Automated Bioprocess Monitoring with Agilent 1290 Infinity III Bio Online LC Solutions

Význam tématu

V biotechnologické výrobě je klíčové sledovat procesy v reálném čase, aby bylo možné včas zasáhnout a zajistit konzistentní kvalitu produktu. Automatizované vzorkování a online chromatografická analýza zkracují reakční dobu na výkyvy procesních parametrů, minimalizují riziko kontaminace a snižují náklady spojené s manuálními zásahy.

Cíle a přehled studie

Studie demonstruje plně automatizované řešení pro kontinuální monitoring výroby L-alaninu v bioreaktoru s geneticky modifikovaným Vibrio natriegens. Cílem bylo integrovat aseptické vzorkování, online přípravu vzorků a derivatizaci s následnou chromatografickou analýzou za účelem získání spolehlivých trendů produkce v reálném čase.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky z 5litrového bioreaktoru byly odebírány systémem Flownamics Seg-Flow S3 s FISP sondou s keramickým membránovým filtrem (0,2 µm). Pro online LC analýzu byla nasazena sestava Agilent 1290 Infinity III Bio Online:

• Flexibilní pumpa s inline filtrací (2,1 mm ID, 0,2 µm);
• Online Sample Manager s termostatem a třícestným reaktorovým ventilem;
• Multicolumn termostat s Bio výměníkem tepla;
• Diodový pole detektor (DAD) s Bio Max-Light buňkou (10 mm, 1 µL);
• Degaser mezi transportním a vzorkovacím modulem.

Jako kolona sloužila AdvanceBio AAA (3,0 × 100 mm, 2,7 µm). Derivatizace aminokyselin probíhala automaticky pomocí OPA a FMOC reagenčního systému v injektoru. Software: Agilent OpenLab CDS a Online LC Monitoring Software ve verzích ≥ 2.8 / ≥ 1.3.

Hlavní výsledky a diskuse

Automatizované stanovení kalibračních standardů umožnilo separovat 20 derivatizovaných aminokyselin a dva interní standardy během 17 min. Kalibrační křivka pro L-alanin vykazovala lineární oblast přes 22–900 pmol/µL. Online sledování ukázalo plynulý nárůst koncentrace L-alaninu během 24 h fermentace, přičemž již na počátku byla patrná přítomnost alaninu z kultivačního média. Systém prokázal robustnost vůči komplexnímu matrixu 2× YTN média.

Přínosy a praktické využití metody

• Bezdotykové, aseptické vzorkování a příprava vzorků bez manuální obsluhy.
• Rychlé získání chromatografických dat v téměř reálném čase.
• Možnost okamžitě reagovat na změny v produkčním procesu a optimalizovat parametry fermentace.
• Minimalizace rizika kontaminace a zvýšení produktivity laboratoře.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace tohoto řešení do širších rámců procesní analytické technologie (PAT) a průmyslového Internetu věcí umožní pokročilé prediktivní řízení fermentačních procesů. Využití strojového učení k analýze trendů a predikci výnosu může dále zefektivnit bioprodukci. Rozšíření metody o multiplexní detekci dalších metabolit a miniaturizace vzorkovacího systému přispějí k širší aplikovatelnosti v biopharma průmyslu.

Závěr

Plně automatizovaný systém pro vzorkování a online LC analýzu s využitím Agilent 1290 Infinity III Bio Online a Flownamics Seg-Flow S3 úspěšně monitoroval produkci L-alaninu geneticky modifikovaným Vibrio natriegens. Metoda nabízí rychlou, spolehlivou a aseptickou alternativu k tradičním manuálním postupům, čímž zvyšuje efektivitu a kontrolu bioprocesů.

Reference

1. Nikita S., Mishra S., Gupta K., Runkana V., Gomes J., Rathore A. Advances in Bioreactor Control for Production of Biotherapeutic Products. Biotechnology and Bioengineering. 2023;120(5):1189–1214.
2. Hoffart E., Grenz S., Lange J., Nitschel R., Müller F., Schwenter A., Feith A., Lenfers-Lücker M., Takors R., Blombach B. High Substrate Uptake Rates Empower Vibrio natriegens as Production Host for Industrial Biotechnology. Applied and Environmental Microbiology. 2017;83(22).
3. Naegele E., Herschbach H. Performance Evaluation of Flownamics Sampling Devices for the Agilent Online LC. Agilent Technologies Application Note. 2024;5994-7394EN.