La puissance de l'analyse des gaz respiratoires pour optimiser les processus biopharmaceutiques

Aug 14, 2023

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La fermentation et la culture de cellules de mammifères sont des processus essentiels à la production de nombreux produits médicamenteux, notamment des anticorps monoclonaux thérapeutiques et des vaccins, et sont à la base de bon nombre des progrès récents en matière de thérapie cellulaire et génique. La culture cellulaire et son environnement doivent être soigneusement surveillés pour répondre aux contrôles stricts de la fabrication biopharmaceutique, ainsi que pour garantir des rendements élevés et éviter les sous-produits indésirables. L'analyse des gaz respiratoires peut être utilisée pour caractériser le comportement et la productivité des cellules en surveillant les gaz introduits dans et produits par une culture pendant l'incubation. La spectrométrie de masse des processus en ligne est une technique d'analyse continue des gaz respiratoires qui peut s'adapter aux cadres réglementaires de surveillance des processus, ce qui en fait un outil utile pour améliorer la compréhension des processus et obtenir de meilleurs résultats pendant la culture cellulaire ou la fermentation.

La technologie analytique des processus (PAT) utilise une surveillance continue pour mieux comprendre le fonctionnement des processus grâce à des mesures en temps réel. Les données générées peuvent ensuite être utilisées pour améliorer le contrôle des processus et les résultats. Au sein de l'industrie biopharmaceutique, ces résultats peuvent inclure l'amélioration de la qualité des produits, la garantie de la conformité réglementaire, la réduction du temps de traitement ou l'accélération du développement de nouveaux produits. Le PAT est un processus en plusieurs étapes, commençant par la compréhension des attributs de qualité critiques (CQA) du processus qui doit être maintenu/amélioré, puis identifiant les paramètres critiques du processus (CPP) ayant un impact sur ces CQA et, finalement, une surveillance et un contrôle continus de Des CPP pour améliorer les résultats des processus.

Figure 1 : Étapes de mise en œuvre pour PAT.

Il existe de nombreux types de PAT utilisés dans le développement et la fabrication pharmaceutiques, en fonction du type de flux de travail surveillé. La fermentation est un processus complexe qui nécessite un contrôle minutieux de l'environnement, ainsi qu'une surveillance de l'état de la culture, afin d'augmenter les rendements et d'éviter les sous-produits indésirables. Pendant la fermentation biopharmaceutique, les gaz de barbotage fournissent de l'oxygène, facilitent le contrôle du pH et de la température et favorisent un mélange efficace au sein du bioréacteur. Ce processus implique la régulation minutieuse de divers gaz, notamment l’oxygène, le dioxyde de carbone et l’azote, afin de créer un environnement optimal pour la croissance et le métabolisme des cellules. La fermentation génère également des dégagements gazeux, ou gaz de sortie, tels que du dioxyde de carbone et d'autres sous-produits métaboliques. Une gestion adéquate du flux de gaz pour éliminer ces dégagements gazeux – tout en minimisant toute perte potentielle de composés volatils précieux – est essentielle, car leur accumulation peut inhiber la croissance cellulaire et la formation de produits.

La surveillance en ligne des gaz de barbotage et de sortie peut être utilisée pour calculer le quotient respiratoire (RQ) – le taux de consommation d'oxygène et d'évolution du dioxyde de carbone. Connaître le QR est essentiel pour comprendre la santé de la culture, indiquant à la fois l'efficacité métabolique et le type de nutriments consommés. L'évaluation précise des concentrations des gaz d'entrée et de sortie d'un bioréacteur – y compris les gaz volatils – constitue une approche idéale pour suivre avec précision la cinétique de croissance et la consommation de substrat d'une culture de manière non invasive, sans compromettre la stérilité de l'environnement. Ces données fournissent des informations précieuses pour aider à optimiser les processus, les temps d'alimentation et le début de l'induction, ainsi qu'à déterminer le moment idéal pour arrêter la fermentation pour une masse cellulaire viable maximale. L'analyse des gaz en temps réel offre également la possibilité d'identifier la contamination avant l'inoculation, ainsi que de détecter les sous-produits indésirables et le début d'un empoisonnement. Ces facteurs améliorent l’efficacité globale de la fabrication, réduisent le surtraitement et le gaspillage, et contribuent à des rendements et des bénéfices biopharmaceutiques plus élevés.