Maximizarea eficienței bioproceselor prin monitorizarea în timp real a densității celulare
În acest interviu, Yavuz Çelik, Manager Global de Produs la Hamilton Process Analytics, discută despre modul în care monitorizarea densității celulare în timp real îmbunătățește randamentul, viabilitatea și eficiența procesului în producția biotehnologică.
Yavuz Çelik se prezintă: „Numele meu este Yavuz Çelik și sunt Manager Global de Produs la Hamilton Process Analytics. Mă concentrez pe senzori pentru densitatea celulară și, în rolul meu, ajut la ghidarea dezvoltării și aplicării tehnologiilor care oferă informații în timp real despre bioproceese.”
Acesta adaugă că Hamilton oferă două platforme cheie pentru monitorizarea densității celulare: Incyte Arc, care măsoară densitatea celulară viabilă, și Dencytee Arc, care măsoară densitatea celulară totală. Incyte Arc utilizează spectroscopia biocapacitanței, creând un câmp electromagnetic cu ajutorul a patru electrozi din platină. Celulele vii cu membrane intacte devin polarizate și transportă sarcină, ceea ce este măsurat pentru a determina concentrația celulară viabilă. Celulele moarte nu răspund din cauza membranelor compromise.
Dencytee Arc combină măsurătorile de transmitere și reflexie. La turbidități mai mici, măsoară lumina transmisă; pe măsură ce densitatea celulară crește și mediul devine mai opac, trece la reflexie. Acest principiu dual oferă o gamă largă și precisă de măsurători pentru toate concentrațiile celulare.
Yavuz Çelik menționează aplicațiile senzorilor în cercetarea spațială, explicând că aceștia sunt pregătiți pentru aplicații în spațiu. „La Universitatea din Bremen, oamenii de știință au testat Dencytee Arc în experimente care simulează misiuni pe termen lung în spațiu. Pe parcursul a 180 de zile, senzorul nu a prezentat derapaje și a livrat date care se potriveau strâns cu măsurătorile offline OD și biomasa.”
În ceea ce privește îmbunătățirea procesării downstream în biopharma, Dencytee Arc a fost utilizat într-un studiu recent cu Boehringer Ingelheim pentru a monitoriza turbiditatea înainte și după centrifugare, protejând astfel sistemele de filtrare downstream. Menținerea turbidității sub un anumit prag reduce înfundarea și extinde durata de viață a filtrului. Cu o gamă largă de măsurare, un singur dispozitiv poate monitoriza toate cele trei puncte critice: după bioreactor, după centrifugă și la linia de deșeuri.
Yavuz explică și modul în care monitorizarea densității celulare în timp real îmbunătățește procesele de perfuzie. „În perfuzie, în special în strategiile de rată de perfuzie specifică celulară (CSPR), datele în timp real despre densitatea celulară viabilă (VCD) sunt esențiale. În studiul nostru, Incyte Arc a măsurat VCD la fiecare 30 de minute, permițând ajustarea automată a fluxului de mediu.”
Comparativ cu perfuzia tradițională, rezultatele au arătat o creștere a densității celulare cu 30%, o scădere a consumului de mediu cu 25% și o creștere a randamentului produsului cu 40%. Aceste rezultate demonstrează că perfuzia controlată prin feedback cu senzorii VCD conduce la o productivitate mai mare și costuri mai mici pe lot.
Despre scalarea între tipurile de bioreactoare, Yavuz precizează că Hamilton oferă senzori de unică folosință și reutilizabili care folosesc aceleași principii și electronice. „Indiferent dacă se utilizează un bioreactor STR de 300 mL sau unul de producție de 10.000 L, senzorii noștri oferă date consistente și fiabile.”
Monitorizarea VCD permite crearea unei „amprente” a procesului, asigurându-se că fiecare lot urmează același profil de creștere. Acest aspect este deosebit de valoros pentru CDMO-uri, deoarece susține documentarea și consistența pentru depunerea la autoritățile de reglementare.
De asemenea, Yavuz a colaborat cu EMGEN pentru a construi un model de viabilitate prin combinarea senzorului de permitivitate cu un senzor de densitate optică, model care a avut o acuratețe de 96% în marja de eroare de 5%, îndeplinind cerințele stricte de inginerie.
Acesta subliniază că monitorizarea densității celulare contribuie la reducerea costurilor în multiple moduri. „Mai întâi, permite densități celulare mai mari în același volum de bioreactor, ceea ce duce la randamente mai mari. În al doilea rând, se consumă mai puțin mediu, iar în al treilea rând, se reduce samplingul offline, ceea ce scade costurile cu forța de muncă și analizele.”
Yavuz concluzionează că fiecare probă offline poartă riscuri de contaminare și întârzieri, în timp ce senzorii inline sunt noninvazivi, sterili și oferă date continue în timp real, sprijinind automatizarea și o mai bună luare a deciziilor.
În ceea ce privește importanța măsurării densității celulare în plus față de alți parametri precum pH, DO sau metabolite, Yavuz afirmă că aceștia sunt critici, dar descriu doar mediu. „Densitatea celulară îți spune cum răspund celulele. De exemplu, dacă glucoza scade rapid, este din cauza creșterii rapide a celulelor? Dacă CO2 se acumulează, afectează celulele?” Senzorii VCD ajută la corelarea schimbărilor din mediu cu răspunsurile celulare, oferind o înțelegere completă a procesului.
Celulele sunt motorul bioproducției. Monitorizarea lor direct este esențială.
Yavuz Çelik conduce dezvoltarea și aplicarea senzorilor avansați pentru bioprocesare la Hamilton Process Analytics, inclusiv platformele Incyte Arc și Dencytee Arc. Cu un background în biotehnologie și controlul proceselor, este expert în spectroscopia biocapacitanței și integrarea senzorilor pentru fluxurile de lucru upstream și downstream. Lucrările sale se concentrează pe facilitarea soluțiilor de monitorizare a bioproceselor în timp real, scalabile și automate pentru a sprijini inovația farmaceutică.
Prin colaborări cu lideri din industrie și instituții academice, Yavuz a contribuit la studii ce includ aplicații din biologia spațială până la procesele comerciale de perfuzie. Participă frecvent la conferințe și webinarii, oferind perspective despre cum tehnologiile de senzori bazate pe date pot crește randamentul, reduce costurile și sprijini conformitatea cu reglementările.
