On-line Messung der Zelldichte liefert bessere Ergebnisse

Hamilton bietet mit Incyte und Dencytee Sensoren neue Wege für Bioprozesse

Da biologische Prozesse nicht zuletzt in der Industrie an Bedeutung gewinnen, wächst der Markt für diesen Bereich stetig an. Speziell die Produktion von Impfstoffen, Antikörpern oder auch Arzneimitteln stehen hoch im Kurs. Dabei ist die Physiologie der genutzten Zellen, sehr empfindlich und bedarf oft schneller Reaktionen und somit einer präzisen Kontrolle der Kulturen – Punkte, denen mit Hilfe moderner on-line Messlösungen Rechnung getragen werden kann. Im Rahmen der Forschung auf diesem Gebiet sind meist mehrere Parameter zu bestimmen: der pH-Wert, gelöster Sauerstoff, als auch die Zelldichte leisten wichtigen Aufschluss hinsichtlich des Zustandes der Kulturen und somit der Ergebnisse. Werden diese Parameter außer Acht gelassen, hat dies negative Auswirkungen auf Qualität und Quantität des Produktes.

On-line Messungen zur Bestimmung des pH-Wertes oder des gelösten Sauerstoffs haben bereits Einzug in biologische Prozesse erhalten. Tatsächlich können zahlreiche Parameter auf diese Weise analysiert werden. Einflussgrößen, die jedoch wirklich wichtige Erkenntnisse zur Zell-Physiologie liefern, bedurften bislang einer zeitaufwändigen und weniger genauen off-Line Messung. Mit den neuen Incyte und Dencytee Sensoren aus dem Hause Hamilton wurde nun ein wichtiger Fortschritt erzielt. Denn diese ermöglichen eine direkte Echtzeitmessung der lebenden bzw. der gesamten Zelldichte und bieten im Zuge dessen nie dagewesene Analysemöglichkeiten. Aktuelle Informationen über kritische Situationen, die zuvor verpasst worden wären, finden dank der neuen Sensoren unmittelbar Beachtung und bringen die Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet einen wichtigen Schritt voran. Mit Hilfe der on-line Messung ist es möglich, Prozessabweichungen zu erkennen und im Zuge dessen die erforderlichen Anpassungen schnell vorzunehmen.

Der Incyte Sensor wurde speziell für die Anwendung bei Säugetierzellen, Hefen sowie dichten, bakteriellen Fermentationen entwickelt. Weder Veränderungen des Mediums noch Mikrocarrier oder Zellfragmente beeinflussen das Messergebnis. Das Funktionsprinzip basiert auf der Messung der Permittivität: In einem elektrischen Wechselfeld verhalten sich lebende Zellen wie kleine Kondensatoren. Deren Ladung und somit die Permittivität werden mit dem Sensor bestimmt. Die Verbesserung der Ernte und niedrigere Kosten stellen ebenso Vorteile dieser Technologie dar, wie die unmittelbare Detektion von Veränderungen der Zellphysiologie.

Der Dencytee Sensor hingegen misst gesamte Zelldichte anhand des Trübungsgrades. Die Messung erfolgt durch Wellenlängen im nahen Infrarot-Bereich und ist daher unempflindlich gegenüber Farbveränderungen des Mediums. Sämtliche Partikel und Moleküle, welche Licht im diesem Wellenlängenbereich streuen, werden detektiert - sowohl lebende als auch tote Zellen.

Die Qualität und Zuverlässigkeit der Sensoren in Bioprozessen wurde seitens Hamilton im Rahmen von Pilotprojekten unter Beweis gestellt. Hierbei wurde die Genauigkeit der gemessenen Ergebnisse durch den zusätzlichen Einsatz von off-line-Messungen evaluiert. Für die Herstellung monoklonaler Antikörper wurden im Rahmen eines Projektes eine optimale Kultivierung von CHO-Zellen (Chinese Hamster Ovary) im Bioreaktor etabliert. Um im Versuchsablauf eine hohe Reproduzierbarkeit zu erzielen, erfolgte eine engmaschige Überwachung aller relevanten Parameter, zu denen pH-Wert, gelöster Sauerstoff sowie die lebende und gesamte Zelldichte gehörten. Bei diesen Kulturen haben bereits geringe Prozessabweichungen mitunter große Auswirkungen auf das Zellwachstum zur Folge. Die Bestimmung von pH-Wert und gelöstem Sauerstoff sind nur indirekt mit dem Zellstatus und -wachstum verknüpft. Kombiniert mit den pH- und Sauerstoffsensoren, ermöglichen die kapazitiven Incyte Sensoren die kontinuierliche Messung aller relevanten Daten eines Bioprozesses. Dadurch gestalten sich die biologischen Prozesse wesentlich transparenter und können zudem künftig weiterhin optimiert werden.

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