An Automated Sampling System for Online Monitoring as a Process Analytical Technology (PAT) Tool

Význam tématu

Online monitoring klíčových parametrů bioprocesů představuje důležitý krok k zabezpečení konzistentní kvality bioterapeutik. Integrované řešení Agilent 1290 Infinity II 2D-LC a Flownamics Seg-Flow umožňuje automatizované odběry vzorků z bioreaktoru a rychlé stanovení titru, velikostních a nábojových variant monoklonálních protilátek (mAb) i koncentrace aminokyselin v reálném čase. Tím lze včas zasáhnout a optimalizovat výrobu i vlastnosti výsledného produktu.

Cíle a přehled studie

Studie demonstruje využití 2D-LC se střihovým přenosem špiček (heart-cutting) a děličem proudu po první dimenzi pro zkrácení doby analýzy. Cílem bylo vyvinout robustní automatizovaný PAT (process analytical technology) workflow pro on-line stanovení titeru, velikostních a nábojových variant mAb a aminokyselin během fermentace.

Použitá metodika a instrumentace

Automatizované odběry realizuje Seg-Flow s FISP sondou přímo z 5l bioreaktoru. Analytická část sestává z Agilent 1290 Infinity II 2D-LC: vysokorychlostní pumpy, multisampler s chlazením, multikolónové termostaty, dvoukanálové detektory DAD a fluorescenční detektor, ventilová řešení pro multiple heart-cutting a dělič proudu. Řídící software: ChemStation s 2D-LC modulem a Flownamics FlowWeb s OPC rozhraním pro integraci do SCADA/DCS. Aminokyseliny se přístrojově derivatizují in-loop OPA/FMOC.

Hlavní výsledky a diskuse

• On-line titer mAb: lineární kalibrace protein A UHPLC, monitoring denní kinetiky titru bioreaktoru.
• Velikostní varianty: SEC v druhé dimenzi po 1:10 dělení proudu – rozlišení monomeru a HMW agregátů v jediné injekci.
• Nábojové varianty: WCX/SCX analýza po protein A řezu – detekce kyselých a zásaditých variant ve vybraných frakcích.
• Aminokyseliny: precolumn derivatizace OPA/FMOC, separace a detekce DAD/FLD – sledování spotřeby a doplňování živin v reálném čase.

Přínosy a praktické využití metody

Integrovaný systém šetří čas i náklady vývoje a zajišťuje rychlou odezvu na odchylky v průběhu bioprocesu. Rozšiřitelnost o RP-HPLC, HIC, HILIC nebo affinitní metody umožňuje komplexní profilování CQAs přímo on-line.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Propojení s DCS/SCADA pro automatické řízení parametrů fermentace pomocí OPC a PID regulace.
• Rozšíření o kontinuální průtokové systémy a QbD-řízené výrobní linky.
• Integrace multivariační analýzy (PCA, PLS) pro prediktivní modelování a zlepšení robustnosti procesu.

Závěr

Agilent 1290 Infinity II 2D-LC ve spojení s Flownamics Seg-Flow představuje efektivní PAT nástroj pro on-line sledování a řízení klíčových vlastností bioproduktů. Díky zkrácené době analýzy a automatizaci lze dosáhnout vyšší konzistence kvality a zrychlit vývoj i validaci bioterapeutik.

Reference

• Federal Drug Administration. Guidance for industry PAT – A framework for innovative pharmaceutical development, manufacturing, and quality assurance, 2004.
• Moussa E.M. et al. Immunogenicity of Therapeutic Protein Aggregates, J. Pharm. Sci. 2016.
• Polumuri S.K. et al. Aggregates of IVIG or Avastin, Sci. Rep. 2018.
• Yan Y. et al. Ultrasensitive Characterization of Charge Heterogeneity, Anal. Chem. 2018.
• Kaschak T. et al. Characterization of the Basic Charge Variants of a Human IgG, mAbs 2011.
• Chemmalil L. et al. Online Monitoring and Control of Upstream Cell Culture Process Using 1D & 2D-LC with SegFlow, Biotechnology and Bioengineering 2020.