La coltura cellulare è un aspetto fondamentale dell'industria biofarmaceutica per monitorare la salute delle cellule. Un controllo rigoroso di questo processo è necessario per evitare reazioni collaterali indesiderate o rese insufficienti.
Il glucosio è essenziale per l'energia cellulare, ma la sua conversione in energia attraverso la glicolisi produce lattato. L'accumulo di lattato induce acidità, causando stress cellulare e riducendo i tassi di crescita cellulare.
I metodi di laboratorio manuali possono essere piuttosto macchinosi e possono introdurre distorsioni a seconda dell'analista, con conseguenti risultati imprecisi e contaminazione del campione. Per risolvere questi problemi, la spettroscopia Raman in linea è una tecnica di analisi molto adatta a questo settore, poiché non richiede reagenti e il campione rimane inalterato.
Questa Application Note di processo presenta un metodo per monitorare accuratamente la crescita cellulare all'interno di un bioreattore in "tempo reale" con 2060 Raman Analyzer di Metrohm Process Analytics. In questo caso, un analizzatore di processo in linea è la soluzione preferita per garantire un'elevata qualità del prodotto ed evitare contaminazioni durante la misurazione.
![Overview of glucose mechanism in human cells. Extracted from [3].](https://metrohm.scene7.com/is/image/metrohm/an-pan-1065-1?qlt=85&ts=1760955544371&dpr=off&bfc=on "Panoramica del meccanismo del glucosio nelle cellule umane. Estratto da [3].")
La coltura cellulare è un passaggio essenziale nella produzione di un'ampia gamma di prodotti biofarmaceutici, tra cui proteine terapeutiche complesse, anticorpi monoclonali e vaccini [1]. Questo processo prevede la coltivazione di cellule in un ambiente controllato, in genere in un bioreattore, per produrre il prodotto desiderato.
Il glucosio è un componente importante della coltura cellulare, poiché fornisce alle cellule l'energia di cui hanno bisogno per crescere, dividersi e formare il prodotto finale [2]. La Figura 1 illustra il processo fondamentale di conversione del glucosio in energia all'interno di una cellula.
La conversione del glucosio in energia (glicolisi) determina la produzione di lattato, la forma ionizzata dell'acido lattico. L'accumulo di lattato nei terreni di coltura può influire negativamente sulla crescita e sulla produttività cellulare. Poiché il lattato funziona come un acido, il suo accumulo nel terreno di coltura può abbassare il pH, inducendo stress cellulare e riducendo i tassi di crescita. [4].
Per prevenire l'accumulo di lattato, i produttori devono monitorare e regolare le condizioni di coltura cellulare per mantenere i livelli di lattato entro un intervallo accettabile. Ciò può comportare la misurazione continua della concentrazione di glucosio nel terreno di coltura, garantendo regolazioni precise per prevenire sovradosaggi o sottodosaggi.
In genere, gli analisti eseguono tali misurazioni manualmente (offline). Tuttavia, la contaminazione è comune in questa configurazione e i dati non riflettono il reale stato del processo di coltura cellulare.
Un modo più sicuro, efficiente e rapido per monitorare più parametri simultaneamente nei bioreattori è l'analisi in linea con spettroscopia Raman senza reagenti (Figura 2). Si tratta di una tecnica non distruttiva e senza contatto, ideale per l'analisi in linea direttamente nel bioreattore (Figura 2, lato sinistro).
2060 Raman Analyzer di Metrohm Process Analytics enables the comparison of «real-time» spectral data from the process to a reference method (e.g., titration, ion chromatography, HPLC) consente il confronto dei dati spettrali «in tempo reale» del processo con un metodo di riferimento (ad esempio, titolazione, cromatografia ionica, HPLC) per creare un modello di calibrazione semplice ma indispensabile per il monitoraggio del glucosio e del lattato nel bioreattore per colture cellulari.
L'analisi in tempo reale dello stato della coltura mantiene la reazione di glicolisi sotto controllo. Inoltre, l'analisi in linea può fornire informazioni sullo stato attuale di diversi processi (ad esempio, consumo di substrato e cinetica).
Laser utilizzato: 785 nm. L'analisi in linea è possibile utilizzando una sonda a immersione autoclavabile progettata da Metrohm Process Analytics.
I dati spettrali sono stati raccolti con 2060 Raman Analyzer (Figura 3) utilizzando sia il software IMPACT che Vision di Metrohm. Le misurazioni sono state effettuate ogni minuto.
Tabella 1. Precisione di previsione dei due parametri misurati in un bioreattore per colture cellulari analizzato da 2060 Raman Analyzer (Figura 3).
| Glucosio | Lattato | |
|---|---|---|
| Concentrazione minima | 0.1 g/L | 0.0 g/L |
| Concentrazione massima | 40 g/L | 5.0 g/L |
| Bias | -0.1349 | -0.0849 |
| SEP | 0.2009 | 0.1166 |
La spettroscopia Raman viene utilizzata in numerose applicazioni e settori in cui la qualità dei dati è essenziale. 2060 Raman Analyzer è un sistema Raman ad alte prestazioni progettato per operazioni come il monitoraggio delle colture cellulari, che richiedono analisi senza contatto. Insieme ai software Vision e IMPACT di Metrohm, 2060 Raman Analyzer può essere utilizzato per acquisire risultati quasi in tempo reale, supportando processi critici come lo sviluppo farmaceutico.
- Rilevamento precoce di errori di lotto durante la coltura cellulare.
- Parametri multipli da una singola misurazione.
- Ridurre al minimo i rischi di contaminazione del campione grazie a una tecnica senza contatto.
- Spettri Raman unici che fungono da impronte digitali specifiche per l'identificazione dei materiali.
- Segnali bassi provenienti da acqua o umidità che completano altre tecniche di spettroscopia.
- Tecnica non distruttiva, ideale quindi per l'analisi in linea.
- Cell Culture for Manufacturing. https://www.sigmaaldrich.com/NL/en/applications/cell-culture-and-cell-culture-analysis/cell-culture-for-manufacturing?gclid=Cj0KCQiA35urBhDCARIsAOU7QwnVfIHJBACARsDiW_HbgHGXW3Fs-69CzCg6ottMMj-nmakHFZ5QTrUaAt10EALw_wcB (accessed 2023-11-29).
- Glucose in Cell Culture. https://www.sigmaaldrich.com/NL/en/technical-documents/technical-article/cell-culture-and-cell-culture-analysis/mammalian-cell-culture/glucose (accessed 2023-11-29).
- admin. The Circle of Lactate: How Cancer Cells Can Reuse Their Own Waste. Science in the News, 2018.
- Li, Z.-M.; Fan, Z.-L.; Wang, X.-Y.; et al. Factors Affecting the Expression of Recombinant Protein and Improvement Strategies in Chinese Hamster Ovary Cells. Front Bioeng Biotechnol 2022, 10, 880155. https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.880155.
Condividi l'applicazione
Download PDF