O poder da análise de gases respiratórios para otimizar processos biofarmacêuticos

Aug 14, 2023

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A fermentação e a cultura de células de mamíferos são processos críticos para a produção de muitos medicamentos, incluindo anticorpos monoclonais terapêuticos e vacinas, e sustentam muitos dos avanços recentes na terapia celular e genética. A cultura celular e o seu ambiente devem ser cuidadosamente monitorizados para cumprir os controlos rigorosos da produção biofarmacêutica, bem como para garantir elevados rendimentos e evitar subprodutos indesejados. A análise de gases respiratórios pode ser usada para caracterizar o comportamento e a produtividade das células, monitorando os gases que são alimentados e produzidos por uma cultura durante a incubação. A espectrometria de massa de processo on-line é uma técnica para análise contínua de gases respiratórios que pode se enquadrar nas estruturas regulatórias para monitoramento de processos, tornando-a uma ferramenta útil para melhorar os insights do processo e gerar melhores resultados durante a cultura celular ou fermentação.

A tecnologia analítica de processos (PAT) utiliza monitoramento contínuo para obter uma melhor compreensão de como os processos funcionam por meio de medições em tempo real. Os dados gerados podem então ser usados ​​para melhorar o controle e os resultados do processo. Na indústria biofarmacêutica, esses resultados podem incluir a melhoria da qualidade do produto, a garantia da conformidade regulatória, a redução do tempo de processamento ou a aceleração do desenvolvimento de novos produtos. O PAT é um processo de várias etapas, começando com a compreensão dos atributos críticos de qualidade (CQAs) para o processo que precisa ser mantido/melhorado, depois identificando quais parâmetros críticos do processo (CPPs) impactam esses CQAs e, eventualmente, monitoramento e controle contínuos de CPPs para melhorar os resultados do processo.

Figura 1: Etapas de implementação do PAT.

Existem muitos tipos de PAT utilizados no desenvolvimento e fabricação farmacêutica, dependendo do tipo de fluxo de trabalho que está sendo monitorado. A fermentação é um processo complicado que requer um controle cuidadoso do meio ambiente, bem como monitoramento do estado da cultura, para aumentar o rendimento e evitar subprodutos indesejados. Durante a fermentação biofarmacêutica, os gases de pulverização fornecem oxigênio, auxiliam no controle do pH e da temperatura e promovem a mistura eficiente dentro do biorreator. Este processo envolve a regulação cuidadosa de vários gases – incluindo oxigénio, dióxido de carbono e azoto – para criar um ambiente ideal para o crescimento e metabolismo das células. A fermentação também gera gases de escape, ou gases de saída, como dióxido de carbono e outros subprodutos metabólicos. O gerenciamento adequado do fluxo de gás para remover esses gases residuais – ao mesmo tempo que minimiza qualquer perda potencial de compostos voláteis valiosos – é essencial, pois o acúmulo pode inibir o crescimento celular e a formação de produtos.

O monitoramento on-line dos gases de pulverização e de saída pode ser usado para calcular o quociente respiratório (RQ) – a taxa de consumo de oxigênio e evolução de dióxido de carbono. Conhecer o QR é essencial para entender a saúde da cultura, indicando tanto a eficiência metabólica quanto o tipo de nutrientes que estão sendo consumidos. A avaliação precisa das concentrações dos gases de entrada e saída de um biorreator – incluindo gases voláteis – fornece uma abordagem ideal para rastrear com precisão a cinética de crescimento de uma cultura e o consumo de substrato de maneira não invasiva, sem comprometer a esterilidade do ambiente. Esses dados fornecem informações valiosas para ajudar a otimizar os processos, os tempos de alimentação e o início da indução, bem como para determinar o momento ideal para interromper a fermentação para obter a máxima massa celular viável. A análise de gases em tempo real também oferece oportunidades para identificar a contaminação antes da inoculação, bem como para detectar subprodutos indesejados e o início do envenenamento. Esses fatores melhoram a eficiência geral da fabricação, reduzem o excesso de processamento e o desperdício e contribuem para maiores rendimentos e lucros biofarmacêuticos.