原位在线拉曼光谱技术在生物制药工艺开发及生产中的应用
2026-01-13 来源:本站 点击次数:171
“未来生物制药成功的基础在于使用先进的过程分析技术（Process Analytical Technology，PAT）这不仅有助于实现先进的生物工艺控制、稳健的生产和更好的连续生产，更重要的是，有望加速更多更具可及性的新型疗法推向市场。”
美国食品药品监督管理局（FDA）于2004年发布PAT工业指南，率先确立了PAT在基于风险的质量体系框架中的核心监管地位。随后，ICH通过Q8、Q9与Q10等指南所确立的“质量源于设计（QbD）”、质量风险管理及药品质量体系框架，为PAT的系统化应用提供了核心的科学与管理学基础。欧洲药品质量管理局（EDQM）将PAT纳入《欧洲药典》增补版10.4于2021年生效，标志着PAT首次在全球主要药典中获得法定标准规范。
PAT已成为引领生物制药行业未来的重要技术之一。作为过程分析技术的重要组成部分，原位在线拉曼光谱技术凭借其高精度、多参数实时采集及自动化控制的特点，正在成为提升工艺开发与生产质量的关键工具。
原位在线拉曼光谱技术是PAT体系中的关键技术之一，拉曼光谱是一种分子振动光谱，其振动频率具有高度的分子结构特异性（化学键、官能团以及晶体结构），形成 “分子指纹图谱”，实现对不同物质的精准定性鉴别；同时，拉曼信号强度与目标分子浓度呈良好的线性关系，能够满足定量检测需求。
基于拉曼光谱特征，采用机器学习/深度学习等方法，在光谱数据与浓度、质量参数之间构建数学物理模型，可对细胞培养过程中的营养底物、代谢产物、目标表达产物及产物质量指标进行全程精准的定性与定量监测，为工艺优化和质量控制供核心数据支撑。
浚真生命科学自主研发的Akwa® R1是一款内置标准化通用模型、实时原位监测的在线拉曼分析仪。在线实时监测生物工艺过程中的关键工艺参数（CPP）与产品质量属性（CQA），以实现实时反馈控制，从而支持客户在保障产品质量的前提下提升目的蛋白产率，助力生物制药企业降本增效，更高效、稳定地完成工艺开发及生产。
标准化通用模型，免除建模流程
内置标准化通用模型，无需复杂、耗时的建模流程，即可精准适配不同产品类型、工艺规模或生产阶段，确保从工艺开发、中试至规模化生产的全程数据一致性与可追溯性，为建立高效PAT体系提供核心支持。
检测结果精准可靠
对细胞密度、活率及关键代谢物等生物工艺参数进行实时检测，数据与离线分析方法高度一致，确保全流程监测数据的准确性与可重复性，为工艺决策提供可靠依据。
全程动态监测与实时反馈
实时监测细胞培养过程中关键参数的变化，通过OPC标准接口与反应器控制系统无缝集成，依据实时数据动态优化补料策略，精准匹配细胞代谢需求，实现“监测-反馈-调控”闭环管理，提升产物表达效率并降低生产成本。
原位检测，避免污染
无需取样，避免污染，直接获取反应器内原始数据，兼容多种规格反应器，支持从研发到工业化生产全流程无缝衔接，确保各阶段关键工艺参数一致性。
即插即用，操作简便
采用高度集成化即插即用设计，软件操作简单，界面直观，拉曼光谱数据和工艺参数一键切换，使用方便。
支持长时间稳定运行
仪器运行稳定可靠，支持长达45天的连续监测，满足不同生物工艺开发及生产的全程监测需求。
在生物工艺开发、工艺优化、工艺验证以及商业化生产的过程中实时监测多种关键工艺参数（CPPs）、关键质量属性（CQAs）：葡萄糖（Glucose）、乳酸（Lactate）、谷氨酸(Glutamate)、谷氨酰胺（Glutamine）、氨（Ammonium）、抗体浓度（Titer）、活细胞密度（VCD）、活率（Viability）等。
标准化通用模型，检测结果精准可靠
在3L规模 Fed-batch 培养工艺中，客户引入在线拉曼检测系统，针对葡萄糖、乳酸、VCD（活细胞密度）、细胞活率、谷氨酰胺等关键工艺参数，进行实时监测并与离线检测数据对比，评估在线拉曼分析仪的性能表现。从数据结果可以看出，针对每一项关键参数，拉曼在线监测数据与离线检测结果均呈现高度的一致性与重合度，且RMSEP数值均处于极低水平（衡量模型预测值与实际值偏差程度）。该数据充分证明内置的标准化通用模型的精准性，可为培养过程的实时监控及工艺优化提供可靠的数据支撑。
全程动态监测与实时反馈，提升目标蛋白产量
Akwa® R1原位在线拉曼分析仪可应用于实时捕获葡萄糖浓度的动态变化，并基于该数据构建闭环补料反馈调节体系，建立与细胞代谢需求相匹配的动态补料策略，实现全培养周期葡萄糖浓度的精准调控，为细胞提供最佳的生长微环境。如下图所示，相较于传统手动补料模式，动态连续补料工艺可显著抑制培养后期的乳酸累积效应，同时将目标蛋白产率提高20%。在该项目中，基于在线拉曼分析仪构建的动态补料策略，有效推动了工艺优化进程，实现工艺稳定性与目标蛋白产率的双重增效。
美国食品药品监督管理局（FDA）于2004年发布PAT工业指南，率先确立了PAT在基于风险的质量体系框架中的核心监管地位。随后，ICH通过Q8、Q9与Q10等指南所确立的“质量源于设计（QbD）”、质量风险管理及药品质量体系框架，为PAT的系统化应用提供了核心的科学与管理学基础。欧洲药品质量管理局（EDQM）将PAT纳入《欧洲药典》增补版10.4于2021年生效，标志着PAT首次在全球主要药典中获得法定标准规范。
PAT已成为引领生物制药行业未来的重要技术之一。作为过程分析技术的重要组成部分，原位在线拉曼光谱技术凭借其高精度、多参数实时采集及自动化控制的特点，正在成为提升工艺开发与生产质量的关键工具。
原位在线拉曼光谱技术是PAT体系中的关键技术之一，拉曼光谱是一种分子振动光谱，其振动频率具有高度的分子结构特异性（化学键、官能团以及晶体结构），形成 “分子指纹图谱”，实现对不同物质的精准定性鉴别；同时，拉曼信号强度与目标分子浓度呈良好的线性关系，能够满足定量检测需求。
基于拉曼光谱特征，采用机器学习/深度学习等方法，在光谱数据与浓度、质量参数之间构建数学物理模型，可对细胞培养过程中的营养底物、代谢产物、目标表达产物及产物质量指标进行全程精准的定性与定量监测，为工艺优化和质量控制供核心数据支撑。
浚真生命科学自主研发的Akwa® R1是一款内置标准化通用模型、实时原位监测的在线拉曼分析仪。在线实时监测生物工艺过程中的关键工艺参数（CPP）与产品质量属性（CQA），以实现实时反馈控制，从而支持客户在保障产品质量的前提下提升目的蛋白产率，助力生物制药企业降本增效，更高效、稳定地完成工艺开发及生产。
标准化通用模型，免除建模流程
内置标准化通用模型，无需复杂、耗时的建模流程，即可精准适配不同产品类型、工艺规模或生产阶段，确保从工艺开发、中试至规模化生产的全程数据一致性与可追溯性，为建立高效PAT体系提供核心支持。
检测结果精准可靠
对细胞密度、活率及关键代谢物等生物工艺参数进行实时检测，数据与离线分析方法高度一致，确保全流程监测数据的准确性与可重复性，为工艺决策提供可靠依据。
全程动态监测与实时反馈
实时监测细胞培养过程中关键参数的变化，通过OPC标准接口与反应器控制系统无缝集成，依据实时数据动态优化补料策略，精准匹配细胞代谢需求，实现“监测-反馈-调控”闭环管理，提升产物表达效率并降低生产成本。
原位检测，避免污染
无需取样，避免污染，直接获取反应器内原始数据，兼容多种规格反应器，支持从研发到工业化生产全流程无缝衔接，确保各阶段关键工艺参数一致性。
即插即用，操作简便
采用高度集成化即插即用设计，软件操作简单，界面直观，拉曼光谱数据和工艺参数一键切换，使用方便。
支持长时间稳定运行
仪器运行稳定可靠，支持长达45天的连续监测，满足不同生物工艺开发及生产的全程监测需求。
在生物工艺开发、工艺优化、工艺验证以及商业化生产的过程中实时监测多种关键工艺参数（CPPs）、关键质量属性（CQAs）：葡萄糖（Glucose）、乳酸（Lactate）、谷氨酸(Glutamate)、谷氨酰胺（Glutamine）、氨（Ammonium）、抗体浓度（Titer）、活细胞密度（VCD）、活率（Viability）等。
标准化通用模型，检测结果精准可靠
在3L规模 Fed-batch 培养工艺中，客户引入在线拉曼检测系统，针对葡萄糖、乳酸、VCD（活细胞密度）、细胞活率、谷氨酰胺等关键工艺参数，进行实时监测并与离线检测数据对比，评估在线拉曼分析仪的性能表现。从数据结果可以看出，针对每一项关键参数，拉曼在线监测数据与离线检测结果均呈现高度的一致性与重合度，且RMSEP数值均处于极低水平（衡量模型预测值与实际值偏差程度）。该数据充分证明内置的标准化通用模型的精准性，可为培养过程的实时监控及工艺优化提供可靠的数据支撑。
全程动态监测与实时反馈，提升目标蛋白产量
Akwa® R1原位在线拉曼分析仪可应用于实时捕获葡萄糖浓度的动态变化，并基于该数据构建闭环补料反馈调节体系，建立与细胞代谢需求相匹配的动态补料策略，实现全培养周期葡萄糖浓度的精准调控，为细胞提供最佳的生长微环境。如下图所示，相较于传统手动补料模式，动态连续补料工艺可显著抑制培养后期的乳酸累积效应，同时将目标蛋白产率提高20%。在该项目中，基于在线拉曼分析仪构建的动态补料策略，有效推动了工艺优化进程，实现工艺稳定性与目标蛋白产率的双重增效。
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