maverick：即插即用、幾分鐘即可實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)的多參數(shù)pat工具
通過拉曼光譜原理和內(nèi)置的3種模型，可同時(shí)實(shí)時(shí)測(cè)量經(jīng)驗(yàn)證的全系列cho和hek293細(xì)胞培養(yǎng)中的3個(gè)關(guān)鍵過程參數(shù)：葡萄糖、乳酸、總細(xì)胞密度（tcd）；且可以同時(shí)連接6臺(tái)反應(yīng)器，并在內(nèi)置屏幕或手機(jī)app上顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，幫助擺脫高入門成本經(jīng)典拉曼方法。與經(jīng)典拉曼pat儀器相比，獨(dú)立探頭與光譜儀的組合，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)平行罐掃描；opc-ua反饋控制，且符合3q及21 cfr part11，幫助快速實(shí)現(xiàn)從工藝開發(fā)、工藝控制到中試放大生產(chǎn)的自動(dòng)化需求。
bioprocessing 4.0：利用先進(jìn)的數(shù)字技術(shù)、自動(dòng)化和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法來(lái)改變生物制藥的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式。為了使用pat方法實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的bioprocessing 4.0 工藝研發(fā)過程，culture biosciences和908 devices合作測(cè)試maverick和culture biosciences的云連接250ml生物反應(yīng)器。maverick提供實(shí)時(shí)、在線的生物過程分析和控制，開箱即用，沒有傳統(tǒng)拉曼方法的成本、復(fù)雜性和風(fēng)險(xiǎn)。
（左圖）culture biosciences cloud生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)室視圖，配有兩個(gè)生物反應(yīng)器（288和289）和908devices maverick。（右圖）插入250ml反應(yīng)器中的在線探針的放大視圖。
細(xì)胞培養(yǎng)方案：在四個(gè)250ml生物反應(yīng)器中培養(yǎng)中華倉(cāng)鼠卵巢（cho）哺乳動(dòng)物細(xì)胞。兩個(gè)生物反應(yīng)器安裝了maverick（908 devices）用作實(shí)驗(yàn)對(duì)照。maverick在整個(gè)培養(yǎng)過程中連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)量葡萄糖、乳酸和生物量。在culture biosciences的云連接專有控制器和監(jiān)測(cè)技術(shù)的控制下，全自動(dòng)向生物反應(yīng)器補(bǔ)充補(bǔ)料培養(yǎng)基、葡萄糖和其他營(yíng)養(yǎng)成分。補(bǔ)料步驟可以手動(dòng)或自動(dòng)激活，具體取決于應(yīng)用程序和客戶流程的需要。在測(cè)試的方案中，使用來(lái)自每日離線測(cè)量的結(jié)果反饋補(bǔ)料控制，以調(diào)節(jié)生物反應(yīng)器中的葡萄糖水平。每隔24小時(shí)對(duì)生物反應(yīng)器進(jìn)行無(wú)菌取樣，并分析葡萄糖、乳酸、其他代謝物（flex2）和細(xì)胞密度（vi-cell blu）。實(shí)驗(yàn)完成后（14天），使用culture的控制臺(tái)分析離線和在線設(shè)備的數(shù)據(jù)和應(yīng)用編程接口（api），以評(píng)估culture的250ml生物反應(yīng)器系統(tǒng)中的探針性能。
葡萄糖：結(jié)果顯示flex2的離線數(shù)據(jù)與maverick的在線pat值之間的一致性(rmse = 0.32 g/l)。下圖表明，maverick 作為在線pat工具準(zhǔn)確地反映了生物反應(yīng)器內(nèi)的細(xì)胞培養(yǎng)條件。在線pat測(cè)量可以實(shí)時(shí)跟蹤生物反應(yīng)器中補(bǔ)料和補(bǔ)糖（藍(lán)線）的影響。這些動(dòng)態(tài)細(xì)胞培養(yǎng)條件的變化在離線的每日樣品測(cè)量中沒有被捕捉到（橙色線）。
maverick在線測(cè)量culture biosciences生物反應(yīng)器中的葡萄糖（藍(lán)色）和flex2的每日離線測(cè)量葡萄糖（橙色）。
culture biosciences的生物反應(yīng)器通過云連接的傳感器和控制器以及數(shù)據(jù)聚合后端實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的體積監(jiān)測(cè)。該數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)使得能夠在整個(gè)時(shí)間過程實(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)確跟蹤生物反應(yīng)器中的所有補(bǔ)糖/補(bǔ)料事件。根據(jù)生成的進(jìn)料體積數(shù)據(jù)集，解釋了在線maverick 測(cè)量中葡萄糖濃度的增加。
maverick測(cè)量的葡萄糖峰值與culture biosciences的云生物反應(yīng)器捕獲和處理的進(jìn)料泵數(shù)據(jù)一致。
乳酸：與觀察到的葡萄糖濃度類似，使用maverick，與離線分析相比同樣能精確測(cè)量乳酸水平（rmse=0.29 g/l）。
通過pat工具在線測(cè)量乳酸（藍(lán)色）和通過每日離線樣本測(cè)量乳酸（橙色）。
生物量：將這些值與離線的vi-cell blu總細(xì)胞密度進(jìn)行比較，基于拉曼的技術(shù)通常需要用于轉(zhuǎn)換為物理單位的校準(zhǔn)曲線。下圖顯示了左側(cè)y軸上maverick（以生物量單位，bmu為單位）的原始信號(hào)測(cè)量值，右側(cè)y軸上vi-cell blu測(cè)量的總細(xì)胞密度（以百萬(wàn)細(xì)胞/ml為單位）。該圖顯示，兩條曲線一致，表明maverick能夠有效捕捉底層物理信號(hào)。兩種測(cè)量結(jié)果的差異發(fā)生在250小時(shí)后，這可歸因于哺乳動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)后期活率的降低。細(xì)胞活率的降低會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞碎片增加，這可能是在線pat測(cè)量受到混淆的原因，而vi-cell blu的視覺測(cè)量可以調(diào)整排除測(cè)量裂解的細(xì)胞。因而兩者結(jié)果有所差異。
maverick在線測(cè)量的生物量（任意單位）（藍(lán)色，左y軸）與每日離線測(cè)量的總細(xì)胞密度（百萬(wàn)細(xì)胞/ml）（橙色，右y軸）的比較。
結(jié)論：這些實(shí)驗(yàn)表明了利用culture bioscience的生物反應(yīng)器與maverick, 一種新型的拉曼光譜驅(qū)動(dòng)的在線pat工具可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)關(guān)鍵分析物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
生物反應(yīng)器加上pat工具可以通過實(shí)時(shí)在線的連續(xù)數(shù)據(jù)來(lái)加速對(duì)工藝過程的理解，連續(xù)的數(shù)據(jù)流也有助于精確監(jiān)測(cè)和控制細(xì)胞培養(yǎng)過程，實(shí)現(xiàn)bioprocessing 4.0。