phpro - Prozesstechnik für die Pharmaindustrie 02.2018

Des Weiteren muss qualifiziertes Personal
viel Zeit in die Analyse investieren und die
Daten werden ausschließlich zu bestimmten
Zeiten, in der Regel während der Arbeitszeit,
erhoben. Abhilfe schaffen Onlinesensoren,
die das Zellwachstum jederzeit erfassen und
dadurch alle Ereignisse protokollieren. Die
Technische Universität Budapest ist in der
Zellkulturtechnologie sehr erfahren und vergleicht
die online erfasste Lebendzelldichte
mit der etablierten Offline-Methode. Dafür
setzen sie den Incyte-Sensor von Hamilton
Bonaduz ein.
Lebende Zelldichte in Echtzeit
Der Incyte-Sensor wurde speziell für Anwendungen
bei Säugetierzellen, Hefen und
dichten, bakteriellen Fermentationen entwickelt
und weder Veränderungen des Mediums
noch Mikrocarrier oder Zellfragmente
beeinflussen das Messergebnis. Dank des
Sensors können nicht nur die Lebendzelldichte
in Echtzeit gemessen und aktuelle Informationen
über kritische Situationen
übermittelt werden. Auch ist es möglich,
Prozessabweichungen unmittelbar zu erkennen
und erforderliche Gegenmaßnahmen
vorzunehmen. In ihren Eigenschaften liefert
das Monitoring der Lebendzelldichte zum
einen nützliche Erkenntnisse, um die Kultivierungsbedingungen
optimal gestalten und
die Ausbeute steigern zu können. Zusätzlich
werden so Informationen über mögliche
Veränderungen der Zellphysiologie erfasst.
Jede Fütterung erkennbar
Bevor die Universität mit den vergleichenden
Experimenten beginnen konnte, musste
vor der Online-Messung für jeden Zelltyp
der Zellfaktor ermittelt werden, d. h. die
Korrelation zwischen der gemessenen Permittivität
und der Zellkonzentration wurde
bestimmt. Um die Anzahl der lebenden Zellen
bestimmen zu können, wurden sie in
einem Offlineverfahren eingefärbt und gezählt.
Der erste Offline-Online-Vergleich erfolgte
in einem Batchprozess. In der Wachstumsphase
zeigten beide Methoden übereinstimmende
Werte. Als die Zelldichte zu
einem späteren Zeitpunkt höher und die
Nährstoffe weniger wurden, ergab die Off -
linemessung abweichende und im Vergleich
zum Incyte-Sensor weniger präzise Messwerte.
Anschließend wurde das Experiment
in einem Fed-Batch-Prozess wiederholt. Alle
48 Stunden, beginnend 72 Stunden nach
dem Start der Kultur, wurden bei jeder Fütterung
15 % des Volumens hinzugegeben.
Bild: Hamilton
Bild: Hamilton
Die Wachstumskurve zeigte, dass jede Nährstoffzugabe
unmittelbar von Incyte erkannt
wurde, denn die Permittivität sank kurzfristig
aufgrund eines Verdünnungseffektes der
Zelle. Insbesondere das einfache Erkennen
der Verdünnung im Fed-Batch-Prozess wurde
von den Forschern gelobt und gleichzeitig
konstatiert, dass die Offline- und Onlinewerte
während der Wachstumsphase der
Zellen zwar korrelieren, die Offlineergebnisse
aber stark vom Zeitpunkt der Probeentnahme
bzw. der Zellzahl abhängen.
Ein Incyte-Sensor misst die Lebendzelldichte direkt im Bioreaktor
Die Technische Universität Budapest erfasst die Lebendzelldichte mit dem
Incyte-Sensor von Hamilton
Gesteigerte Effektivität
Unabhängig von der Prozessart korrelieren
die Methoden in der Wachstumsphase. Mit
fortschreitender Dauer der Kultivierung
nimmt die Anzahl der Zellfragmente und toter
Zellen zu. Dies wirkt sich auf die Offline-Messung
aus, sodass es schwieriger ist,
die Daten richtig auszuwerten. Im Gegensatz
dazu wurde Incyte durch die relativ hohe
Anzahl an toten Zellen oder Zellfragmenten
nicht beeinflusst. Je länger der Prozess
dauerte, desto mehr wichen die gemessenen
Werte voneinander ab. Dies liegt darin begründet,
dass der Offlinemethode mehr
Aufmerksamkeit geschenkt werden muss
und es schwieriger ist, die Proben zeitnah
im Labor auszuwerten. Der Onlinesensor Incyte
hingegen zeichnet alle Werte unmittelbar
auf, was Abweichungen direkt identifiziert
und einen Eingriff in Echtzeit ermöglicht.
Dank der exakten Werte kann die
Wachstumsphase verlängert und die Fütterungsstrategie
optimiert werden. Zusammengefasst
führt dies nicht nur zu einer zuverlässigeren
und komfortableren Produktion,
sondern auch zu einem höheren Ertrag
sowie einer gesteigerten Effizienz.
www.prozesstechnik-online.de
Suchwort: phpro0218hamilton
AUTOR:
DR. KNUT GEORGY
Senior Market Segment
Manager Process Analytics,
Hamilton Bonaduz
phpro 02-2018 29