Double mesure de l O2 dissous pour contrôler la densité des cultures de cellules

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1 Pharma L analyse industrielle des fluides 11 News INGOLD Leading Process Analytics Double mesure de l O2 dissous pour contrôler la densité des cultures de cellules Mesurer l oxygène dissous à l arrivée et à la sortie permet de contrôler avec une précision et une fiabilité élevées la vitesse de croissance des cultures de cellules mammaliennes dans les bioréacteurs à lit fixe. METTLER TOLEDO a évalué et discuté avec plusieurs clients d une nouvelle méthode de contrôle de la densité des cellules consistant à effectuer une double mesure de l oxygène dissous à la fois à l entrée et à la sortie d un bioréacteur à lit fixe. Une demande croissante pour les cultures de cellules mammaliennes Les cellules mammaliennes sont largement utilisées pour produire des biomolécules telles que la glycoprotéine recombinante comme les hormones, les enzymes, la cytokine et les anticorps à usage thérapeutique. Compte tenu de leurs avantages, d énormes efforts ont été déployés pour développer les cellules animales en tant que vecteur commercial. On dispose désormais de bioréacteurs autorisant une multitude de systèmes de culture de cellules. Cellules en suspension, avec ou sans dispositifs de rétention des cellules. Cellules immobilisées, avec cellules fixées sur un support tel que les lits fixes. Un besoin croissant de cultures de cellules mammaliennes La demande en protéines thérapeutiques dérivées de cultures de cellules mammaliennes continue à croître avec l approbation de nouveaux produits. Certains de ces produits nouvellement mis au point ont besoin d être administrés en doses plus élevées et doivent être fabriqués en plus grande quantité que les anciens produits. Il faut donc accroître constamment la productivité des bioréacteurs destinés à la culture de cellules mammaliennes.

2 Editeur / Production MettlerToledo AG Process Analytics Im Hackacker 15 CH8902 Urdorf Suisse Les cultures de perfusion fournissent une densité des cellules plus élevée La plupart des protéines biopharmaceutiques sont produites dans des bioréacteurs sous agitation, par culture en batch ou en fedbatch. Il est relativement simple d augmenter la production dans des bioréacteurs agités. Toutefois, cela nécessite des volumes de culture importants, c estàdire compris entre 10 et 20 m 3 en raison des densités de cellules relativement basses atteintes dans ce procédé. Habituellement, la densité des cellules dans les cultures en suspension est comprise entre 10 6 et 10 7 cellules/ml. Dans les cultures de perfusion, on peut atteindre une densité de cellules presque 10 fois supérieure (10 7 à 10 8 cellules/ml) à celle des cultures par lots dans les bioréacteurs agités. Dans les cultures de perfusion, le milieu est perfusé à une vitesse appropriée et à un volume constant. La culture et les cellules sont retenues dans le bioréacteur par différents moyens. En pratique, un rendement de cellules 10 fois supérieur avec la technique de perfusion signifie qu une culture de perfusion de 2 m 3 produit autant qu une culture en fedbatch de 20m 3! Outre cet avantage, il convient de mentionner que les cultures de perfusion sont très complexes et difficiles à augmenter. Les bioréacteurs à lit fixe font preuve d une excellente productivité volumétrique comparativement aux cultures par lots Un bioréacteur à lit fixe se compose habituellement d un lit fixe soutenant des cellules sur ou à l intérieur de porteurs et d un réservoir utilisé pour faire recirculer le milieu nutritif oxygéné à travers le lit. Ce système garantit une productivité extrêmement élevée tout en étant compact. Les lits fixes sont largement utilisés pour les cultures de perfusion des cellules mammaliennes immobilisées. La disponibilité de l oxygène est un facteur limitant l obtention d une taille de lit maximale Les lits fixes ne peuvent pas être augmentés sans limite. A l entrée du lit, la solubilité assez faible de l oxygène limite la profondeur du lit. Partout dans le lit, la concentration en oxygène ne doit pas descendre en dessous d un certain seuil critique, car cela compromettrait la survie des cellules et leur capacité à produire la protéine souhaitée. La vitesse de croissance des cellules dépend de la consommation d oxygène Etant donné que les cellules croissent sur le lit fixe, la densité des cellules ou la vitesse de croissance ne peut pas être mesurée dans le milieu nutritif recirculé. Si l on mesure la concentration d oxygène à l entrée (CO2 à l entrée) et à la sortie (CO2 à la sortie), on peut calculer la densité des cellules à partir du taux de consommation d oxygène. Des doubles mesures de l O2 dissous représentent une application intéressante dans le contrôle de la consommation d O2 Un bioréacteur à lit fixe fonctionne normalement dans une plage de concentrations d oxygène qui pourraient être inférieures à 80% de la saturation d oxygène. Le CO2 à la sortie demeure supérieur à 20% alors que les cellules ont un taux spécifique constant de consommation en oxygène de 2 x mol/cellule/h. Cette application, qui permet de déterminer la densité des cellules avec une mesure de l oxygène dissous à l entrée et à la sortie d un bioréacteur à lit fixe, est en cours d évaluation dans une grande société pharmaceutique. La mise en place de la technologie à lit fixe va ouvrir de nouvelles opportunités pour sa production. Illustrations Archives de MarCom CH8902 Urdorf Suisse Archives de National research Council, Canada Archives de Transicom Sous réserve de modifications techniques MettlerToledo AG 12/07 Imprimé en Suisse. InPro M METTLER TOLEDO Pharma News

3 Recommandation du système METTLER TOLEDO Afin d obtenir des résultats d une grande fiabilité et de réduire le temps en maintenance inutile, METTLER TOLEDO recommande le système de mesure suivant pour cette application: 2 sondes à oxygène InPro transmetteurs M 700 munis de modules O2 dissous METTLER TOLEDO Analyse Industrielle est convaincue que cette façon de contrôler la densité des cellules dans des bioréacteurs à lit fixe intéressera bientôt nombre d autres entreprises pharmaceutiques. reservoir O2 Bioréacteur O2 O2 dissous in O2 dissous out O2 dissous in = O2 dissous out Croissance de cellule sur le lit fixe O2 dissous in > O2 dissous out Pas de croissance dans le bioréacteur O2 dissous Temps La double mesure de l O2 dissous permet de déterminer la densité cellulaire et la vitesse de croissance à partir du taux d absorption de l oxygène. Le contrôle du ph améliore la précision dans la fermentation Electrode ph InPro 3253 La fermentation instable des bactéries et des levures a été maîtrisé grâce à la mise en place de l électrode ph InPro Ce qui a ainsi permis une très importante amélioration de la précision des mesures. Bharat Biotech International Ltd. Hyderabad, Inde Bharat Biotech International Limited (BBIL/Bharat Biotech), Hyderabad, Inde, est une société de biotechnologie multidimensionnelle. Elle est spécialisée dans la recherche orientée sur les produits, la mise au point et la fabrication de vaccins, et la biothérapie. Créée en 1996, Bharat Biotech travaille au développement de la prochaine génération de vaccins et de produits biothérapeutiques en basant sa recherche sur l innovation et la collaboration. L usine de fabrication de pointe de BBIL est la plus grande de ce type dans la région AsiePacifique. Première installation biopharmaceutique du pays à être contrôlée et approuvée par l Administration sudcoréenne des aliments et des médi caments (Korean Food & Drugs Administration/KFDA) elle s étend sur un complexe pittoresque de la Genome Valley, Hyderabad. La construction de l usine a nécessité un investissement de plus d un milliard d INR (Roupies indiennes), et ses procédures et protocoles de fabrication et de contrôle sont conformes aux normes strictes définies par des institutions internationalement reconnues telles que l USFDA, l UKMCA et l OMS. Bharat Biotech a fixé de nouveaux standards pour l innovation et la qualité qui témoignent des immenses progrès réalisés par la biotechnologie indienne sur la scène internationale. Une situation à améliorer M. R. Venkatesan, manager senior de l usine, était aussi responsable du procédé de fermentation basé sur des bactéries et des cellules de levures durant la phase pilote et du procédé de production. Pour contrôler ces procédés, il avait installé le système de mesure du ph d un concurrent. Toutefois, les résultats n étaient pas du tout satisfaisants. Les performances de l électrode ph étaient en effet très médiocres: elle avait une durée de vie courte, la coloration de l électrolyte gel déviait et il n était pas possible d utiliser l électrode pendant plus de 10 à 15 cycles de stérilisation. En raison de ces performances médiocres, M. Venkatesan était prêt à tester et à installer un nouveau système de mesure recommandé par METTLER TOLEDO. BBIL connaissait déjà notre société car nous avions conclu plusieurs affaires ensemble par le passé. METTLER TOLEDO Pharma News 3

4 Le procédé La mise en marche du procédé, nécessitait quelques actions préliminaires: nettoyage du fermenteur dans un procédé NEP calibrage de l électrode ph InPro 3253 avec des solutions tampon standard (ph 9,21 et 4,01) chargement du fermenteur avec le milieu et ajustement de la valeur ph par l ajout de NaOH ou de HCl automatiques stérilisation automatique à la vapeur plus de 30 minutes à 121 C stabilisation de la température à 37 C Le procédé de fermentation se déclenche dès l addition d inoculums (semences) dans la cuve. Au cours du procédé, les dosages de NaOH / HCl ont été contrôlés par le transmetteur ph 2050 e. L objectif était de maintenir le procédé à 37 C et à un ph de 7,00. Les attentes du client et sa satisfaction Le contrôle et l ajustement précis du ph jouent un rôle important dans l obtention de la croissance requise des bactéries et des cellules de levures. Le procédé de fermentation est terminé au bout de 24 heures de croissance et de multiplication des semences, et la matière récoltée peut être obtenue après centrifugation finale. Il est donc crucial d optimiser le procédé de fermentation. Les résultats ont été très satisfaisants. Ce sont surtout les points suivants qui ont été améliorés : précision des mesures durée de vie de l électrode nombre accru de cycles de stérilisation par électrode fiabilité des résultats de mesure stabilité du mode de culture temps de réponse de l électrode contrôle de la température par la sonde intégrée maintenance et traitement Le système de mesure METTLER TOLEDO a installé quatre boucles de mesure composées des éléments suivants: électrode ph InPro 3253/120/Pt 100 transmetteur ph ph 2050 e Conclusions Le bon choix d un système de mesure peut permettre non seulement d améliorer la qualité de l ensemble du processus, mais aussi d économiser du temps et de l argent même si les coûts initiaux sont légèrement plus élevés. La multiplication par quatre des cycles de stérilisation a facilité la décision. InPro InPro 3253 pour les applications de biotechnologie Avec verre sensible au ph qui minimise la dérive du point zéro après la stérilisation Diaphragme autonettoyant pour une précision de mesure optimale Conçue pour être utilisée à des pressions de procédé allant jusqu à 4 bars Entièrement autoclavable ou stérilisable sur site Niveau de fiabilité maximal des valeurs de mesure garanti par le piège à ions argent breveté et la sonde de température intégrée Mesure du redox, diagnostic amélioré et protection contre les potentiels parasites en option Conforme à tous les règlements appropriés en matière d hygiène et de sécurité. 4 METTLER TOLEDO Pharma News

5 Date/Time Drift Control Glass Impedance Reference Impedance Calibration Points Buffer Voltage Temperature Response Time Slope Zero Point Date of Manufacturing Time of Operation Max. Temperature Response Time Autoclaving Cycles CIPCycles SIPCycles 6/30/2007 9:23:00 AM Coarse 256 MO 48 ko 1 Point 1 Point ph mv 73.8 F 17 s 58.7 mv/ph 7.1 ph 5/30/ h 23.6 F 15 s Sensor Condition Sensor Wear 4.9% Slope% 100.0% Zero Point% 95.4% Reference Impedance% 91.6% Glass Impedance% 80.0% Point 3 Slope Zero Point Glass Impedance Reference Impedance mv ph 0.6Rcal.. 100kO + 0.5Rcal 0.3Rcal.. 3.5Rcal isense ISM Asset Suite Gérez facilement vos sondes ISM Le logiciel isense ISM Asset Suite pour l analyse de processus représente une étape importante dans l amélioration du contrôle de la durée de vie de vos sondes, de la première mise en place dans votre procédé jusqu à la décision de remplacer la sonde. Augmentation de la demande en données de contrôle Les nombreux calibrages effectués chaque année doivent être regroupés, gérés et analysés efficacement pour satisfaire les exigences imposées par les normes, sans empiéter sur votre temps et vos ressources limités. Technologie ISM Le concept numérique de gestion intelligente des sondes («Intelligent Sensor Management») facilite considérablement le fonctionnement des systèmes analytiques de procédé, de l installation initiale à la maintenance et au remplacement de la sonde. Il étaye parfaitement l intégration verticale des informations de diagnostic dans l environnement de contrôle du procédé. L usure prévisible de la sonde ou les informations adaptatives du compteur de Sensor Calibration Report No. CAL Customer/Sensor Calibration Test Equipment Test Engineer itsystems AG SoftwareDevelopment UG 7a, Malzgasse Basel, Basel Stadt 4052 Switzerland METTLER TOLEDO InPro3250i/SG TAG: PN SN Sunday, August 12, :03:15 AM Designation Description isense METTLER TOLEDO isense (R0.7beta) Username ITSYSTEMS\bernhard.sauter HardwareID EF96C7E6A01E574F Buffer Mettler Toledo9 ( ) LotNo. Buffer 1 1S134A LotNo. Buffer 2 1R138B LotNo. Buffer 3 1S059A Sensor Qualification Report No. ADJ Customer/Sensor Test Equipment calibrage peuvent être intégrées à votre PLC via la technologie fieldbus. isense la clé pour maximiser les avantages de la technologie ISM isense permet de vérifier et de calibrer les électrodes ph ISM numériques et les sondes numériques pour mesurer l oxygène dissous dans des conditions de laboratoire. Connexion facile à votre ordinateur Connectez simplement votre sonde ISM à votre ordinateur via un port USB et suivez les instructions de votre logiciel isense. Aucun transmetteur ne s avère nécessaire. Satisfait aux exigences de description détaillée isense Asset Suite garantit une description détaillée de tous les antécédents de la sonde. Cette fonctionnalité est idéale pour Test Engineer itsystems AG SoftwareDevelopment UG 7a, Malzgasse Basel, Basel Stadt 4052 Switzerland Designation isense METTLER TOLEDO InPro3250i/SG PN SN Description METTLER TOLEDO isense (R0.7beta) Tuesday, August 14, :23:35 PM les entreprises recherchant une solution de calibrage autonome complète et fiable pour satisfaire facilement aux exigences de description détaillée. Support de calibrage intuitif Augmentez votre productivité avec l application de pointe isense pour la gestion du calibrage de vos sondes. Une analyse a démontré que vous pouviez réduire énormément la durée et la fréquence du calibrage, ce qui vous permettrait de réaliser des économies d environ 25% et un retour sur investissement de seulement 3 mois! Gérer vos sondes ISM tout au long de leur cycle de vie La base de données SQL fournit un aperçu complet de l ensemble des données de votre sonde et vous permet d avoir accès à toutes les informations précédemment enregistrées sur l ensemble des équipements utilisés dans le procédé. L exportation illimitée des données ouvre de nombreuses possibilités pour optimiser votre système de mesure et votre procédé. Les avantages de votre sonde sont garantis. Calibration Results Visual Inspection Qualification Results Fouling or coating Broken or damaged membrane Electrolyte contaminated Cracked glass body Corrosion in plug Parameter Measured Normalized Specification Status Sensor Performance Qualification Activity Test Engineer Date/Signature METTLER TOLEDO isense "isensereportcal pdf" created on 8/29/2007, 1:26:54 PM Service Technician Date/Signature METTLER TOLEDO isense "isensereportadj pdf" created on 8/29/2007, 1:27:01 PM METTLER TOLEDO Pharma News 5

6 Conductivité Contre Prolifération Bactérienne Technique inégalée de mesure de la conductivité pour procédés NEP La technologie de mesure de la conductivité en ligne de METTLER TOLEDO joue un rôle essentiel dans le fonctionnement efficace des systèmes CleaningInPlace (NEP), garantissant les niveaux de propreté les plus élevés possible ainsi qu un contrôle optimal des solutions de nettoyage. L équipement CleaninginPlace (NEP / nettoyage en place): intégré au système de production Les systèmes NEP font aujourd hui partie intégrante des systèmes de production dans l industrie pharmaceutique. Le nettoyage est effectué conformément à des règlements officiels clairement définis. À la fin de chaque cycle de nettoyage, les solutions de nettoyage utilisées sont réacheminées dans les réservoirs de stockage pour être réutilisées ultérieurement. La récu pération contrôlée des solutions acides et basiques permet de déterminer leur degré de recyclabilité. Contrôle des acides et des bases via la conductivité Le niveau de concentration des acides et bases récupérés est déterminé par des mesures de conductivité. Pour garantir une concentration correcte dans les réservoirs individuels, les solutions récupérées sont automatiquement reconcentrées jusqu à obtention de la concentration requise. Procédure de nettoyage Les mesures en ligne de la conductivité permettent de contrôler efficacement et rentablement les différentes étapes d un procédé NEP telles que le démarrage du dosage de la base ou de l acide, ou le rinçage à l eau. La mesure de la conductivité permet d établir le degré de contamination des solutions de nettoyage dans le tuyau de retour et, ainsi, de déterminer en conséquence si les solutions peuvent être recyclées ou si elles doivent être rejetées. La procédure NEP est un procédé multiétapes. Au cours d une première étape, les différentes solutions de lavage sont préparées dans des réservoirs de stockage à l aide de mesures de conductivité. Le rinçage final a lieu avec de l eau ultrapure. La valeur de mesure de la conductivité de l eau ultrapure détermine la fin du cycle NEP. La conductivité régule le procédé NEP La contamination peut être détectée avec certitude et la concentration de chaque solution de lavage déterminée très précisément. Le programme de nettoyage est simple à contrôler grâce aux contacts de nettoyage intégrés au transmetteur et facile à intégrer à un Process Control System (PCS / système de contrôle de procédé). Les sondes de conductivité utilisées pour contrôler les instruments de dosage sont directement intégrées aux réservoirs de solution de façon à ce que si une concentration chute en dessous d une certaine valeur, le contact de nettoyage du transmetteur préprogrammé s active et que la pompe d alimentation en acide ou InPro en base se mette en marche en conséquence. L InPro 7108VARVP est largement utilisée L InPro 7108VARVP est parfaitement ada p tée aux applications requérant de hautes exigences d hygiène: la sonde est conçue pour supprimer la prolifération des bactéries indésirables. La priorité absolue est de sécuriser le procédé et de minimiser les pertes de production et les coûts de laboratoire. Les mesures de conductivité en ligne des procédés NEP, offrent de nombreux avantages dans l industrie pharmaceutique: précision des mesures, évaluation du degré de recyclabilité des solutions de nettoyage. Avantages pour l utilisateur Pas de poches mortes Pour applications requérant une hygiène stricte Protections contre la prolifération bactérienne Aucun risque de contamination des parties humides Réduction des pertes de production Durée des cycles du procédé raccourcie 6 METTLER TOLEDO Pharma News

7 Précision élevée avec l InPro 8200 InPro Le contrôle de la turbidité optimise le procédé de cristallisation Les mesures en ligne de la turbidité fournissent une indication précoce des écarts de qualité dans la réaction de précipitation du procédé de cristallisation. Elles permettent de réaliser des économies de temps et d argent dans le traitement en aval. Contexte Une amine (RNH2) produite par synthèse dans l industrie pharmaceutique est présente sous la forme de sel hydrochloride ([RNH3] + Cl ) et doit être précipitée à partir d une solution claire par l ajout de soude caustique (NaOH). Les échantillons d amine précipitée ont révélé des fluctuations importantes et inacceptables dans la pureté du produit. Exigence d un signal clair de la turbidité de la cristallisation Les conditions de précipitation, la composition du solvant, la concentration et le taux de dosage de la soude caustique influent sur la qualité du produit intermédiaire. Pour optimiser cette étape de la réaction, l utilisation d un système de mesure de la turbidité en ligne a fourni des informations importantes. La figure 1 illustre sous forme de graphique les gradients des signaux de la sonde de turbidité par rapport au(x) taux de dosage de la soude caustique. L augmentation linéaire des taux de dosage s est accompagnée Fig.1 Gradients du signal de turbidité NaOH d une hausse du niveau de la turbidité, puis d un déclin du signal avant le lent aplanissement de la concentration des particules solides sur une valeur stable. Le déclin du signal de turbidité indique l agglomération des cristaux les plus fins et peutêtre aussi la présence d impuretés piégées. Un dosage plus rapide et optimisé de la soude caustique entraîne la précipitation spontanée de tout le produit, lequel présente en outre un degré de pureté plus élevé. L objectif: économiser du temps et éviter des lots défectueux La compréhension approfondie des conditions optimales de précipitation permet donc d obtenir un produit présentant le degré de pureté souhaité. La sonde de turbidité en ligne, utilisée dans le procédé, fournit des informations sur la manière dont ces conditions seront maintenues et indique donc très tôt tout écart de qualité dans la réaction de précipitation. Cela permet d éviter en aval un traitement des lots défectueux qui est très coûteux en temps et en argent. Dosage rapide Addition d éthanol Des mesures fiables grâce à la solution METTLER TOLEDO La sonde de turbidité InPro 8200 s est révélée être la solution idéale pour ce type d application. L utilisation de fenêtres saphir inrayables permet un fonctionnement de longue durée, même en présence de cristaux abrasifs. La transmission du signal entre la sonde et le transmetteur utilisant la technologie de câble en fibre optique associée au principe de lumière rétrodiffusée nécessite une sonde au design très compact, de façon à ce que l installation soit également possible dans de petits réacteurs de recherche et dans des cuves destinées à une production de masse. Caractéristiques de l InPro 8200 Idéale pour les concentrations moyennes à faibles, dans les applications exigeant une résolution élevée. Deux fibres optiques Design lisse de la sonde qui empêche l encrassement et réduit la maintenance Large plage de mesures Précision élevée Fenêtre saphir pour la protection des fibres METTLER TOLEDO Pharma News 7

8 Une gamme complète de services MettlerToledo Analyse Industrielle vous offre une gamme complète de services. Notre but est de vous apporter un support adapté à vos besoins, pour un fonctionnement optimal de vos procédés. Services Service d aide à la conformité aux réglementations Support en ligne Consultez notre site 24/24h, 7/7j Contrats de service Maintenance Vérification Etalonnage Remise en état Maintenance & Support Installation Mise en service Formation SAV Support technique Contactez notre Hotline technique Au MettlerToledo AG Process Analytics Im Hackacker 15 CH8902 Urdorf Suisse Visitez notre site pour plus d informations

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