanovení růstové kinetiky a optimálního bodu ukončení fermentace či kultivace.
- Monitorování sušení solventů v reálném čase vede k výraznému zkrácení doby sušení a zajištění konzistentní kvality API.
- Nezávislá validace lineární odezvy a přesnosti přístroje Prima PRO organizací EffecTech potvrdila výjimečnou linearitu a robustnost měření.

Přínosy a praktické využití metody

• Zrychlení rozhodovacích procesů díky okamžitém datům z více bodů.
• Snížení nadměrného zpracování a množství odpadu.
• Zvýšení kvality a výtěžnosti finálních produktů.
• Centrální monitoring více fermentorů, bioreaktorů či sušáren jedním přístrojem.

Budoucí trendy a možnosti využití

- Propojení s automatizačními systémy (SCADA, DCS) pro plně integrované řízení procesů.
- Rozšíření analýzy na další organické sloučeniny a metabolity.
- Aplikace strojového učení pro prediktivní údržbu a optimalizaci operací.
- Adaptace single-use technologií na průmyslové měřítko a eliminace křížové kontaminace.

Závěr

- Procesní hmotnostní spektrometrie je klíčovým nástrojem PAT programů v biotechnologických a farmaceutických provozech.
- Nabízí kombinaci vysoké rychlosti, přesnosti a robustnosti, která podporuje fault-tolerant provoz bez častých odstávek.
- Modulární design a schopnost centrálního monitoringu usnadňuje škálování od laboratoře po výrobní linky.

Reference

• A Guide to Improving Biotech Processes with Mass Spectrometry Gas Analysis, Thermo Fisher Scientific, 2020
• EffecTech: Nezávislá validace linearity a preciznosti přístroje Prima PRO