Biopharmaceutical process monitoring with Raman spectroscopy / Monitoraggio del processo biofarmaceutico con spettroscopia Raman

Biopharmaceutical process monitoring with Raman spectroscopy / Monitoraggio del processo biofarmaceutico con spettroscopia Raman

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Process analytical technology for real-time spectral results 

Introduction

Many pharmaceuticals – including vaccines, blood components, somatic cells, and gene therapies – are manufactured in living cells. Collectively known as biologics, they have many applications in human health and disease and are typically produced in large batches in bioreactors. Manufacturers use Process Analytical Technology (PAT) to closely monitor and control the micro-environment in the bioreactor. PAT tools for bioprocess monitoring that are off-line analytical systems can be intrusive and require separate sampling. Implementing in-line, real-time PAT tools has the potential to benefit biopharmaceutical manufacturers by:

 • Reducing the cost of development 

• Improving batch consistency

 • Optimizing lab and bench space

 • Minimizing downtime 

• Noninvasive handling to minimize contamination

A comprehensive process Raman spectroscopy solution 

The Ramina Process Analyzer utilizes the power of Raman spectroscopy. Raman spectroscopy is a molecular analysis technique that has been effectively deployed by the pharmaceutical and biotech industry to identify and quantify unknown materials. Using this technology, an unknown sample of material is illuminated with monochromatic (single wavelength or single frequency) laser light, which can be absorbed, transmitted, reflected, or scattered by the sample. Light scattered from the sample is due to either elastic collisions of the light with the sample’s molecules (Rayleigh scatter) or inelastic collisions (Raman scatter). Whereas Rayleigh scattered light has the same frequency (wavelength) of the incident laser light, Raman scattered light returns from the sample at different frequencies corresponding to the vibrational frequencies of the bonds of the molecules in the sample. Raman spectroscopy has been proven to accurately identify molecules in a wide range of samples and, in recent years, the technique has been utilized as a PAT tool for process monitoring. Raman spectroscopy has many advantages other analytic tools, including being highly accurate and versatile, generating rapid results, and being non-destructive to the sample. However, traditional Raman systems are complex and bulky, and require a well-trained technician to operate them, often making them unsuitable for in-line use. 

The Ramina Process Analyzer is designed to overcome these challenges and perform accurate and reliable Raman measurements in real-time.

 In the resources below, explore: 

• The key features of the Ramina Process Analyzer and how it can be used for in-line monitoring of biologic production without the need for sample preparation. 

• The technical specifications of the Ramina Process Analyzer including its small footprint and factory calibration, which make it convenient to deploy at any point in your biopharmaceutical manufacturing process within minutes. 

• How this compact and highly portable instrument combines the power of Raman spectroscopy with easy-to-use software, enabling experts and non-experts alike to collect accurate and reliable measurements. 

• Pairing the Ramina Process Analyzer with the MarqMetrix BallProbe to accurately analyze liquids, solids, slurries, powders, and heterogeneous mixtures.

How Raman spectroscopy works

 Raman spectrometers contain a laser that is directed at a sample through a fiberoptic cable with a probe at the end. The energy from the laser causes covalently bonded molecules in the sample to vibrate. The light is either reflected to the probe or absorbed into the sample, and a lesser amount of light released. The probe contains a detector that collects and interprets the light scattered from the sample to generate a unique molecular fingerprint for the molecules in the sample. This is called a Raman spectrum.

Applications of Raman spectroscopy 

Biopharmaceutical manufacturers are increasingly using process Raman analyzers to monitor cell cultures within bioreactors. In these case studies, find out how:

 • The Ramina Process Analyzer can provide accurate real-time measurements of total and viable cell densities and critical process parameters, including glutamine and lactate in a fed-batch CHO cell culture process. 

• The Ramina Process Analyzer can be used to model the glucose content of a bioprocess and tell you when to add more glucose to ensure cells are produced at a precise rate. Take your chemometrics to the next level Thermo Fisher Scientific is here to help you make the most of the Ramina Process Analyzer in your manufacturing processes. These expert resources outline: 

• How the team of chemometricians and engineers from Thermo Fisher Scientific can help you optimize your chemometric analysis to transform your Raman spectral data into trusted business decisions. 

• How one chemometric model can be transferred between many different systems while maintaining high measurement accuracy and precision, saving you time and money on model design. 

• The service plans Thermo Fisher Scientific offers to maximize productivity and optimize performance throughout the lifecycle of your system.

ITALIANO

Tecnologia analitica di processo per risultati spettrali in tempo reale-

Introduzione

Molti prodotti farmaceutici, inclusi vaccini, componenti del sangue, cellule somatiche e terapie geniche, sono prodotti in cellule viventi. Collettivamente noti come prodotti biologici, hanno molte applicazioni nella salute e nelle malattie umane e sono generalmente prodotti in grandi lotti nei bioreattori. I produttori utilizzano la tecnologia analitica di processo (PAT) per monitorare e controllare da vicino il microambiente nel bioreattore. Gli strumenti PAT per il monitoraggio dei bioprocessi che sono sistemi analitici off-line possono essere intrusivi e richiedere un campionamento separato. L'implementazione di strumenti PAT in linea ed in tempo reale ha il potenziale per avvantaggiare i produttori biofarmaceutici:

 • Riduzione dei costi di sviluppo

• Miglioramento della consistenza dei lotti

 • Ottimizzazione dello spazio in laboratorio e sul banco

 • Riduzione al minimo dei tempi di inattività

• Manipolazione non invasiva per ridurre al minimo la contaminazione

Una soluzione completa per la spettroscopia Raman di processo

Il Ramina Process Analyzer utilizza la potenza della spettroscopia Raman. La spettroscopia Raman è una tecnica di analisi molecolare che è stata efficacemente impiegata dall'industria farmaceutica e biotecnologica per identificare e quantificare materiali sconosciuti. Utilizzando questa tecnologia, un campione sconosciuto di materiale viene illuminato con luce laser monocromatica (singola lunghezza d'onda o singola frequenza), che può essere assorbita, trasmessa, riflessa o diffusa dal campione. La luce diffusa dal campione è dovuta a collisioni elastiche della luce con le molecole del campione (scatter Rayleigh) o collisioni anelastiche (scatter Raman). Mentre la luce diffusa Rayleigh ha la stessa frequenza (lunghezza d'onda) della luce laser incidente, la luce diffusa Raman ritorna dal campione a frequenze diverse corrispondenti alle frequenze vibrazionali dei legami delle molecole nel campione. È stato dimostrato che la spettroscopia Raman identifica accuratamente le molecole in un'ampia gamma di campioni e, negli ultimi anni, la tecnica è stata utilizzata come strumento PAT per il monitoraggio dei processi. La spettroscopia Raman presenta molti vantaggi rispetto ad altri strumenti analitici, tra cui l'elevata precisione e versatilità, la generazione di risultati rapidi e la non distruzione del campione. Tuttavia, i sistemi Raman tradizionali sono complessi ed ingombranti e richiedono un tecnico ben addestrato per farli funzionare, rendendoli spesso inadatti all'uso in linea.

Il Ramina Process Analyzer è progettato per superare queste sfide ed eseguire misurazioni Raman accurate ed affidabili in tempo reale.

Nelle risorse seguenti, esplora:

• Le caratteristiche principali dell'analizzatore di processo Ramina e come può essere utilizzato per il monitoraggio in linea della produzione biologica senza necessità di preparazione del campione.

• Le specifiche tecniche dell'analizzatore di processo Ramina, tra cui il suo ingombro ridotto e la calibrazione di fabbrica, che lo rendono comodo da implementare in qualsiasi momento del processo di produzione biofarmaceutica in pochi minuti.

• In che modo questo strumento compatto e altamente portatile combina la potenza della spettroscopia Raman con un software di facile utilizzo, consentendo ad esperti e non esperti di raccogliere misurazioni accurate e affidabili.

• Accoppiamento di Ramina Process Analyzer con MarqMetrix BallProbe per analizzare con precisione liquidi, solidi, fanghi, polveri e miscele eterogenee.

Come funziona la spettroscopia Raman

Gli spettrometri Raman contengono un laser diretto su un campione attraverso un cavo in fibra ottica con una sonda all'estremità. L'energia del laser fa vibrare le molecole legate in modo covalente nel campione. La luce viene riflessa sulla sonda o assorbita nel campione e viene rilasciata una quantità minore di luce. La sonda contiene un rilevatore che raccoglie ed interpreta la luce diffusa dal campione per generare un'impronta molecolare univoca per le molecole nel campione. Questo è chiamato spettro Raman.

Applicazioni della spettroscopia Raman

I produttori biofarmaceutici utilizzano sempre più gli analizzatori Raman di processo per monitorare le colture cellulari all'interno dei bioreattori. In questi case study, scopri come:

  • L'analizzatore di processo Ramina è in grado di fornire misurazioni accurate in tempo reale della densità cellulare totale e vitale e dei parametri di processo critici, tra cui glutammina e lattato in un processo di coltura cellulare CHO fed-batch.

• Il Ramina Process Analyzer può essere utilizzato per modellare il contenuto di glucosio di un bioprocesso ed indicare quando aggiungere più glucosio per garantire che le cellule vengano prodotte ad una velocità precisa. Porta la tua chemiometria ad un livello superiore. Thermo Fisher Scientific è qui per aiutarti a ottenere il massimo dall'analizzatore di processo Ramina nei tuoi processi di produzione. Queste risorse esperte descrivono:

• In che modo il gruppo di chemiometrici e ingegneri di Thermo Fisher Scientific può aiutarti a ottimizzare la tua analisi chemiometrica per trasformare i tuoi dati spettrali Raman in decisioni aziendali affidabili.

• In che modo un modello chemiometrico può essere trasferito tra molti sistemi diversi mantenendo un'elevata accuratezza e precisione di misurazione, risparmiando tempo e denaro nella progettazione del modello.

• I piani di assistenza offerti da Thermo Fisher Scientific per massimizzare la produttività e ottimizzare le prestazioni durante l'intero ciclo di vita del sistema.

Da:

https://www.selectscience.net/downloads/articles/79_Raman_Spectroscopy_TFS_Application_Ebook.v3.pdf