Differentiating Biopharmaceutical Raw Materials Using Spatially Offset Raman Spectroscopy

Význam tématu

Rostoucí nároky na kvalitu a rychlost identifikace biotechnologických surovin vyplývají z nutnosti zajistit bezpečnost pacientů a kontinuitu výrobních procesů. Historické selhání, jako kontaminace heparinu v roce 2008, upozornilo na slabiny tradičních postupů a vyvolalo tlak na implementaci pokročilých analytických technologií (PAT) již při příjmu materiálů.

Cíle a přehled studie

Tato studie demonstrovala schopnost přenosného Ramanova spektrometru Agilent Vaya se Spatially Offset Raman Spectroscopy (SORS) správně rozlišovat pět tříd běžných biopharma surovin přímo přes obaly. Cílem bylo ukázat, že lze spolehlivě provést PASS/FAIL test bez otvírání a odběru vzorku, čímž se zkrátí doba uvolnění a sníží riziko kontaminace.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda SORS využívá fyzický posun mezi laserovým vstupem a sběrným optickým otvorem, což umožňuje rozlišit signály z povrchové vrstvy obalu (zero offset) a ze skutečného materiálu uvnitř (offset). Odečtením spektra obalu od spektra offset vznikne spektrum čisté suroviny. Instrumentace:

• Agilent Vaya Raman handheld spektrometr
• Monochromatický laser a citlivý CCD detektor
• Automatické nastavení expozičních parametrů

Hlavní výsledky a diskuse

Spektra pěti tříd surovin (biologické pufry, surfaktanty, aminokyseliny, knižní suchá média, anorganické soli) byla získána za méně než 35 s na vzorek při pokojové teplotě a běžném osvětlení. Klíčové body:

• Biologické pufry (HEPES, CHES, TRIS) se rozlišují podle charakteristických alicyklických a sulfonových pásů.
• Surfactanty (Triton X100, PEG, Polysorbate 80) vykazují odlišné aromatické a esterové pásy v oblasti 1 600–1 650 cm⁻¹.
• Aminokyseliny (alanin, fenylalanin, glycín) jsou identifikovatelné díky unikátnímu prstenci nebo CH-vibračním pásem kolem 850–1 330 cm⁻¹.
• Suchá media (RPMI-1640, Ham’s F10) odlišují složení na základě přítomnosti Raman-aktivních sacharidů a organických solí.
• Anorganické fosfáty (KH₂PO₄, K₂HPO₄, Ca₃(PO₄)₂) lze odlišit navzdory podobnému fosfátovému jádru podle změn protonace a protiiontu.

Přínosy a praktické využití metody

SORS pomocí přenosného Ramanova přístroje umožňuje:

• Okamžitou identifikaci surovin bez otvírání obalů
• Minimalizaci rizika kontaminace a zachování sterility
• Úsporu času a nákladů spojených s logistikou, odběrem vzorku a čištěním pracoviště
• Jednoduché použití personálem bez hluboké spektroskopické expertízy

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje zahrnují rozšíření knihoven referenčních spekter pro širší škálu materiálů, integraci se systémem QA/QC a procesními řídicími systémy, nasazení strojového učení pro automatizované vyhodnocování spekter a kombinaci SORS s dalšími PAT technikami pro online monitoring v reálném čase.

Závěr

Studie potvrdila, že přenosný SORS spektrometr Agilent Vaya poskytuje rychlou, spolehlivou a neinvazivní identifikaci klíčových biopharma surovin přímo přes obaly. Tím přispívá k efektivnějšímu příjmu a vyšší bezpečnosti výrobních procesů.

Reference

1. Chess EK, Bairstow S, Donovan S, et al. Case study: contamination of heparin with oversulfated chondroitin sulfate. Handb Exp Pharmacol. 2012;(207):99-125.
2. Raman Spectra of Amino Acids and their aqueous solutions. Spectrochim Acta A. 2011;78:1187-1195.