Жаңалықтар - Биологиялық фармацевтикалық ферментация процесінде рН деңгейін бақылау

рН электроды ашыту процесінде маңызды рөл атқарады, негізінен ашыту сорпасының қышқылдығы мен сілтілігін бақылауға және реттеуге қызмет етеді. рН мәнін үздіксіз өлшеу арқылы электрод ашыту ортасын дәл бақылауға мүмкіндік береді. Әдеттегі рН электроды сенсорлық электродтан және химиялық энергияны электрлік сигналдарға түрлендіруді басқаратын Нернст теңдеуі принципі бойынша жұмыс істейтін эталондық электродтан тұрады. Электрод потенциалы ерітіндідегі сутегі иондарының белсенділігімен тікелей байланысты. рН мәні өлшенген кернеу айырмашылығын стандартты буферлік ерітіндінің кернеуімен салыстыру арқылы анықталады, бұл дәл және сенімді калибрлеуге мүмкіндік береді. Бұл өлшеу тәсілі ашыту процесінде рН тұрақты реттелуін қамтамасыз етеді, осылайша оңтайлы микробтық немесе жасушалық белсенділікті қолдайды және өнім сапасын қамтамасыз етеді.

рН электродтарын дұрыс пайдалану бірнеше дайындық қадамдарын қажет етеді, соның ішінде электродты белсендіру (әдетте электродты дистилденген суға немесе рН 4 буферлік ерітіндісіне батыру арқылы жүзеге асырылады) оңтайлы жауап беруді және өлшеу дәлдігін қамтамасыз ету үшін. Биофармацевтикалық ашыту өнеркәсібінің қатаң талаптарын қанағаттандыру үшін рН электродтары жоғары температуралы бумен стерилизациялау (SIP) сияқты қатаң стерилизация жағдайларында жылдам жауап беру уақытын, жоғары дәлдікті және беріктік көрсетуі керек. Бұл сипаттамалар стерильді ортада сенімді жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Мысалы, глутамин қышқылын өндіруде температура, еріген оттегі, араластыру жылдамдығы және рН өзі сияқты негізгі параметрлерді бақылау үшін дәл рН мониторингі өте маңызды. Бұл айнымалыларды дәл реттеу соңғы өнімнің өнімділігі мен сапасына тікелей әсер етеді. Жоғары температураға төзімді шыны мембраналар мен алдын ала қысыммен өңделген полимер гельдік анықтамалық жүйелері бар кейбір озық рН электродтары экстремалды температура мен қысым жағдайларында ерекше тұрақтылықты көрсетеді, бұл оларды биологиялық және тағамдық ашыту процестерінде SIP қолдану үшін әсіресе қолайлы етеді. Сонымен қатар, олардың күшті ластануға қарсы мүмкіндіктері әртүрлі ашыту сорпаларында тұрақты жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Shanghai Boqu Instrument Co., Ltd. пайдаланушының ыңғайлылығын және жүйені интеграциялау икемділігін арттыратын әртүрлі электрод қосқыш нұсқаларын ұсынады.

Биофармацевтикалық препараттарды ашыту процесінде рН мониторингі неліктен қажет?

Биофармацевтикалық ашытуда рН-ды нақты уақыт режимінде бақылау және бақылау сәтті өндіру және антибиотиктер, вакциналар, моноклоналды антиденелер және ферменттер сияқты мақсатты өнімдердің өнімділігі мен сапасын барынша арттыру үшін өте маңызды. Негізінде, рН-ды бақылау фермерлердің топырақтың рН-ын дақылдардың қажеттіліктеріне сәйкес қалай реттейтініне ұқсас, «тірі фабрикалар» ретінде жұмыс істейтін микробтық немесе сүтқоректілер жасушалары үшін терапиялық қосылыстарды өсіру және синтездеу үшін оңтайлы физиологиялық орта жасайды.

1. Оңтайлы жасушалық белсенділікті сақтаңыз
Ашыту күрделі биомолекулаларды өндіру үшін тірі жасушаларға (мысалы, CHO жасушаларына) сүйенеді. Жасуша метаболизмі қоршаған ортаның рН-на өте сезімтал. Барлық жасушаішілік биохимиялық реакцияларды катализдейтін ферменттердің рН оңтайлылығы тар; бұл диапазоннан ауытқу ферментативті белсенділікті айтарлықтай төмендетуі немесе денатурацияға әкелуі мүмкін, бұл метаболикалық функцияны бұзады. Сонымен қатар, жасуша мембранасы арқылы қоректік заттардың сіңуі - мысалы, глюкоза, аминқышқылдары және бейорганикалық тұздар - рН-ға тәуелді. Оңтайлы емес рН деңгейлері қоректік заттардың сіңуіне кедергі келтіруі мүмкін, бұл оңтайлы емес өсуге немесе метаболикалық теңгерімсіздікке әкелуі мүмкін. Сонымен қатар, рН-ның шамадан тыс мәндері мембрананың тұтастығын бұзып, цитоплазманың ағып кетуіне немесе жасуша лизисіне әкелуі мүмкін.

2. Қосалқы өнімдердің пайда болуын және субстрат қалдықтарын азайту
Ашыту кезінде жасушалық метаболизм қышқылды немесе негізгі метаболиттерді түзеді. Мысалы, көптеген микроорганизмдер глюкоза катаболизмі кезінде органикалық қышқылдарды (мысалы, сүт қышқылы, сірке қышқылы) түзеді, бұл рН төмендеуіне әкеледі. Егер түзетілмесе, төмен рН жасуша өсуін тежейді және метаболикалық ағынды өнімді емес жолдарға қарай жылжытуы мүмкін, бұл қосалқы өнімдердің жиналуын арттырады. Бұл қосалқы өнімдер мақсатты өнім синтезін қолдайтын құнды көміртегі мен энергия ресурстарын тұтынады, осылайша жалпы өнімділікті төмендетеді. Тиімді рН бақылау қажетті метаболикалық жолдарды сақтауға көмектеседі және процестің тиімділігін арттырады.

3. Өнімнің тұрақтылығын қамтамасыз ету және тозуын болдырмау
Көптеген биофармацевтикалық өнімдер, әсіресе моноклоналды антиденелер және пептидтік гормондар сияқты ақуыздар, рН әсерінен болатын құрылымдық өзгерістерге сезімтал. Тұрақты рН диапазонынан тыс бұл молекулалар денатурацияға, агрегацияға немесе инактивацияға ұшырауы мүмкін, бұл зиянды тұнбалар түзуі мүмкін. Сонымен қатар, кейбір өнімдер қышқыл немесе сілтілі жағдайларда химиялық гидролизге немесе ферментативті ыдырауға бейім. Тиісті рН деңгейін сақтау өндіріс кезінде өнімнің ыдырауын азайтады, тиімділігі мен қауіпсіздігін сақтайды.

4. Процестің тиімділігін оңтайландырыңыз және партиядан партияға бірізділікті қамтамасыз етіңіз
Өнеркәсіптік тұрғыдан алғанда, рН бақылауы өнімділікке және экономикалық тұрғыдан тиімділікке тікелей әсер етеді. Әртүрлі ашыту фазалары үшін, мысалы, жасуша өсуі мен өнім экспрессиясы үшін, айтарлықтай ерекшеленуі мүмкін идеалды рН орнату нүктелерін анықтау үшін кең ауқымды зерттеулер жүргізілуде. Динамикалық рН бақылауы кезеңге байланысты оңтайландыруға, биомасса жинақталуын және өнім титрлерін барынша арттыруға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, FDA және EMA сияқты реттеуші органдар тиісті өндірістік тәжірибелерді (GMP) қатаң сақтауды талап етеді, мұнда тұрақты процесс параметрлері міндетті. рН маңызды процесс параметрі (CPP) ретінде танылады және оны үздіксіз бақылау партиялар бойынша қайталануды қамтамасыз етеді, фармацевтикалық өнімдердің қауіпсіздігін, тиімділігін және сапасын кепілдейді.

5. Ашыту денсаулығының көрсеткіші ретінде қызмет етіңіз
рН өзгеру үрдісі дақылдың физиологиялық күйі туралы құнды түсінік береді. рН-ның кенеттен немесе күтпеген өзгерістері ластануды, сенсордың дұрыс жұмыс істемеуін, қоректік заттардың сарқылуын немесе метаболикалық ауытқуларды білдіруі мүмкін. рН үрдістеріне негізделген ерте анықтау оператордың уақтылы араласуына мүмкіндік береді, ақаулықтарды жоюға және қымбат партиялық ақаулардың алдын алуға көмектеседі.

Биофармацевтикадағы ашыту процесі үшін рН сенсорларын қалай таңдау керек?

Биофармацевтикалық ашыту үшін тиісті рН сенсорын таңдау - процестің сенімділігіне, деректердің тұтастығына, өнім сапасына және нормативтік талаптарға сәйкестігіне әсер ететін маңызды инженерлік шешім. Таңдауға тек сенсордың жұмысын ғана емес, сонымен қатар биоөңдеу жұмыс процесінің толық үйлесімділігін де ескере отырып, жүйелі түрде қарау керек.

1. Жоғары температура мен қысымға төзімділік
Биофармацевтикалық процестерде әдетте in situ бумен стерилизациялау (SIP) қолданылады, әдетте 121°C температурада және 1-2 бар қысымда 20-60 минут бойы. Сондықтан кез келген рН сенсоры мұндай жағдайларға қайта-қайта әсер етуге ақаусыз төтеп беруі керек. Қауіпсіздік шегі болуы үшін сенсор кемінде 130°C және 3-4 бар температураға есептелген болуы керек. Термиялық цикл кезінде ылғалдың енуіне, электролиттің ағуына немесе механикалық зақымдануға жол бермеу үшін берік тығыздау қажет.

2. Сенсор түрі және анықтамалық жүйе
Бұл ұзақ мерзімді тұрақтылыққа, техникалық қызмет көрсету қажеттіліктеріне және ластануға төзімділікке әсер ететін негізгі техникалық мәселе.
Электрод конфигурациясы: Өлшеу және анықтамалық элементтерді бір корпусқа біріктіретін композиттік электродтар орнату мен өңдеудің қарапайымдылығына байланысты кеңінен қолданылады.
Анықтамалық жүйе:
• Сұйықтықпен толтырылған анықтамалық (мысалы, KCl ерітіндісі): Жылдам жауап беру және жоғары дәлдікті қамтамасыз етеді, бірақ мерзімді түрде толтыруды қажет етеді. SIP кезінде электролиттердің жоғалуы мүмкін, ал кеуекті қосылыстар (мысалы, керамикалық фриттер) ақуыздармен немесе бөлшектермен бітелуге бейім, бұл дрейфке және сенімсіз көрсеткіштерге әкеледі.
• Полимерлі гель немесе қатты күйдегі сілтеме: Қазіргі заманғы биореакторларда барған сайын танымал болып келеді. Бұл жүйелер электролиттерді толықтыру қажеттілігін жояды, техникалық қызмет көрсетуді азайтады және ластануға төзімді кеңірек сұйық қосылыстарға (мысалы, PTFE сақиналарына) ие. Олар күрделі, тұтқыр ашыту орталарында жоғары тұрақтылық пен ұзақ қызмет ету мерзімін ұсынады.

3. Өлшеу диапазоны және дәлдігі
Сенсор әртүрлі процесс сатыларына бейімделу үшін кең жұмыс диапазонын, әдетте рН 2-12 қамтуы керек. Биологиялық жүйелердің сезімталдығын ескере отырып, өлшеу дәлдігі жоғары ажыратымдылықтағы сигнал шығысымен қолдау көрсетілетін ±0,01-ден ±0,02 рН бірлігіне дейін болуы керек.

4. Жауап беру уақыты
Жауап беру уақыты әдетте t90 ретінде анықталады — рН деңгейінің өзгеруінен кейін соңғы көрсеткіштің 90%-ына жету үшін қажетті уақыт. Гель типті электродтар сұйықтық толтырылған электродтарға қарағанда сәл баяу жауап беруі мүмкін болса да, олар әдетте секундтық емес, сағаттық уақыт шкаласы бойынша жұмыс істейтін ашытуды басқару ілмектерінің динамикалық талаптарына сай келеді.

5. Биоүйлесімділік
Жасушалардың тіршілік ету қабілетіне немесе өнім сапасына кері әсерін болдырмау үшін қоректік ортамен жанасатын барлық материалдар улы емес, шайылмаған және инертті болуы керек. Химиялық төзімділік пен биоүйлесімділікті қамтамасыз ету үшін биоөңдеу қолданбаларына арналған арнайы шыны құрамдары ұсынылады.

6. Сигнал шығысы және интерфейсі
• Аналогтық шығыс (мВ/рН): Басқару жүйесіне аналогтық берілісті пайдаланатын дәстүрлі әдіс. Үнемді, бірақ электромагниттік кедергілерге және ұзақ қашықтықтағы сигналдың әлсіреуіне осал.
• Сандық шығыс (мысалы, MEMS негізіндегі немесе ақылды сенсорлар): Сандық сигналдарды беру үшін борттық микроэлектрониканы қамтиды (мысалы, RS485 арқылы). Тамаша шуылға қарсы иммунитетті қамтамасыз етеді, ұзақ қашықтықтағы байланысты қолдайды және калибрлеу тарихын, сериялық нөмірлерді және пайдалану журналдарын сақтауға мүмкіндік береді. Электрондық жазбалар мен қолтаңбаларға қатысты FDA 21 CFR 11 бөлімі сияқты реттеуші стандарттарға сәйкес келеді, бұл оны GMP орталарында барған сайын танымал етеді.

7. Орнату интерфейсі және қорғаныс корпусы
Сенсор биореактордағы белгіленген портпен (мысалы, үш қысқыш, санитарлық бекіткіш) үйлесімді болуы керек. Қолдану немесе пайдалану кезінде механикалық зақымдануды болдырмау және стерильділікке нұқсан келтірмей оңай ауыстыруды жеңілдету үшін қорғаныш жеңдер немесе қорғаныштар ұсынылады.