At-line Solutions for Upstream Bioprocessing - APPLICATION NOTEBOOK

Význam tématu

V bioterapeutickém průmyslu je klíčové sledovat kritické jakosti procesů i produktů přímo v průběhu buněčné kultivace. Technologie at-line analytiky umožňují rychlou detekci změn živin, metabolitů i klíčových vlastností léčiva v reálném čase, což výrazně zkracuje vývojové cykly a zvyšuje spolehlivost výroby.
Implementace pokročilých procesních analytických technologií (PAT) na místě odběru vzorku (point-of-need) umožňuje vědcům i technikům v laboratoři nahradit zdrojově náročné off-line metody robustními, rychlými a snadno použitelnými LC-MS a automatizovanými přípravami vzorků.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem prezentované platformy Waters Bioprocess Walk-Up Solutions je usnadnit přístup k LC-MS metodám pro nenasazené operátory, zaměřit se na pět hlavních modulů:

• Analýza výživného roztoku a metabolitů ve výtěžné kultuře (cell culture media).
• Monitorování intaktního farmaceutického proteinu (mAb) ve vzorcích přímo z bioreaktoru.
• Vysokoprodukční (HT) automatizovaná příprava vzorků s Čtyřem Andrew+ Pipetting Robot-em.
• Hluboká charakterizace kvalitativních atributů produktu (PQA) na úrovni podjednotek a glykanového profilu.
• Integrované walk-up řešení pro plně automatizované spojení přípravy vzorků s LC-MS analýzou.

Použitá metodika a instrumentace

Automatizace přípravy vzorků byla realizována na platformě Andrew+ Pipetting Robot, včetně modulů Extraction+ a Heater/Shaker+. Postupy automatizují odčištění a ředění buněčných supernatantů, Protein A purifikaci, enzymatickou digesci (FabRICATOR™, RapiZyme Trypsin), značení a čistění glykánů (GlycoWorks™ RapiFluor-MS).
Pro analýzu byly nasazeny LC-MS systémy BioAccord™ a ACQUITY™ Premier s detektory RDa a TUV, kolony Protein SEC a modulem přepínání dvou kolón. Softwarově platformu řídí waters_connect™ s aplikacemi INTACT Mass™ a Peptide MAM pro zpracování dat a UNIFI™ pro screenovací workflow živin.

Hlavní výsledky a diskuse

Ukázalo se, že Bioprocess Walk-Up řešení:

• Automatizovaná příprava 48 vzorků z bioreaktorů trvá necelé 4 h, včetně kompletního workflow pro intaktní proteiny i moderní release glykanový test.
• Intakt mass screening poskytuje spolehlivé určení hlavních glykoforem s přesností < 20 ppm a plní kritéria „pass/fail“. Pomocí barevné signalizace v uživatelském dashboardu operátor snadno identifikuje odchylky.
• Multiatributové mapování podjednotek mAb (LC, Fd‘, Fc/2) sleduje místo-specifické modifikace (glykanace, oxidace, deamidace, C-terminální lyzin) s přesností < 0,5 % při nasycení 2 µg injekce.
• Screening živin (amino kyseliny, vitamíny, nukleotidy, metabolity) v modelových i reálných kulturách umožňuje multivariační analýzu a identifikaci nových markerů kvality kultury.
• Automatizace minimalizuje manuální zásahy, šetří pracovní čas a snižuje riziko chyb.

Přínosy a praktické využití metody

Tato walk-up platforma přináší procesním inženýrům možnost samostatně a opakovatelně získávat vysoce kvalitní analytická data bez nutnosti LC-MS expertízy. Zároveň umožňuje rychle testovat kmenové varianty a podmínky kultivace na vyvážení vysokého výtěžku s požadovanou kvalitou proteinu.
Integrace s bioreaktory Ambr® umožňuje synchronizaci dat a reportů přímo v jejich softwaru, usnadňuje rozhodování a datově řízený vývoj procesů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj integrované at-line analytiky povede k včlenění dalších zdrojů dat, jako je MALDI-MS screening, bioreaktory opatřené senzory, nebo on-line chromatografie. Vývoj algoritmů strojového učení pro predikci kvality na základě rychlých LC-MS metrik umožní agilní optimalizaci procesů v reálném čase.
Miniaturizace a další automatizace mohou postupně přiblížit plně nepřetržité on-line analytické procesy, které budou podporovat digitální dvojčata bioprodukce.

Závěr

Waters Bioprocess Walk-Up Solutions spojují automatizované přípravy vzorků a LC-MS analytiku do jediného rozhraní, který výrazně usnadňuje získávání procesních a produktových atributů. Díky dostupnosti prověřených workflow mohou procesní týmy spolehlivě optimalizovat a monitorovat bioprodukci v reálném čase.

Reference

1. Alelyunas YW, Prochaska C, Kukla C, Hanna CM, Wetterhall M, Wrona MD. Monitoring Intact Glycoprofiles and Spent Media Metabolites from Sartorius Ambr®250. Waters Application Note 720008042, 2023.
2. Shion H, Boyce P, Berger SJ, Yu YQ. INTACT Mass™ – a Versatile waters_connect™ Application. Waters Application Note 720007547, 2022.
3. Alelyunas YW, Wrona MD, Chen W. Monitoring Nutrients and Metabolites in Spent Culture Media. Waters Application Note 720007359, 2021.