O cultivo de uma linha celular em um Ambr^® ou Biostat^® tem propriedades físicas diferentes para um biorreator de grande volume (por exemplo, 1kL). As energias, pressão e tempo de mistura de um processo são exagerados e terão influência no desempenho do processo se não forem entendidos, transferidos e controlados corretamente. É melhor dito por H. Baekeland; “Cometa seus erros em pequena escala e obtenha lucros em grande escala.” e esse ethos está no cerne da caixa de ferramentas BioPAT^® de soluções de controle de sensor e software.

BioPAT^® fornece as ferramentas analíticas para registrar com precisão vários parâmetros de processo univariados e multivariados (parâmetros e configurações). Ele apóia a vinculação de causa e efeito a atributos críticos de qualidade (produto) em um modelo de redução de escala. Assim, parâmetros-chave de processo em linha e online podem ser usados ​​para estabelecer uma estratégia de controle para o processo comercial que leva em consideração a escala de volume, o tempo de processamento e o desempenho do produto (espaço-tempo-rendimento / qualidade). Isso permite adaptações mais suaves em escala, permitindo adaptação de capacidade flexível e transferências de processo simplificadas entre locais. Como resultado, o experiente "know how" do processo é transferido como estratégia de controle automatizado e assume a responsabilidade pela garantia da qualidade em tempo real, monitorando a trajetória do lote. Além disso, os dados dos lotes de produção podem servir para validar o processo e refletir o design do sistema, essencialmente apoiando a validação com cada lote de fabricação.

Levar um processo do laboratório de pesquisa à manufatura comercial é uma jornada que todos devem percorrer na estrada para o sucesso. O caminho escolhido e os obstáculos encontrados irão determinar se esta jornada será cumprida ou não. Os riscos e custos envolvidos precisam ser equilibrados e considerados e um compromisso ideal encontrado com o design da tecnologia, compreensão do produto / processo, controle do sistema final e conformidade regulamentar.

O objetivo de criar uma solução homogênea ou uniforme em todo o recipiente é consideravelmente mais fácil quando o recipiente é pequeno. Portanto, a compreensão das necessidades de suprimento de suas fábricas (células) de produção microscópica pode ser parcialmente atribuída às necessidades metabólicas de oxigênio. Portanto, conhecer a taxa de consumo volumétrico de oxigênio (OUR) e ter controle de feedback para os atuadores dos biorreatores para ajustar o fornecimento, garante que não haja limitação de oxigênio. A colocação, calibração, frequência da amostra, precisão e comunicação dos dispositivos analíticos irão determinar o sucesso desse controle. Como os experimentos em pequena escala reduzem o impacto ou a colocação do sensor e os longos tempos de processamento podem reduzir a frequência da amostra, eles deixam a importância primordial com calibração, precisão e comunicação.

Todas as estratégias de gaseificação do biorreator aeróbico usam principalmente ar com níveis ou enriquecimento de oxigênio, dióxido de carbono e nitrogênio, dependendo da complexidade do processo ou dos requisitos celulares. Como todas as coisas vivas usam oxigênio e produzem dióxido de carbono, a atividade total de suas células pode ser entendida a partir de como estão respirando. Como a variabilidade da composição dos gases de entrada é geralmente mínima, podemos usar com precisão os controladores de fluxo de massa Biostat^® para medir e controlar as taxas de fluxo. Assim, um dispositivo analítico para medir a composição dos gases de escape permitiria um cálculo de balanço de massa dando a absorção de oxigênio e produção de dióxido de carbono. Se esses dados e cálculos forem realizados em tempo real, um ciclo de controle metabólico pode ser estabelecido que adapta as taxas de transferência volumétrica de oxigênio e dióxido de carbono Biostat^® (em todas as escalas) às necessidades de oxigênio celular.

Tempo é dinheiro e no mundo da manufatura comercial cada minuto pode contar, principalmente com produtos biológicos. Portanto, o rastreamento do processo e ter um ponto definido a fim de passar para o próximo estágio do processo eliminará o under / overshooting, diminuindo assim a variabilidade de lote para lote e permitindo uma programação rigorosa de uma linha de processo de fabricação a montante.

Na biofabricação comercial, o método para o crescimento celular em cascata, alcançando uma densidade celular desejada e inoculando o próximo tamanho de vaso, tem uma forte influência no tempo de processamento global a montante. Se um desconhecido influencia a taxa de crescimento celular, este tempo irá flutuar e gerar problemas no planejamento e programação de um processo. Portanto, o rastreamento online da densidade celular permite a transferência de inoculantes precisamente no ponto desejado e dá indicação antecipada de mudanças no cronograma, permitindo melhorar o planejamento do processo. Isso minimizará o tempo de inatividade relacionado às transferências de aumento de escala e disponibilidade de material, abrindo a possibilidade de fabricação just in time e aumento da capacidade upstream.

Um dos principais objetivos do desenvolvimento de processos é aumentar o rendimento, recuperar e melhorar a qualidade do produto final na fabricação comercial. Uma investigação rigorosamente planejada e documentada do método estabelecido é necessária para melhorar o processo. Assim, a triagem dos fatores que podem ser alterados, mapeando suas interações e ao mesmo tempo mantendo os limites físicos dos processos comerciais, produzirá uma resposta superficial das condições operacionais.

Os muitos fatores físicos e químicos que influenciam as etapas de produção e purificação de um bioprocesso não podem ser todos considerados. No entanto, com o uso de experimentos de triagem, os principais fatores que têm o efeito mais forte sobre os atributos críticos de qualidade podem ser mapeados e melhor compreendidos. A partir desse projeto experimental, uma avaliação adicional da força da influência de cada fator e possível interação estreita a janela de operação em um gráfico de superfície mais definido. Nesse ponto, um conhecimento claro é desenvolvido sobre como os desvios nos fatores afetarão a qualidade. Portanto, as margens de segurança e regiões de falha podem ser claramente definidas. Finalmente, o teste de robustez pode ser explorado para validar o modelo com dados de escala real e implementar funções de alarme e especificações de processo com base em bandas operacionais em vez de pontos fixos finitos.

Problemas, atrasos e ajustes nas tabelas de tempo de fabricação freqüentemente precisam acontecer para que ocorra um bioprocessamento suave. Portanto, ser capaz de desacelerar ou atrasar previsivelmente o ponto final de uma etapa de cultivo sem impedir os atributos críticos de qualidade dá maior flexibilidade à fabricação comercial. Isso permite um melhor planejamento de gerenciamento do operador e custos reduzidos de fabricação.