Weshalb sich CLD in der Bioprozesstechnik verlangsamt
In der Zelllinienentwicklung (CLD) kommt es zu wesentlichen Verzögerungen, wenn Einblicke in das Zellwachstum erst nach dem optimalen Zeitpunkt für Entscheidungen eintreffen, insbesondere, wenn große Klon-Panels aus Kulturen im Milliliterbereich gescreent werden. Die Inline-Raman-Spektroskopieanalyse mit einer Konfiguration für Durchflüsse im Mikrovolumenbereich wandelt Trends in der Konzentration lebensfähiger Zellen (VCC)/Lebensfähigkeitstrends in ein operatives Signal um, das Sie beim Screening zur Früherkennung verwenden können, wodurch früheres Ranking, weniger Wiederholungsprüfungen und das Beibehalten des Kulturvolumens möglich sind, während Arbeitsabläufe kompatibel mit zukünftigen Automatisierungsmaßnahmen bleiben.
Das Screening von Klonen ist ein als Analyseproblem verschleiertes Durchsatzproblem. Sie können Zellen zwar zählen, allerdings nicht schnell genug, konsistent genug und vor allem nicht ohne wertvolle frühe Kulturen zu verbrauchen. Wenn Informationen zur Konzentration lebensfähiger Zellen (VCC) zu spät eintreffen, verschieben die Teams die Negativselektion (Down‑Selection), wiederholen Bestätigungsläufe und verlängern den Screening-Passaging-Zyklus, was zu einem höheren Zeit- und Kostenaufwand im gesamten Programm führt.
Der VCC-Trend, der Maßnahmen ermöglicht
Die Raman-Spektroskopie ermöglicht eine nicht-invasive Online-Trenderstellung der Zellkonzentration und Lebensfähigkeitssignale über zahlreiche Kulturen hinweg. Mithilfe chemometrischer Modelle, die über einen großen VCC-Bereich erstellt wurden, können Teams die relativen VCC-Trends bei CHO-Klonen (Chinese Hamster Ovary) unterscheiden und Kandidaten mit weniger Abhängigkeit von reagenzienbasierten Zählzyklen vergleichen.
Die Raman-Spektroskopie führt zu Transparenz in folgenden Bereichen:
- Frühe VCC-Trennung zwischen Klonkandidaten (Ranking-Signal)
- Wachstumsverlauf während Screening und Passaging (Trend, keine Momentaufnahme)
- Vergleichbare Signale über CHO-Linien/exprimierte Proteine hinweg (Screening-Konsistenz)
Diese wesentliche Fähigkeit wurde in wissenschaftlich begutachteten Studien nachgewiesen, die zeigen, das die Raman-Spektroskopie Zellwachstum, Konzentration lebensfähiger Zellen und Stoffwechselprofile in CHO-Zellkulturen unter wechselnden Bedingungen zuverlässig abbilden kann.
Für Kulturen im Milliliterbereich und hohen Durchsatz konzipiert
Um den Einschränkungen in der Anfangsphase gerecht zu werden, wird ein strömungsbasiertes Raman-System in einer Konfiguration für geringe Mengen eingesetzt, das eine zuverlässige Spektrenerfassung aus minimalen Probenvolumina ermöglicht. Die Mikroströmungszelle minimiert den Verbrauch unter Beibehaltung der Spektrumsqualität, und ihre Architektur unterstützt die zukünftige Integration in Automatisierungskonzepte.
Dieser technisch entwickelte Arbeitsablauf erfüllt CLD-Anforderungen:
- Kleine Probenvolumina
- Hoher Screening-Durchsatz
- Wiederholbare Messungen über viele Kulturen
- Zukünftige Integration in automatisierte Kultivierungsplattformen
Schnelleres Klon-Ranking und weniger Wiederholungsprüfungen
Wenn VCC-Trends bei minimaler Probenentnahmebelastung zur Verfügung stehen, können Entscheidungen früher getroffen werden. Teams können leistungsschwache Kandidaten früher herausfiltern, fundierte Passaging-Entscheidungen treffen und schneller robuste, produktive Klone erzielen, ohne auf die Ergebnisse langwieriger Analysen zu warten. Das Ergebnis sind nicht "mehr Daten", sondern besseres Timing: Schnelle Ergebnisse ermöglichen es, Entscheidungen zu treffen, während die Auswahl an Klonen groß ist und alle Optionen noch offen sind.
Betriebsgewinne, die sich im CLD-Prozess messen lassen
Durch die verringerte Abhängigkeit von Zählzyklen mit hohem Verbrauch an Materialien, können CLD-Teams folgende Verbesserungen verzeichnen:
- Kürzere Screening-Zyklen und schnellere Down‑Selection
- Geringerer Verbrauch an Reagenzien/Verbrauchsmaterialien
- Weniger verbrauchtes Kulturvolumen in der frühen Entwicklung
- Konsistentere Vergleichbarkeit über große Gruppen von Klonen
- Analysen, die sich skalieren lassen und zu Automatisierung führen, statt isolierter manueller Schritte
Ablauf des CLD-Screenings bei KBI Biopharma
In einer dokumentierten CLD-Anwendung unterstützte die Raman-Spektroskopie die vorausschauende Modellierung zur Überwachung der Zellkonzentration über zahlreiche CHO-Zelllinien hinweg, die verschiedene rekombinate Proteine exprimieren, wodurch eine einfache Unterscheidung über einen breiten VCC-Bereich gewährleistet und gleichzeitig das Probenvolumen minimiert wurde.
Neben der Machbarkeit zeigte die Implementierung, wie sich die Raman-Spektroskopie nahtlos in CLD-Arbeitsabläufe integrieren lässt – vom Versuchsaufbau bis zur Modellerstellung – und langfristig die automatisierte Upstream-Überwachung ermöglicht.
Weshalb Endress+Hauser?
Endress+Hauser unterstützt die Zelllinienentwicklung vom Versuchsaufbau bis hin zur chemometrischen Modellerstellung und Schulung und lieferte Raman-Spektroskopie-Lösungen, die für die Analyse im Mikrovolumenbereich und automatisierungsfähige Prozesse maßgeschneidert sind.
Unser Fokus liegt nicht allein auf der Instrumentierung, sondern darauf, CLD-Forscher dabei zu unterstützen, schneller und mit mehr Sicherheit voranzukommen und dabei wertvolle Zellkulturen zu erhalten und frühzeitigere, besser informierte Prozessentscheidungen sicherzustellen.
Wie Inline-Messungen in der Bioprozesstechnik über CLD hinaus Mehrwert schaffen
Dieses White Paper zeigt praktische Möglichkeiten auf, wie Inline-Messungen in Echtzeit von der Entwicklung bis zu den Upstream- und Downstream-Betriebsabläufen genutzt werden können. Erfahren Sie, wie die Verknüpfung von kritischen Prozessparametern (CPP) und kritischen Qualitätsattributen (CQA) zu einem früheren Zeitpunkt im Prozess zu einem reibungsloseren Technologietransfer, fundierteren Steuerungsentscheidungen sowie messbaren Verbesserungen in Ausbeute und Produktqualität führt.
Sie erfahren:
- Wie Echtzeit-Informationen zu CPP und CQA frühere, besser informierte Entscheidungen unterstützen
- Wo Inline- und Multiattribut-Sensoren in Upstream- und Downstream-Prozessen Mehrwert schaffen
- Wie die Raman-Spektroskopie zur Überwachung von Zusammensetzung, Qualität und Konsistenz beiträgt
- Wie Messkontinuität von der Entwicklung im Labor bis zur Serienfertigung aussieht
