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.