EXNER EXcell 231在(zài)綫近(jìn)紅(hóng)外吸收傳(chuán)感器(qì)---通過持(chí)續監測(cè)細胞(bāo)密度實(shí)現(xiàn)最(zuì)佳(jiā)生(shēng)產結(jié)果(guǒ)

細(xì)胞(bāo)培養和(hé)微(wēi)生(shēng)物(wù)在(zài)現代製藥和(hé)生物(wù)技術的開(kāi)發過程中發(fā)揮(huī)著至(zhì)關重(zhòng)要的作用(yòng)。由於(yú)它(tā)們對外部影響(xiǎng)非(fēi)常敏感，因此在繁殖(zhí)過程中(zhōng)必(bì)須(xū)精確管(guǎn)理和監測工藝(yì)條件。這(zhè)包括(kuò)溫度(dù)，pH 值(zhí)或溶解氧等(děng)。細胞(bāo)密(mì)度(dù)是(shì)最(zuì)重要的(dí)過程(chéng)特(tè)征之(zhī)一，可以根據(jù)培(péi)養(yǎng)基(jī)的光學(xué)密度(dù)來確定(dìng)。

當(dāng)復(fù)雜(zá)的活性成分無(wú)法(fǎ)通過化(huà)學合(hé)成(chéng)用(yòng)於製藥生產(chǎn)時，就會使用生物(wù)技術工藝。在(zài)這裏，例如通(tōng)過(guò)使用轉基因(yīn)生(shēng)物來(lái)生產單克(kè)隆(lóng)抗(kàng)體或其他(tā)重組蛋白(bái)。根據後續(xù)用(yòng)途以及所(suǒ)需(xū)的翻(fān)譯後修(xiū)飾或蛋(dàn)白質(zhì)折(zhē)疊等因素(sù)，可以使用細菌，酵母或哺乳動物細(xì)胞(bāo)等(děng)。活性(xìng)成分(fēn)的(dí)復(fù)雜(zá)性通常與過程的復雜(zá)性(xìng)和脆(cuì)弱(ruò)性(xìng)直接(jiē)相關。即(jí)使是微(wēi)小的變(biàn)化(huà)也可(kě)能(néng)對(duì)獲(huò)得的物質(zhì)的(dí)性(xìng)質和有效性(xìng)產生(shēng)重大(dà)影響。因(yīn)此(cǐ)，生(shēng)物製藥工(gōng)藝屬(shǔ)於活(huó)性成分生產中具有挑(tiāo)戰(zhàn)性的(dí)工藝之一(yī)。

當我們考慮所(suǒ)有必(bì)要的生產(chǎn)步驟時，上(shàng)遊工(gōng)藝(yì)尤其具有(yǒu)特(tè)殊的重要性。在這(zhè)裏，細(xì)胞的(dí)培養及其隨後(hòu)的(dí)繁殖是通(tōng)過(guò)批量，補料(liào)分批或灌(guàn)注工藝(yì)等(děng)方(fāng)式(shì)在生(shēng)物反應(yīng)器中(zhōng)完成(chéng)的。為(wéi)了(liǎo)生(shēng)產出(chū)盡可能多的(dí)所(suǒ)需(xū)物(wù)質並(bìng)達(dá)到(dào)適(shì)當的質量，生(shēng)物(wù)反應(yīng)器中的(dí)條(tiáo)件(jiàn)必(bì)須進(jìn)行最佳(jiā)調(tiáo)整。這(zhè)裏最重(zhòng)要(yào)的參數包(bāo)括(kuò)溫度，pH 值，攪(jiǎo)拌速率以(yǐ)及培養(yǎng)基濃度和溶解(jiě)氧等(děng)。

基於(yú)光學密度測(cè)定細(xì)胞(bāo)生長

光(guāng)學密度(dù)可以通過(guò)吸收(shōu)測量等方(fāng)式(shì)來確(què)定，它是細(xì)胞培養成功(gōng)繁殖的指標。在(zài)這裏(lǐ)，將一束光引(yǐn)入培(péi)養(yǎng)基中，並通過(guò)檢(jiǎn)測(cè)器(qì)來(lái)確(què)定光(guāng)的損失。這裏發(fā)射(shè)光的(dí)減少(shǎo)與(yǔ)實(shí)際細(xì)胞密度直接(jiē)相關。由(yóu)於(yú)目(mù)標(biāo)蛋白(bái)的體積通常(cháng)由細胞(bāo)數量決定，因此它(tā)是(shì)最(zuì)重要(yào)的過(guò)程特征之(zhī)一。它用於(yú)確(què)定(dìng)進料(liào)的時(shí)間(jiān)，改(gǎi)變(biàn)碳源，誘導(dǎo)或收(shōu)獲的(dí)時間(jiān)。還(huán)可以通過光(guāng)學密度(dù)計(jì)算稀釋率(shuài)。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)大多(duō)數(shù)細胞(bāo)來說(shuō)最(zuì)佳(jiā)的吸收並排除(chú)顏色(sè)影響，通(tōng)常使用(yòng)近紅外（NIR）波長的傳感器來(lái)測定細(xì)胞密度(dù)。在這(zhè)裏，所有(yǒu)散射或(huò)吸收光的(dí)顆(kē)粒(lì)都會被檢(jiǎn)測(cè)到(dào)。除了活(huó)細胞外(wài)，還包括死細胞和細胞碎(suì)片。然而，上述類型的(dí)傳(chuán)感(gǎn)器已(yǐ)被(bèi)證明在(zài)生(shēng)長(cháng)階段特別有效(xiào)，能(néng)夠(gòu)提(tí)供可靠的值(zhí)，因為(wéi)它可(kě)以(yǐ)快速且容易地實現(xiàn)在(zài)綫測(cè)量。早(zǎo)期檢(jiǎn)測可能(néng)導(dǎo)致細(xì)胞(bāo)生長(cháng)減少的過程變(biàn)化(huà)也是(shì)光學密度(dù)測量(liáng)的(dí)另一(yī)個優勢(shì)。

在實(shí)驗(yàn)室和(hé)後(hòu)續生產過程中持(chí)續(xù)監(jiān)測細胞(bāo)密(mì)度

然(rán)而，為了能夠(gòu)從光學(xué)密(mì)度(dù)測量(liáng)的優(yōu)勢(shì)中(zhōng)受益(yì)，在開(kāi)發過程(chéng)中必須(xū)已經建立(lì)與(yǔ)其他測量值（如細(xì)胞總數和(hé)細胞(bāo)幹(gān)重(zhòng)）的相(xiāng)關(guān)性。介電(diàn)光(guāng)譜法是(shì)另一(yī)個例(lì)子(zǐ)。通過(guò)這(zhè)種方(fāng)法(fǎ)，可(kě)以確定(dìng)介(jiè)電常(cháng)數，也(yě)稱為(wéi)介(jiè)電電(diàn)導(dǎo)率(shuài)或介電函(hán)數。由於(yú)活(huó)細胞具(jù)有(yǒu)儲(chǔ)存電(diàn)荷的能力，介(jiè)電常(cháng)數(shù)的變(biàn)化可以(yǐ)推斷出有缺(quē)陷或死亡的細(xì)胞。因(yīn)此，與光學密(mì)度測(cè)量(liáng)相(xiāng)比(bǐ)，介電光(guāng)譜法(fǎ)提(tí)供(gōng)了關(guān)於(yú)活(huó)細(xì)胞(bāo)數量(liáng)的信息。

在許多開(kāi)發實(shí)驗室中，以及(jí)在(zài)一(yī)定程度上在(zài)下遊(yóu)生產過(guò)程中(zhōng)，光(guāng)學密度通(tōng)常隻(zhī)是(shì)“離綫(xiàn)"測(cè)定(dìng)，以(yǐ)便(biàn)得(dé)出(chū)關(guān)於過程(chéng)進(jìn)展或細胞生(shēng)長的結論(lùn)。這意(yì)味著員工必須在規(guī)定的時間手(shǒu)動取(qǔ)樣以進行分(fēn)析。在這些時間間隔(gé)之間，或者(zhě)如果沒有(yǒu)員(yuán)工(gōng)在場（例如(rú)夜間(jiān)），由(yóu)於(yú)沒有進行過(guò)程(chéng)監測，可能會丟失(shī)有價(jià)值的數(shù)據。此外(wài)，由於從過(guò)程中取(qǔ)出(chū)並(bìng)在(zài)生物反應(yīng)器(qì)外進行分析，也(yě)無(wú)法排(pái)除樣本可能(néng)受(shòu)到汙(wū)染(rǎn)的(dí)可能性(xìng)。

對所(suǒ)有關鍵(jiàn)和質量(liáng)相(xiāng)關參數(shù)的持續且不間斷(duàn)的監測(cè)和控製是(shì)生物過程(chéng)開發(fā)的關(guān)鍵要(yào)素(sù)。隻(zhī)有(yǒu)通過正確(què)調整(zhěng)這(zhè)些參數，才(cái)能創(chuàng)造(zào)出細(xì)胞能夠最佳(jiā)生長的環境。為了(liǎo)提高產品質量和過程性(xìng)能，越(yuè)來(lái)越多地(dì)使用允許(xǔ)持(chí)續原位(wèi)監(jiān)測和記錄所有必要數據(jù)的傳(chuán)感器和測量(liáng)儀器(qì)，這(zhè)些儀器(qì)也可(kě)以(yǐ)用於(yú)後續生產過程。因(yīn)此(cǐ)，可重復性顯(xiǎn)著提高，過(guò)程產(chǎn)量(liáng)也有所(suǒ)增加。如果使用(yòng)相同的(dí)傳感器(qì)和(hé)測(cè)量(liáng)儀(yí)器(qì)，那麼(mó)在實驗室中使(shǐ)用(yòng)的(dí)測量技術(shù)與安(ān)裝(zhuāng)在(zài)過程(chéng)中的(dí)測(cè)量(liáng)技術之間(jiān)繁(fán)瑣的(dí)相關性(xìng)就可以避免(miǎn)。

用於(yú)測(cè)定細胞密(mì)度(dù)的(dí)測量(liáng)探頭(tóu)的(dí)要(yào)求

由於生物製(zhì)藥工藝是非常(cháng)具有(yǒu)挑(tiāo)戰(zhàn)性(xìng)的工(gōng)藝(yì)，對外部(bù)影(yǐng)響非常敏(mǐn)感(gǎn)，因此組(zǔ)件(jiàn)（例如生物反應(yīng)器，攪拌器(qì)和(hé)測(cè)量探頭）的(dí)高質量至關(guān)重要。除(chú)了所選材料（通常是(shì)不(bù)鏽鋼）之(zhī)外(wài)，相(xiāng)關(guān)表(biǎo)麵(miàn)（在不鏽(xiù)鋼的(dí)情況下(xià)，其(qí)粗(cū)糙度(dù)深(shēn)度非(fēi)常(cháng)低，並(bìng)且(qiě)通(tōng)常(cháng)經過電(diàn)拋(pāo)光(guāng)）也是(shì)關鍵因素(sù)。

通過盡(jìn)可能(néng)無(wú)間隙(xì)的設計來有效防(fáng)止培養基受到(dào)汙(wū)染，從(cóng)而減(jiǎn)少(shǎo)死空間(jiān)。所(suǒ)有由(yóu)設計所(suǒ)需(xū)的(dí)凹(āo)陷(xiàn)和(hé)倒(dǎo)角，特別(bié)是(shì)那些與培養基接觸的區域，也(yě)應(yīng)易於(yú)清(qīng)潔(jié)。如(rú)今(jīn)，用(yòng)於測(cè)量的(dí)儀器(qì)通常是(shì) CIP/SIP 兼(jiān)容(róng)的(dí)，並(bìng)且可以進行高壓滅菌。

通過持續檢測(cè)和記錄吸(xī)收值，測量探頭提(tí)供了最(zuì)新的細(xì)胞生長監測。也(yě)不(bù)需(xū)要進(jìn)行樣本(běn)製備，例(lì)如稀釋樣本。因此(cǐ)可以避免(miǎn)數據(jù)提供(gōng)過程中的錯誤。在過程中(zhōng)，測(cè)量(liáng)探頭(tóu)不需(xū)要重新校準，並且提供(gōng)無(wú)漂(piāo)移的信號(hào)。收集的(dí)數據(jù)易於(yú)解釋，因此(cǐ)不需要任何特(tè)殊處(chǔ)理。然(rán)而，無法建立與通過傳統(tǒng)方法(fǎ)（如(rú)細胞幹(gān)重或細胞計(jì)數）收(shōu)集的(dí)測量值(zhí)的(dí)相關性(xìng)。由(yóu)於上述(shù)設(shè)計，探(tàn)頭(tóu)可以輕(qīng)鬆地與(yǔ)生物(wù)反應(yīng)器(qì)一(yī)起安裝和驗(yàn)證(zhèng)。