Применение нового интегрированного многофункционального анализатора BioProfile FLEX с автоматической системой отбора проб
Полученные результаты исследования клеточных культур млекопитающих в процессе ферментации свидетельствуют, что система позволяет значительно сократить ручной труд и связанные с ним погрешности измерений. При этом процесс измерения проходит в онлайн режиме без прерывания/нарушения ферментации. Автоматизация мониторинга процессов наращивания биомассы культур клеток позволяет получать более надежные результаты, которые не будут зависеть от работы оператора. Кроме того, анализаторы BioProfile FLEX имеют возможность устанавливать систему обратной связи с контроллером ферментера, что позволяет запрограммировать, например, подачу подпитки не только по содержанию кислорода в культуральной среде, но и по концентрации глюкозы или концентрациям других питательных субстратов.
Ферментация на основе клеточных культур млекопитающих широко используются для промышленного производства терапевтических белков. Мониторинг Клеточных культур имеет существенное значение для развития, оптимизации и управления высокопродуктивных и устойчивых процессов культивирования. Как правило, такие параметры, как рН, растворенный кислород и температура, могут контролироваться при помощи датчиков прямого действия (которые являются частью ферментера/биореактора). Возможность контроля этих параметров позволяет проводить надежные, воспроизводимые циклы ферментации, а также масштабировать биотехнологические процессы.
Другие важные параметры ферментации, по-прежнему, как правило, контролируется с помощью ручного отбора проб и с использованием нескольких офф-лайн анализаторов или рутинных методов анализа. Некоторые из этих параметров используются в процессе работы ферментера. Например, подача в ферментер питательной среды осуществляется по результатам анализу культуральной среды.
Другие параметры, такие как жизнеспособность клеток, растворенных газов, питательных веществ, осмотического давления, и клеточных метаболитов, отслеживаются как показатели воспроизводимости культуры. Эта информация важна как для реализации биотехнологического процесса, так и для понимания влияния условий культивирования на эффективность, продуктивность и качество продукции. Офф-лайн мониторинг таких важных параметров является трудоемкой процедурой из-за ручного характера сбора информации из нескольких анализаторов, и ввода данных в контроллер ферментера. Большое количество ручных манипуляций допускает возможность ошибки оператора в процессе этих действий. Кроме того, в каждой пробе, отобранной вручную возникает риск нарушения стерильности барьера, который может привести к загрязнению культуры.
С целью сокращения ручного труда, участвующего и повышения надежности процесса ферментации, в последнее десятилетие были разработаны различные новые онлайн инструменты мониторинга культивирования. Многие из этих достижений были успешно применены в системах с клеточными культурами, в том числе для определения оптической плотности с использованием емкостных датчиков контроля плотности клеток; ближней инфракрасной спектроскопии (БИК) для контроля различных клеточных компонентов культуры; проточно-инжекционный анализ (ПИА) для поставки образца для автономных анализаторов; онлайн высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) для мониторинга аминокислоты и других концентраций метаболитов или продуктов обмена; а также автоматизированные пробоотборники, соединенные с офф-лайн анализаторами, такие как ВЭЖХ. Хотя NIR технология возможно, в теории, исключает необходимость в офф-лайн режиме, но сохраняются значительные ограничения для успешного промышленного применения этой технологии для мониторинга клеточной культуры. Они включают в себя создание надежной калибровки и методов анализа данных, которые могут быть реализованы в установленном порядке оператором без специальной подготовки, а также развитие методов количественной оценки биомасс для клеток млекопитающих.
Таким образом, сохраняется необходимость в обычном офф-лайн мониторинге культур клеток. Последние инновации в офф-лайн мониторинге культуре клеток позволили создать комплексный анализатор. Анализатор BioProfile FLEX (NOVA Biomedical) сочетает в себе функциональность трех офф-лайн анализаторов (биохимический анализатор, анализатор подсчета клеток, осмометр) в одном устройстве. Анализатор имеет модульную конструкцию, в том числе модули газов/электролитов, питательных веществ/метаболитов, плотности клеток/жизнеспособности, и осмометрический модуль. Газово/электролитный модуль и модуль питательных веществ/метаболитов используют ион-селективные электроды, потенциометрию, амперометрию, и ферментацию, в зависимости от биосенсоров.
Модуль плотности/жизнеспособность клеток был разработан NOVA Biomedical для подсчета клеток и оценки жизнеспособности, основанный на традиционном триптофановом синем методе исключения. Сначала образец клеток смешивается с триптофановым синим, и смесь инкубируется так, что мертвые клетки поглощают триптофановый синий. Образец затем оседает на полупрозрачной нижней части проточной ячейки. Проточная ячейка перемещается в фиксированный объектив микроскопа с помощью прецизионной системы управления движением, с высоким разрешением изображений. Подсчет клеток и жизнеспособность определяется путем обработки изображений на основе определяемых пользователем ограничений, таких как живые/мертвые клетки, яркость и средние размеры ячеек.
Каждый модуль может быть выбран индивидуально, использование всех модулей BioProfile FLEX требуют всего 1 мл образца культуральной жидкости и 7,5 мин для выполнения анализов. Результаты и пользовательские данный экспортируются в электронном виде в формате электронной таблицы.
Хотя интегрированный анализатор с вводом данных отчасти упорядочивает ручной труд, но только новая уникальная автоматическая система отбора проб, разработанная специально на BioProfile Flex (NOVA Biomedical), позволяет полностью исключить ручной труд.
Многочисленные исследования доказывают успешное применение нового интегрированного многофункционального анализатора и автоматической системы отбора проб для мониторинга клеточных культур млекопитающих. Полученные результаты свидетельствуют, что система имеет потенциал для сокращения ручного труда и связанных с ним погрешностей. При этом процесс измерения может происходить в онлайн режиме без прерывания/нарушения ферментации.
Авторы: Ducommun, P., Bolzonella, I., Rhiel, M., Pugeaud, P., and von Stockar, U. (2001). On-Line Determination of Animal Cell Concentration. Bioengineering and Biotechnology, 72 (5) 515-522. Feng, L., Zhou, J. X., Yang, X., Tressel, T., and Lee, B. (2005). Current Therapeutic Antibody Production and Process Optimization. Bioprocessing Journal, September/October 2005 23-30. Tucker, K. G., Chalder,S., Al-Rubeai, M., and Thomas, C. R. (1994). Measurement of hybridoma cell number, viability, and morphology using full automated image analysis. Enzyme Microbial Technology, 16 29-35.
