Fujifilm i HORIBA wspólnie opracowały wbudowany system Raman do bieżącego monitoringu procesu w bioprodukcji

Fujifilm Corporation i HORIBA, Ltd. ogłosiły współrozwój wysokoczułego systemu pomiarowego Raman „inline”, przeznaczonego do ciągłego, bieżącego monitorowania w czasie rzeczywistym stężeń składników bezpośrednio z bioreaktora i urządzeń technologicznych podczas hodowli komórkowej oraz etapów oczyszczania w produkcji bioproduktów. Gdy system jest wykorzystywany do sterowania procesami oczyszczania w wytwarzaniu leków przeciwciałowych, uzysk przeciwciał poprawia się o około 10% w porównaniu z konwencjonalnymi metodami kontroli opartymi na UV-Vis.

Spółki zapowiedziały również prezentację rozwiązania na BIO International Convention w San Diego (USA) w dniach 22–25 czerwca 2026 r.

Biologiczne leki wytwarzane są z wykorzystaniem układów biologicznych, takich jak komórki lub mikroorganizmy, a rozwój dotyczy coraz bardziej złożonych modalności, w tym terapii przeciwciałami oraz terapii komórkowych i genowych. Terapie te stosuje się w leczeniu wielu chorób, m.in. nowotworów i zaburzeń o podłożu immunologicznym. Rynek biopharmaceuticals rośnie w tempie około 9% rocznie.

W produkcji bioproduktów nawet niewielkie odchylenia warunków procesu mogą istotnie wpływać na jakość produktu i uzysk — dotyczy to m.in. stężenia tlenu w pożywce do hodowli komórkowej oraz parametrów oczyszczania. W praktyce w trakcie hodowli i oczyszczania prowadzi się analizę różnych składników, ale tradycyjne metody offline wymagają pobierania próbek z bioreaktora i roztworów procesowych, co utrudnia obserwację zmian składu w czasie rzeczywistym. W efekcie rośnie zapotrzebowanie na techniki pomiarowe o wysokiej czułości, które potrafią analizować warunki wewnątrz bioreaktora i instalacji procesowych bez przerywania pracy procesu.

Opracowany przez firmy system łączy wysokoczuły spektrometr Raman, jednorazową sondę o zwiększonej przepustowości optycznej oraz własne algorytmy pomiarowe Fujifilm. Połączenie technologii projektowania optycznego Fujifilm rozwijanych w ramach działalności związanej z obrazowaniem i urządzeniami optycznymi oraz know-how Biopharmaceutical manufacturing w modelu Bio-CDMO, a także technologii Raman HORIBA — znanych z wysokiej czułości, precyzji i stabilności — ma umożliwiać osiągnięcie poziomu czułości na poziomie przewodzącym w branży. System ma zapewniać precyzyjne, bieżące monitorowanie zmian w składzie pożywek do hodowli komórkowej oraz roztworów pochodzących z etapów oczyszczania.

W kolejnych krokach obie firmy mają wspólnie zweryfikować rozwiązanie pod kątem zastosowań w realnych warunkach przemysłowych. Celem jest wsparcie stabilnej produkcji wysokiej jakości bioproduktów — w tym leków przeciwciałowych — oraz ograniczenie kosztów wytwarzania poprzez poprawę monitoringu procesu i zaawansowanej analizy danych.

Zastosowany w systemie spektrometr Raman HORIBA ma długą historię wdrożeń w procesach rafineryjnych, gdzie wymagane jest bieżące monitorowanie chemiczne w trudnych warunkach pracy. Urządzenie opracowano tak, by zapewniało wysoką precyzję i stabilną pracę w długim czasie. Wysoka czułość ma wynikać z autorskiego projektu redukcji szumu, który ogranicza wahania sygnału związane ze wzrostem temperatury. Dodatkowo system ma umożliwiać dokładny pomiar ciągły dzięki automatycznej kalibracji, która niweluje dryf widma wywołany m.in. zmianami temperatury.

Sondę jednorazową skonstruowano z myślą o wydajnym zbieraniu światła przy wysokiej czułości oraz o ograniczeniu ryzyka zanieczyszczeń, eliminując potrzebę czyszczenia. Dzięki optymalizacji pod kątem materiału i struktury do zastosowań w produkcji biopharmaceuticals system może rejestrować słabe sygnały, których trudno byłoby dopatrzyć się metodami konwencjonalnymi, a także ma osiągać najwyższy w branży wskaźnik sygnał/szum (S/N) w systemach wykorzystujących dostępne komercyjnie spektrometry Raman i sondy do pomiarów inline. W praktyce ma to pozwalać zachować odpowiednią dokładność nawet przy krótkim czasie akwizycji, co przekłada się na lepszą przepustowość pomiarów.

Własne algorytmy pomiarowe Fujifilm wyodrębniają zarejestrowane widma Raman — na podstawie charakterystycznych liczb falowych przypisanych substancjom docelowym i zanieczyszczeniom — i budują model predykcyjny. Ma to umożliwiać bardzo dokładne śledzenie zmian w czasie stężeń składników pożywek do hodowli komórkowej oraz zanieczyszczeń i substancji docelowych w roztworach z etapów oczyszczania.

W zastosowaniach przemysłowych system ma m.in. poprawiać wynik procesu oczyszczania przy produkcji leków przeciwciałowych. Konwencjonalne metody kontroli procesowej oparte na UV-Vis potrafią mierzyć całkowite stężenie białka, ale nie rozróżniają przeciwciał od wariantów wielkości, takich jak agregaty i fragmenty. System wykorzystuje charakterystyczne liczby falowe przeciwciał i zanieczyszczeń wyodrębnione z widm Raman o wysokim S/N uzyskiwanych dzięki połączeniu spektrometru i sondy jednorazowej oraz tworzy model predykcyjny na podstawie tych danych. Dzięki temu możliwe ma być ciągłe, precyzyjne monitorowanie stężeń przeciwciał i zanieczyszczeń. Jak podają firmy, przeciwciała można zbierać w optymalnym momencie, kiedy poziomy zanieczyszczeń pozostają w dopuszczalnych granicach, bez pogorszenia uzysku substancji czynnej. Testy z wykorzystaniem systemu potwierdziły około 10% poprawy uzysku w porównaniu z metodami kontroli UV-Vis.

System ma też wspierać stabilizację jakości w procesach hodowli komórkowej. Ma umożliwiać ciągłą identyfikację i pomiar wielu aminokwasów obecnych w pożywce, co pozwala na bieżące śledzenie zmian składu pożywek w bioreaktorze. W konsekwencji możliwe ma być wskazywanie źródeł zmienności zarówno pomiędzy partiami, jak i w obrębie tej samej partii, co ma ułatwiać precyzyjne sterowanie procesem i wspierać stabilną produkcję wysokiej jakości bioproduktów.

W zakresie rozwoju procesów system, dzięki ciągłej analizie inline w czasie rzeczywistym, ma skracać czas potrzebny na klasyczne analizy offline oparte na pobieraniu próbek. Umożliwia to szybsze powtarzanie cyklu prób procesowych — od optymalizacji warunków po weryfikację — co ma przekładać się na większą sprawność i przyspieszenie prac nad rozwojem procesu.