バイオ医薬品プロセスを最適化するための呼吸ガス分析の力

Aug 14, 2023

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発酵および哺乳動物細胞培養は、治療用モノクローナル抗体やワクチンを含む多くの医薬品の製造にとって重要なプロセスであり、細胞および遺伝子治療における最近の進歩の多くを支えています。 バイオ医薬品の製造における厳しい管理を遵守し、高収量を確保して不要な副産物を回避するには、細胞培養とその環境を注意深く監視する必要があります。 呼吸ガス分析を使用すると、培養中に培養物に供給され、培養物によって生成されるガスを監視することにより、細胞の挙動と生産性を特徴付けることができます。 オンラインプロセス質量分析は、プロセスモニタリングの規制枠組みに適合できる連続呼吸ガス分析技術であり、プロセスの洞察を改善し、細胞培養または発酵中のより良い結果を推進するための有用なツールとなります。

プロセス分析テクノロジー (PAT) は、継続的なモニタリングを使用して、リアルタイム測定を通じてプロセスがどのように機能するかをより深く理解します。 生成されたデータは、プロセスの制御と結果を改善するために使用できます。 バイオ医薬品業界では、これらの成果には、製品品質の向上、規制遵守の確保、処理時間の短縮、新製品開発の加速などが含まれる場合があります。 PAT は複数段階のプロセスであり、維持/改善が必要なプロセスの重要な品質属性 (CQA) を理解することから始まり、次にどの重要なプロセス パラメータ (CPP) がそれらの CQA に影響を与えるかを特定し、最終的には継続的な監視と制御を行います。プロセスの成果を向上させるための CPP。

図 1: PAT の実装手順。

医薬品の開発と製造では、監視対象のワークフローの種類に応じて、さまざまな種類の PAT が使用されます。 発酵は複雑なプロセスであり、収量を増やし、不要な副産物を避けるために、培養状態を監視するだけでなく、環境を注意深く制御する必要があります。 バイオ医薬品の発酵中、スパージガスは酸素を供給し、pH と温度の制御を助け、バイオリアクター内の効率的な混合を促進します。 このプロセスには、酸素、二酸化炭素、窒素などのさまざまなガスを注意深く制御して、細胞の成長と代謝に最適な環境を作り出すことが含まれます。 発酵では、二酸化炭素やその他の代謝副産物などのオフガス、つまり出口ガスも生成されます。 蓄積すると細胞の成長や生成物の形成が阻害される可能性があるため、貴重な揮発性化合物の損失の可能性を最小限に抑えながら、これらのオフガスを除去するための適切なガス流量管理が不可欠です。

スパージガスと出口ガスの両方のオンラインモニタリングを使用して、酸素消費量と二酸化炭素発生率である呼吸商 (RQ) を計算できます。 RQ を知ることは、代謝効率と消費される栄養素の種類の両方を示す、文化の健全性を理解するために不可欠です。 バイオリアクターの入口と出口のガス（揮発性ガスを含む）の濃度を正確に評価することは、環境の無菌性を損なうことなく、非侵襲的な方法で培養物の増殖動態と基質消費を正確に追跡するための理想的なアプローチを提供します。 このデータは、プロセス、供給時間、誘導の開始を最適化し、生細胞量を最大にする理想的な発酵停止時間を決定するのに役立つ貴重な洞察を提供します。 リアルタイムのガス分析は、接種前に汚染を特定したり、望ましくない副生成物や中毒の発症を検出したりする機会も提供します。 これらの要因により、全体的な製造効率が向上し、過剰処理と無駄が削減され、バイオ医薬品の収率と利益の向上に貢献します。