Nová studie publikovaná v odborném časopise Bioprocess and Biosystems Engineering ukazuje, že Time-Gated Ramanova Spektroskopie (TGRS) výrazně zvyšuje citlivost při monitorování komplexních upstream bioprocesů. Tento pokrok má zásadní význam pro real-time řízení procesů v biofarmaceutické výrobě.

Bioprocesy, zejména kultivace savčích buněk, jako jsou např. CHO (Chinese Hamster Ovary), vyžadují přesné a kontinuální sledování klíčových analytů – glukózy, laktátu, amoniaku, glutaminu, alaninu a dalších.

Standardní inline nástroje procesní analýzy, včetně klasické Ramanovy spektroskopie, jsou sice široce využívány, jejich použití je však omezeno fluorescenčním pozadím, které snižuje citlivost a zvyšuje mez detekce (LOD).

Co přináší Time-Gated Ramanova Spektroskopie

Time-Gated Ramanova Spektroskopie využívá časový rozdíl mezi okamžitým Ramanovým rozptylem a pomalejší fluorescenční emisí. Díky přesné synchronizaci laserových pulzů s detektorem dokáže TGRS potlačit fluorescenční šum a selektivně zachytit čistý Ramanův signál – i v opticky náročných kultivačních médiích.

Ve studii byl použit přístup modelování čistých komponent a analýza Net Analyte Signal (NAS) pro porovnání TGRS s konvenční Ramanovou spektroskopií na vzorcích z CHO buněčných kultur.

Klíčové výsledky studie

• Vyšší poměr signál/šum (SNR): TGRS dosáhla konzistentně vyššího SNR u všech pěti sledovaných analytů, což vedlo k jasnějším a spolehlivějším spektrům.
• Nižší meze detekce (LOD): U některých analytů došlo ke snížení LOD až o několik řádů, což umožňuje dřívější detekci metabolických změn a rychlejší zásah do procesu.
• Lepší chemická selektivita: NAS analýza potvrdila ostřejší a lépe rozlišené Ramanovy píky, což indikuje snížené spektrální interference a vyšší specificitu měření.

Průlom pro PAT (Process Analytical Technology)

Výsledky jasně ukazují, že TGRS má potenciál významně posílit PAT strategie v upstream bioprocesingu. Umožňuje citlivější, přesnější a skutečně inline měření klíčových procesních proměnných, což je zásadní pro pokročilé řízení procesů, optimalizaci výroby a další rozvoj automatizace v biovýrobě.

Výhled do budoucna

Autoři studie plánují další výzkum zaměřený na vývoj chemometrických modelů, které umožní převést TGRS signály do kvantitativních procesních informací v dynamickém prostředí bioreaktorů. Tím se otevírá cesta k širšímu průmyslovému nasazení této technologie. Detaily studie si můžete pročíst zde.