Suchen

Eine Marke der PROCESS Gruppe

Inline-Sensoren

Prozess Analyse Technologie mit Inline-Sensoren realisieren

| Autor/ Redakteur: Dr. Knut Georgy* / M.A. Manja Wühr

Der Umsatz mit Biopharmazeutika wie Impfstoffen, Hormonen oder Blutgerinnungsfaktoren wächst weiterhin. 2017 knackten die Umsätze in Deutschland die 10-Milliarden-Euro-Marke. So vielversprechend der Markt ist, so anspruchsvoll und aufwändig sind die Prozesse der Biopharmaproduktion. Für ein tiefgreifendes Verständnis und sichere Kontrolle der Prozesse eignen sich besonders Inline-Sensoren.

Firmen zum Thema

Die Sensoren erfassen kritische Biopharma-Prozessparameter inline.
Die Sensoren erfassen kritische Biopharma-Prozessparameter inline.
(Bilder: Hamilton)

Mit der Prozess Analyse Technologie (PAT) werden die wichtigsten Qualitätsattribute und Prozessparameter für die Herstellung von biopharmazeutischen Produkten identifiziert. Dies sind physikalische, chemische, biologische oder mi­krobiologische Eigenschaften oder Merkmale, die innerhalb bestimmter Grenzen liegen müssen, um die gewünschte Produktqualität zu erzielen. Unter wichtigen Prozess­parametern sind alle Parameter zusammengefasst, deren Variabilität einen Einfluss auf die wichtigsten Qualitätsattribute haben. Auch diese müssen gemessen und kontrolliert werden, damit die Qualität des Endproduktes überzeugen kann. Gleichzeitig werden bei PAT die entscheidenden Leistungsindikatoren beobachtet und die Einhaltung der zuvor festgelegten Grenz­werte kontrolliert, welche sich je nach Kultur und Zielmolekül unterscheiden. Um die genannten Parameter und Attribute genau bestimmen und kontrollieren zu können, ist der Einsatz von Inline-Sensoren ratsam.

Wissen ist Wettbewerbsvorteil Ob Branchennews, innovative Produkte, Bildergalerien oder auch exklusive Videointerviews. Sichern auch Sie sich diesen Informationsvorsprung und abonnieren Sie unseren redaktionellen Branchen-Newsletter „rund um das Thema Pharma“.

PAT in der Biopharmabranche

Das Ziel von PAT ist es, ein tiefgreifendes Verständnis von Wissenschaft und Technik sowie der Identifikation der Variablen zu erzielen, die die Qualität und Quantität der Zielmoleküle beeinflussen. Das Prozessverständnis steht dabei im Vordergrund, denn es wird davon ausgegangen, dass, sofern der Prozess verstanden ist, die Qualität des späteren Endproduktes gewährleistet ist. Speziell im Upstream-Bereich sind präzise Messwerte entscheidend, da die Produktion von biopharmazeutischen Produkten nicht nur kostspielig, sondern aufgrund der lebenden Zellen ein hochkomplexer und langwieriger Prozess ist. Die Heterogenität der Zellen sowie die physikalischen und chemischen Einflüsse verlangen nach einem fundamentalen Prozessverständnis, da sich bereits kleinste Veränderungen der Prozessparameter, wie beispielsweise des pH-Wertes, positiv oder negativ auf den Ertrag auswirken können. Säugetierzellen, wie CHO und BHK, haben im Vergleich zu mikrobiellen Organismen weniger robuste Zellmembranen und reagieren sensibler auf sich ändernde Rührgeschwindigkeiten oder pH-Werte. Darüber hinaus ist die Zellteilungsrate und damit die Produktion der Zielmoleküle wie monoklonale Antikörper oder therapeutische Proteine wesentlich langsamer, sodass Änderungen an Prozessparametern sich stark zeitverzögert bemerkbar machen. Aufgrund der genannten Faktoren ist es wichtig, permanente und langfristige Messungen durchzuführen. Die Echtzeitkon­trolle der Prozessparameter verringert Risiken und ermöglicht einen hohen Produktertrag.

Bildergalerie

Zellen unterschiedlicher Herkunft haben unterschiedliche pH-Optima. Ist der pH-Wert des Mediums nicht am oder nahe des optimalen Bereichs, kann das Auswirkungen auf das Wachstum der Zellen und deren Ertrag des gewünschten Zielmoleküls haben. Aus diesem Grund ist heute der Einsatz von pH-Sensoren bereits bei der Herstellung des Kulturmediums und während der Kultur selbst Standard. Für den Up­stream-Prozess biopharmazeu­tischer Produkte eignen sich die pH-Sensoren der ­Easy Ferm Plus Familie bestens. Sie sind mit allen gängigen Controllern und Prozessleitsystemen kompatibel, haben ein robustes Design, eine hohe Messgenauigkeit und eine sehr gute Reproduzierbarkeit.

Daneben ist der Gehalt an gelöstem Sauerstoff ein wichtiger Prozessparameter, den es zu messen und kontrollieren gilt. Der optische Sauerstoffsensor Visi Ferm DO kontrolliert auf einfache Weise die gewünschte Sauerstoffsättigung. Anders als bei traditionellen Clark-Sensoren muss der optische Sauerstoffsensor nicht polarisiert und der Elektrolyt nicht nachgefüllt werden. Ebenso entfällt auch die Veränderung des pH-Wertes des Elektrolyten durch das Stoffwechselnebenprodukt CO2 der Organismen, wodurch bei länger laufenden Kulturen eine Sauer­stoffübersättigung vermieden wird. Mit der Kombination aus optimalem pH-Wert und Sauerstoffsättigung werden wichtige Bedingungen für das Wachstum der Zellen sichergestellt. Ob sie tatsächlich wachsen, lässt sich mit der In-situ-Messung der lebenden Zelldichte verfolgen. Der Incyte-­Sensor misst die Permittivität, indem nur lebende Zellen in einem elektrischen Wechselfeld polarisiert werden. Eine steigende Permittivität korreliert mit zu­nehmenden Zellzahlen, sodass eine Umrechnung in diese nach voraus­gehender Erstellung einer zelltypabhängigen Kalibriergeraden möglich ist. Durch die kontinuierliche Messung der Permittivität lassen sich Rückschlüsse auf die Nährstoffversorgung der Zellen und auf die spätere Ausbeute des Zielmoleküls ziehen.

Fachbuch „Industriesensorik“Das Fachbuch „Industriesensorik“ von Edmund Schiessle bietet einen praxisorientierten Einblick in die Schlüsselstechnologie der digitalisierten Industrie. Der Professional findet hier alle relevanten Informationen, um das entsprechende Sensorsystem fehlerfrei in seine Produktion zu integrieren. Das Buch „Industriesensorik“ kann hier versandkostenfrei oder als eBook bestellt werden.

Ebenso spielt für den Erfolg eines Upstream-Prozesses die Qualität des verwendeten Wassers eine große Rolle. Neben dem Wasser, das zur Herstellung der Nährmedien verwendet wird, muss auch jenes zu Reinigungs- und Spülzwecken bestimmte Kriterien erfüllen. Die Einhaltung der strengen Vorgaben für Reinstwasser werden in den Arzneibüchern EP und USP definiert und sind unabdingbar. Mittels des Sensors Conducell UPW (Ultra-Pure Water) werden niedrige Leitfähigkeiten zuverlässig gemessen. Gleichzeitig entspricht der Sensor den Anforderungen gültiger Arzneibücher. Das Funktionsprinzip basiert auf der Messung des elektrischen Widerstandes des Mediums durch einen 2-Pol-Sensor. Wie gefordert, können nicht nur Warnungen bei erhöhten Leitfähigkeiten ausgegeben, sondern auch rechtzeitig korrektive Maßnahmen eingeleitet werden.

Kalibrieren leicht gemacht

Alle erwähnten Sensortypen sind als Arc-Version erhältlich. Damit sind offline-Kalibrierungen unter definierten Bedingungen im Labor möglich, da der Mikrotransmitter im Sensorkopf die Kalibrierungsdaten speichert. Optional ist ein Wireless Adapter erhältlich, sodass Messwerte und Sensorinformationen per Bluetooth auf ein mobiles Endgerät übertragen werden können. So können Sensorkonfigurationen und -kalibrierungen vor Ort angepasst oder im Falle einer Störung die Ursache unmittelbar ermittelt und behoben werden. Mithilfe von Inline-Sensoren in Bioprozessen lassen sich also kritische Prozessparameter in Echtzeit kontrollieren. Die gewonnenen Daten liefern wichtige Erkenntnisse über den Prozess.

* Der Autor ist Senior Market Segment Manager Process Analytics bei Hamilton Bonaduz, Bonaduz/Schweiz.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 45907759)