Biozpracování, tedy výroba chemických látek pomocí živých buněk nebo enzymů jako vysoce účinných katalyzátorů, se již dávno stal hlavním proudem ve farmaceutické výrobě. V průmyslovém měřítku se tento energeticky účinný a ekologický přístup nyní využívá při výrobě léčiv, potravin, aromat, kosmetiky, paliv a speciálních chemických látek v bioreaktoru. Následné zpracování zahrnuje odstranění nečistot, redukci objemu a koncentraci produktu z bioreaktoru. Zpracování v předreaktoru se týká růstu hostitelského organismu za účelem výroby bioproduktu. Vznikají nové technologie biologického zpracování založené na kultivaci savčích, hmyzích, kvasinkových, bakteriálních a dokonce i rostlinných buněk. Postupně komercializovaná biopaliva, chemikálie na bázi biosložky a polymery mají potenciál stát se skutečnými převratnými faktory "zelené průmyslové revoluce".
Při zpracování bioproduktů v bioreaktorech na jedno použití (S.U.B.) a následném zpracování, které se stále více opírá o komponenty na jedno použití, jsou chytře vyladěná senzorová zařízení rozhodující nejen pro nákladově efektivní provoz, ale i pro zajištění výroby bez výpadků a kontaminace. A právě v bioprocesu pomáhají environmentální a biologické senzory umožnit tuto novou biofunkčnost.
In-vitro pěstování buněk
Laboratorně pěstované maso
V posledních letech se věnuje velká pozornost pěstování masa nikoli z hospodářských zvířat, ale z jednotlivých (kmenových) buněk zvířat. Toto odvětví buněčného zemědělství způsobí revoluci v potravinářském průmyslu, takže výroba masa bude méně náročná na zdroje a šetrnější ke zvířatům. Proces pěstování buněk in vitro pomůže k udržitelnějšímu zásobování lidí potravinami tím, že poskytne alternativu k masovému chovu zvířat.
Technologie výroby masa z buněčných kultur klade vysoké nároky na řízení procesu růstu buněk v proliferační i diferenciační fázi. Kultivují se především myosatelity, kmenové buňky, které jsou zodpovědné za regeneraci svalů po poranění. V případě diferenciace a růstu buněk vede přísná kontrola glukózy k vyšší výtěžnosti a rychlejším výrobním cyklům. Sledování klíčového metabolického faktoru laktátu přináší další výhody, zejména během exponenciální fáze růstu. Vzhledem k tomu, že drahé růstové faktory a hormony jsou základem cest kultivačního procesu, je zapotřebí opakované a multiparametrické monitorování glukózy, laktátu a aminokyselin, jako je glutamin.
Biosenzory pro monitorování glukózy
Portfolio biosenzorů společnosti IST AG lze použít v jednotlivých bioreaktorech malého měřítka s využitím jedinečné schopnosti kontinuálního monitorování glukózy, laktátu, glutaminu a glutamátu. Malé rozměry a nízká cena našeho senzoru B.LV5 a převodníku SIX umožňují paralelní monitorování více kultur bez nutnosti nákupu vysoce nákladných stolních zařízení. Díky našemu měřicímu systému přispívá nepřetržitý dohled nad médii a bioreaktory řízené zpětnou vazbou k rychlým vývojovým cyklům v buněčném zemědělství. Záznam multiparametrických dat s vysokým časovým rozlišením poskytuje cenné poznatky pro optimalizaci buněčně pěstovaného masa pro výzkumníky i výrobu.
Zpracování bioproduktů
Okamžité sledování metabolismu
Pro zlepšení kvality a produktivity ve výrobě se průmysl stále více zaměřuje na využívání bioreaktorových systémů s integrovaným monitorováním v reálném čase a pokročilou analytikou, které mohou umožnit automatizaci, zvýšit výkonnost a zlepšit kontrolu kvality s množstvím dat. Objevuje se mnoho možností pro senzory a technologie, které monitorují důležité proměnné buněčné kultury nebo kritické parametry procesu.
Ať už při výrobě cGMP nebo při charakterizaci procesu v laboratoři, vyhodnocování obsahu živin a metabolitů v kultivačním médiu v reálném čase představuje neocenitelné informace o stavu procesu. Lze je totiž přímo korelovat s metabolickou aktivitou buněk a nepřímo s produkcí vyráběných biomolekul. Okamžité sledování metabolismu může usnadnit určování otisků procesu nebo sloužit jako základ pro zpětnovazební řízení v reálném čase.
Sledování koncentrací glukózy, laktátu, glutaminu a glutamátu
Biosenzory IST AG umožňují kontinuální analýzu koncentrace glukózy a laktátu, jakož i glutamátu a glutaminu. Mikrofluidní biosenzorová soustava, integrovaná do procesních analyzátorů na lince s automatickým odběrem vzorků, může pracovat bez přípravy vzorku a během několika sekund získat cenné údaje o procesu z mikrolitrů kultivačního média.
Kompaktní peristaltické mikropumpy, vhodné pro snadné dodávání vzorků, automatické kalibrační systémy, doplňují biosenzory metabolitů a spolu s převodníkem OEM připraveným k použití tvoří stavební prvky adaptivního měřicího systému.
Zpracování buněk
V posledních letech došlo k obrovskému pokroku v oblasti buněčné terapie, včetně přípravků na obnovu chrupavek, tkáňového inženýrství kůže, tisku orgánů a personalizované buněčné imunoterapie rakoviny. Přesto se komerční kultivace autologních kmenových buněk specifických pro pacienta ukázala jako náročný technologický úkol, a to i kvůli vysoké variabilitě procesu. Namísto experimentální charakterizace procesu a pečlivého rozšiřování bylo jako předpoklad pro zavedení a komercializaci výroby buněčné terapie identifikováno odstranění rizika kontinuální kontroly procesu.
In-line nebo at-line měření
Procesní měření a kontrola léčivých přípravků na bázi živých buněk představuje několik jedinečných výzev, zejména monitorování a kontrolu buněk, odběr vzorků a dávkování. Paralelní kultivace ve více maloobjemových buněčných bioreaktorech vyžaduje vysokou úroveň automatizace, počínaje nastavením bioreaktoru, výměnou plynů pro provzdušňování a kontrolou pH až po de-stresové strategie podávání založené na kontinuálním monitorování metabolismu.
Nové, inovativní biosenzory od společnosti IST AG, které měří koncentrace glukózy, laktátu, glutaminu a glutamátu (in-line nebo at-line), a peristaltické aktuátory od společnosti Jobst Technologies vhodné pro kapaliny (včetně buněčných kultur) nebo plyn až do tlaku 2 barů s využitím kontinuálního, dálkového monitorování, s nízkým driftem & a minimálním rizikem biologického znečištění se nyní používají k dosažení komerčního úspěchu buněčných terapií.
Vyhledání biosenzoru
Následné bioprocesy
Následné zpracování se používá pro kontrolu nečistot souvisejících s procesem a produktem v biomanufacturingu, aby se účinně oddělily a přečistily biomolekuly Analytika pro měření nečistot souvisejících s procesem, jako jsou proteiny hostitelských buněk a nukleové kyseliny, posouvá hranice současné měřicí technologie. Moderní automatizační strategie zaměřené na optimalizaci času zpracování a manipulace, spotřeby energie a úrovně purifikace do značné míry závisí na spolehlivém in-line monitorování.
Přesné monitorování a měření nečistot souvisejících s produktem, včetně druhů s vyšší a nižší molekulovou hmotností, je rozhodující pro bezpečnost produktu, Procesy kvality vyžadují kritické procesní kroky, jako je inaktivace virů.
Kompaktní snímače vodivosti, teploty a průtoku od společnosti IST AG s vlastním balením a montážními řešeními se používají pro měření řízení procesů a lze je snadno integrovat přímo na místě s minimálním mrtvým objemem. Jsou vhodné pro systémy na jedno použití a kompatibilní s variabilními sterilizačními postupy a postupy CIP (clean-in-place). Biokompatibilní materiály a kompatibilita s většinou běžných postupů CIP a sterilizace zjednodušují počáteční kvalifikaci.