Beschleunigung der Bioproduktion mit automatisierten PAT-Systemen

Gepostet: 2. August 2023 | Catherine Eckford (European Pharmaceutical Review) | Noch keine Kommentare

Experten von Amgen haben einen Prozessanalysator mit mikrosequentieller Injektion (µSI) und eine automatische Assay-Vorbereitungsplattform (A2P2) als autonome Plattform für prozessanalytische Technologie (PAT) hervorgehoben, um eine schnelle Prüfung und Freigabe biopharmazeutischer Produkte zu ermöglichen.

In Biotechnology and Bioengineering veröffentlichte Forschungsergebnisse haben zwei innovative, automatische Online-Echtzeit-Probenerfassungs- und -vorbereitungssysteme für die prozessbegleitende Überwachung, Kontrolle und Freigabe von Biopharmazeutika demonstriert. Die vorgeschlagene Plattform für autonome Prozessanalysetechnologie (PAT) besteht aus einem Prozessanalysator mit mikrosequentieller Injektion (µSI) und einer automatischen Assay-Vorbereitungsplattform (A2P2) für den Einsatz im Labor als Offline-Analysesystem und in der Fertigungshalle. Diese können eine schnelle Prüfung und Freigabe von Produkten erleichtern, die in einer GMP-Umgebung (Good Manufacturing Practice) hergestellt wurden.

Die Echtzeitüberwachung und -steuerung der Bioproduktionsprozesse durch Einblicke in die Produktqualität sei nach wie vor ein zentraler Schwerpunkt in der biopharmazeutischen Industrie, heißt es in dem Papier.

Das von Experten bei Amgen verfasste Papier stellte fest, dass Verzögerungen im Zusammenhang mit Offline-Analysetests die Geschwindigkeit der Prozessentwicklung beeinträchtigen können. Daher sind Analysetechnologien erforderlich, um die Prozessentwicklung zu beschleunigen.

Die Autoren erklärten, dass eine innovative Analysestrategie für den Aufbau von Widerstandsfähigkeit und das Management von Risiken in der Fertigungsqualität sowie für die Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit in der Branche von wesentlicher Bedeutung ist.

Bei der Entwicklung einer Analysestrategie zielen automatisierte Systeme darauf ab, die routinemäßige und bedarfsgerechte Erfassung wichtiger Produktqualitäts- und Prozessleistungsmerkmale in Labors und Produktionsanlagen zu ermöglichen.

Die von den Forschern vorgeschlagenen autonomen PAT-Plattformen bieten Überwachung rund um die Uhr, zuverlässige Leistung und Ressourcenflexibilität. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen analytischen Ansätzen, die Arbeitsabläufe zur Probengewinnung und -vorbereitung umfassen. Diese sind in der Regel fehleranfällig aufgrund manueller Vorgänge.

Autonomes PAT mit digitaler Zwillingsintegration berichtet

Während die Chip-basierte Fluidminiaturisierung Vorteile wie einen geringen Materialverbrauch und eine schnelle Analyse bietet, kann die Minimierung des Proben- und Reagenzverbrauchs auf den Nanoliter- oder niedrigeren Bereich im Mikrofertigungsmaßstab beispielsweise bei der Probenahme zu Fehlern führen.

Daher ist es vorteilhafter, ein Instrument zu entwickeln, das den Proben- und Reagenzienverbrauch auf wenige Mikroliter reduziert, sagen Wu et al. schrieb. Diese Faktoren haben zu einem praktischen Maß an Miniaturisierung durch das integrierte µSI-Fluidikdesign geführt.

Dem Papier zufolge behält dieses Design eine kurze Fluidleitungsgeometrie anstelle von schmalen bei, wodurch der Proben- und Reagenzverbrauch verringert wird, ohne dass die inhärenten Probleme mikrogefertigter Fluidkanäle auftreten.

Das Team entwickelte und implementierte die LC-MS- und LC-integrierten µSI-Prozessanalysesysteme für Online-Multi-Attribute-Methoden (MAM)-Assays und Glykanmessungen.

Sie entwarfen außerdem ein schlüsselfertiges A2P2-System, um die Entwicklung attributzentrierter biotherapeutischer Herstellungsprozesse zu beschleunigen.

Zu den grundlegenden Designüberlegungen für die Systeme gehörten die Reduzierung des Geräte-Footprints, eine schnellere Ergebnisdurchlaufzeit, softwaregesteuerte Funktionen, die Leistungskonsolidierung sowie eine vereinfachte Betriebsfähigkeit.

Die autonome PAT-Plattform umfasst Fluidleitungen und strategisch platzierte Materialhandhabungsmechanismen. Diese bieten Ressourcenschonung, optimierte Assay-Effizienz, kontrollierte Bedingungen, reproduzierbare Ergebnisse und langfristige Systemrobustheit.

Der globale PAT-Markt wird im Jahr 2032 voraussichtlich 10 Milliarden US-Dollar überschreiten …

Das System enthält mehrere Funktionseinheitenoperationen. Diese arbeiten durch programmierbare Algorithmen zusammen, um die Proben- und Reagenzienlogistik, direkte Prozesse und Reaktionen zu verwalten. Insgesamt ermöglichen diese eine selbstgesteuerte Auswahl des Assay-Protokolls mit regelbasierter Parameteranpassung für eine optimale Ausgabe.

Sie können die Prozessentwicklung durch ihre Fähigkeit, komplexe Tests schnell durchzuführen, beeinflussen, heißt es in dem Papier.

Die Autoren fassten zusammen, dass die Systeme problemlos in eine Strategie integriert werden können und eine attributorientierte Prozessentwicklung, -überwachung und -steuerung in Echtzeit in der biopharmazeutischen Industrie ermöglichen.

„Effizienzgewinne durch die Integration von Fluidminiaturisierung, autonomer Diagnostik und fortschrittlicher Analytik sind erheblich und führen zu einer effizienten Entwicklung von Prozessen, die konsistent qualitativ hochwertige Produkte herstellen“, sagte Wu et al. abgeschlossen.

Neuartiges PAT-System könnte adaptive Prozesssteuerung ermöglichen

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