Analiza în timp real pentru monitorizarea bioproceselor downstream
Într-un interviu, Dr. Daniel Some, Senior Principal Product Manager la Waters Corporation, discută cu NewsMedical despre importanța aducerii analizei în timp real la monitorizarea bioproceselor downstream.
În calitate de manager de produs pentru sistemul RT-MALS – platforma ultraDAWN PAT Detector și software-ul OBSERVER™ care o susține, colaborez cu clienții pentru a identifica nevoile lor și lucrez împreună cu echipele noastre de inginerie și software pentru a le implementa. De asemenea, introduc tehnologia în rândul dezvoltatorilor de procese și al oamenilor de știință PAT, ajutându-i să înțeleagă cum pot beneficia, fie prin accelerarea dezvoltării procesului, fie prin îmbunătățirea randamentului și calității produsului.
Ce lacune specifice în analiza offline convențională a fost proiectat să le abordeze Detectorul ultraDAWN în bioprocesarea downstream?
Analiza offline poate fi cuprinzătoare și puternică pentru caracterizarea profundă a produsului, dar poate deveni un adevărat obstacol atunci când dezvoltatorii de procese depind de ea pentru feedback rapid cu privire la ceea ce se întâmplă – atât cu eșantionul, cât și în proces. Acest lucru se manifestă în două moduri: frecvența de eșantionare și timpul de răspuns analitic.
În abordarea convențională, fracțiile sunt colectate pentru analize offline și sunt trimise la laboratorul de suport analitic după ce runda este completă. Fracțiile, din necesitate, sunt limitate ca număr, uneori doar câteva și alteori câteva zeci, dar, în orice caz, frecvența de eșantionare este adesea lentă comparativ cu scala temporală a dinamicii procesului. RT-MALS, pe de altă parte, măsoară cu o rapiditate de până la cinci ori pe secundă pe parcursul rundei de proces, ceea ce se traduce prin date de proces mai dense care captează mai complet dinamica procesului.
Timpul de răspuns pentru analiza fracțiilor poate varia de la ore la săptămâni – bine după ce procesul s-a încheiat și uneori întârziind în spatele următoarelor iterații de dezvoltare a procesului, ceea ce înseamnă că următoarele runde nu sunt planificate cu cunoștința a ceea ce s-a întâmplat exact în runda anterioară. Deși o abordare DoE pentru optimizare pre-planifică matricea de teste, o abordare mai eficientă bazată pe Bayes trebuie să cunoască rezultatul ultimei runde pentru a proiecta următoarea. RT-MALS oferă rezultate în timp real care informează imediat următoarea rundă de proces și pot fi utilizate pentru controlul procesului în timp real.
Detectorul ultraDAWN poate măsura atributele produsului, cum ar fi masa molară și caracteristicile încărcăturii AAV, în timp real. Cum schimbă accesul la aceste măsurători directe dezvoltarea procesului și luarea deciziilor?
Este un factor decisiv pentru accelerarea dezvoltării procesului, deoarece, înainte de apariția Detectorului ultraDAWN, dezvoltatorii de procese nu aveau acces la aceste atribute biofizice în timp real. Pe de o parte, analizele biofizice inline/online furnizate de Detectorul ultraDAWN oferă o caracterizare de înaltă rezoluție a procesului, iar pe de altă parte, nu adaugă costuri de timp de așteptare. Prin iterații mai inteligente în dezvoltarea procesului, sunt necesare mai puține etape de optimizare; prin urmare, atât costul, cât și durata dezvoltării procesului sunt reduse semnificativ. Timpul până la recuperarea investiției pentru un Detector ultraDAWN este adesea de doar câteva luni până la un an.
Care sunt principalele provocări tehnice și operaționale implicate în extinderea platformei de la Detectorul ultraDAWN la Detectorul ultraDAWN Pilot, care funcționează la debite mai mari?
Conceptual, acest lucru este destul de simplu: Detectorul ultraDAWN Pilot se integrează inline cu un proces în flux scalat în același mod în care o face Detectorul ultraDAWN cu un proces la scară de banc. Principalul aspect de care trebuie să ne ocupăm sunt limitările de presiune diferite întâmpinate la scalare – datorită diferitelor tipuri de coloane, pompe și/sau tuburi, toleranța sistemului la presiune de retur scade în general la debite mai mari. În unele cazuri, putem încorpora un divizor de flux pentru a ocoli parțial Detectorul ultraDAWN pentru a acomoda debitele mari cu toleranță scăzută la presiunea de retur, unde căile „prin” și „ocolire” se reconectează la ieșirea instrumentului.
Cum completează adăugarea RT-DLS la Detectorul ultraDAWN RT-MALS, în special pentru măsurarea razei hidrodinamice și polidispersității în LNP-uri, vectori virali și alte mostre heterogene?
MALS determină masa moleculară (MW) de la 1 kDa la 1 GDa și raza particulelor sau moleculară de aproximativ 8 nm până la 250 nm. Pentru soluții heterogene, determină o medie a MW sau dimensiunii care tinde să fie ponderată către speciile mai mari, făcând-o deosebit de utilă pentru identificarea vectorilor virali într-un fundal HCP sau pentru agregatele de proteine co-locate cu monomerele. Beneficiile cheie ale MALS includ independența sa față de flux și gama dinamică largă pentru concentrație și turbiditate. Totuși, MALS nu măsoară polidispersitatea.
DLS oferă câteva capacități suplimentare de caracterizare biofizică: poate măsura raza pe o gamă mai largă de dimensiuni, de la 0,5 la 1000 nm; furnizează o măsură a polidispersității cunoscută sub numele de indicele polidispersității (PDI), care se bazează pe dimensiune; și poate oferi chiar o distribuție aproximativă a dimensiunii. În plus, dimensiunea hidrodinamică și polidispersitatea măsurate de DLS pot fi atribute de calitate critice pentru anumite modalități de nanoparticule, cum ar fi LNP, astfel că adăugarea DLS deschide potențialul pentru eliberarea în timp real a unor produse.
Cu toate acestea, DLS este extrem de sensibil la flux și are o dinamică joasă. Deși rata maximă de flux pentru măsurători precise variază oarecum în funcție de dimensiunea particulei, în general, rata maximă de flux este destul de scăzută în raport cu fluxurile tipice de proces, cu excepția operațiunilor de cromatografie preparativă la scară mai mică (0,5 până la 1 sau 2 mL/min). Oferim două moduri de măsurare DLS: continuu în flux, limitat la rate de flux mai mici, și stop-flow periodic. Acesta din urmă accesează întreaga gamă de dimensiuni DLS și se decuplează de la rata de flux a procesului.
Pentru a face RT-DLS practic în cadrul monitorizării procesului bazate pe Detectorul ultraDAWN, cum contribuie modurile continue de flux redus și stop-flow periodic?
În configurația online, unde o pompă auxiliară furnizează un slipstream către detector, slipstream-ul poate fi setat pentru un flux redus, ceea ce este convenabil, dar limitat. Timpul de răspuns crește, iar dimensiunea maximă a particulelor scade. Totuși, pompa poate fi controlată pentru a oferi un flux relativ mare, oprindu-se periodic pentru a permite măsurarea DLS; aici, MALS oferă atributele sale cu un timp de răspuns mai scurt, în timp ce DLS poate oferi întreaga gamă de dimensiuni.
Dacă Detectorul ultraDAWN este inline cu procesul, iar fluxul procesului este corespunzător de scăzut
