ラマン分光法による上流バイオプロセスの制御
Nicro社が代謝物やバイオマスをリアルタイムで監視できるターンキー型培養システムを提供
>インダストリ:
ライフサイエンス
Nicro社は、培養システムの設計技術にEndress+Hauserのラマン技術とBICRO BIOCentreの分析サービスを組み合わせ、培養プロセス向けの包括的なソリューションを構築しました。インライン監視によって、時間のかかるオフライン分析に代わり、代謝物やバイオマスをリアルタイムで測定できるようになりました。これにより、研究者はプロセスの状態をより詳しく把握し、適切なタイミングで介入できるようになります。また、汚染リスクの低減や生産の最適化、収率の向上にもつながります。
当初のコスト分析では、オフラインのサンプル分析と比較した場合、インラインラマン監視への投資は35回の培養プロセスで回収できると試算されました。また、ラマン監視によって培養プロセスの所要時間を短縮することで、10日間のプラント生産性を33%向上できる可能性も示されました。
リアルタイムの情報取得が培養プロセスの制御を改善
原料となる代謝物のグリセロール、副生成物の酢酸塩、バイオマスの増殖指標であるOD600をインラインで直接測定することで、培養プロセスの状態をより詳しく把握できます。1つのプローブで複数の項目を監視できるため、時間をかけて得られるラボ分析の結果を待つことなく、その時点のプロセス状態に基づいて判断を下せます。主な成果は以下のとおりです。
- 代謝物のリアルタイム監視によるプロセスサイクル時間の短縮
- プロセス制御の改善による生産の最適化と収率の向上
- オフラインでのサンプル取扱い作業の削減による汚染リスクの低減
- 複数の培養パラメータの同時監視
- バッチ間の待ち時間の短縮
- 培養プロセス向けの包括的な技術パッケージソリューション
「代謝の切り替わりは、必ずしも毎回同じタイミングで起こるわけではありません。いつ介入すべきかを正確に把握するには、オンライン監視が欠かせません。」
Maja Marinović氏, 微生物学研究所所長, BICRO BIOCentre Ltd
©Endress+Hauser
インラインラマン分光法は、リアルタイム測定によってサンプリング作業の負担を減らし、運用効率を高めることで、培養プロセスの監視を効率化します。
課題：時間がかかり、リスクも伴うオフライン分析に代わる手法の導入
培養の進行状況は、培地中の溶存酸素を監視することで推定できます。光学密度や代謝物濃度からも詳しい情報が得られますが、従来、これらのパラメータは時間のかかるクロマトグラフィー技術を用いてオフラインで測定されてきました。
分析のためにサンプルを採取すると、プロセス情報を得るまでに時間がかかるうえ、サンプルの取扱い作業も増えます。また、汚染が発生し、貴重な製造バッチが失われるリスクもあります。そこでNicro社は、オフラインで繰り返しサンプリングすることなく、代謝物濃度やバイオマスの増殖に関する情報を適切なタイミングで取得できるソリューションを必要としていました。
Endress+Hauserのソリューション：培養プロセス向けの統合型ラマン監視システム
Nicro社は、培養システムの設計に関する専門技術と、BICRO BIOCentreやEndress+Hauserの技術・サービスを組み合わせ、培養プロセス向けの包括的なパッケージソリューションを実現しました。このソリューションは、以下の製品やサービスで構成されています。
- Nicro社による培養システム一式の設計・エンジニアリング
- Endress+HauserのRaman Rxnアナライザ
- Endress+HauserのRaman Rxn-45プローブ
- BICRO BIOCentreの分析サービス
- 分析モデルの開発を支援するS-PACTのモデリングサービス
ラマンプローブはプロセスラインに直接設置され、グリセロール濃度、酢酸塩濃度、バイオマスの増殖指標であるOD600を監視します。1つのプローブで複数の項目を同時に監視できるため、培養状態をリアルタイムで把握でき、オフラインのサンプル分析に伴う情報取得の遅れを解消できます。
また、インラインで得られる情報は、発生するタイミングがバッチごとに異なるプロセス内の変化を把握するうえでも役立ちます。今回の事例では、オンライン監視によって細菌が利用する炭素源が別の炭素源に切り替わるタイミングを特定でき、適切なタイミングで原料を供給することが可能になりました。
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Nicro is a Croatian company whose tailored bioreactors propelled the rise of pharma, biotech, food and chemical industries in the region.
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