本发明专利技术提供了用于监测和控制生物反应器细胞培养物中的一个或多个过程变量以便提高产品质量和一致性的原位拉曼光谱方法和系统。所述方法和系统将用于细胞培养物的实时评定的原位拉曼光谱和化学计量建模技术与信号处理技术联合使用来实现对细胞培养过程变量的精确的连续反馈和模型预测控制。通过使用来自拉曼光谱的实时数据，可以连续或间歇地监测所述细胞培养物内的所述过程变量，并且自动反馈控制器将所述过程变量维持在预先确定的设定点或者维持特定的补料方案，所述特定的补料方案将变化量的剂递送至生物反应器以最大化生物产品质量。
In situ Raman spectroscopy system and method for controlling process variables in cell culture
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于控制细胞培养物中的过程变量的原位拉曼光谱系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2018年10月16日提交的美国临时专利申请62/572,828以及2018年4月25日提交的申请62/662,322的权益和优先权，所有所述申请在准许的情况下以引用的方式整体并入。专利
本专利技术总体涉及生物反应器系统和方法，所述生物反应器系统和方法包括用于监测和控制生物反应器细胞培养物中的一个或多个过程变量的原位拉曼光谱方法和系统。专利技术背景美国食品和药物管理局(FDA)的过程分析技术(PAT)框架鼓励主动开发和实施用于过程开发、过程分析和过程控制的创新型解决方案，以更好地理解过程并且控制产品的质量。在制造过程期间会监测和控制过程参数。例如，在制造生物产品期间，生物反应器中的细胞培养物中的营养物的补料是重要的过程参数。当前的生物产品制造涉及每日大剂量补料的补料策略。在当前方法下，每日大剂量补料每天会将细胞培养物中的营养物浓度增大至少五倍。为了确保在补料中间，培养物中的营养物不会耗尽，每日大剂量补料将营养物维持在高浓度水平。事实上，每次补料都被设计成在下一次补料之前都能维持培养物需要的所有营养物。然而，每次每日大剂量补料中的大量营养物都可能会引起生物反应器中的营养物水平的大幅波动，从而导致生产培养物的产品质量输出的不一致性。此外，每次每日大剂量补料中的高浓度的营养物会促成所得的生物产品中的翻译后修饰的增加。例如，细胞培养物中的高浓度的葡萄糖可能会导致最终的生物产品中的糖化的增加。糖化是还原糖以非酶促的方式添加到蛋白质的氨基酸残基，这通常发生于蛋白质的N-端胺基和带正电的胺基。所得的糖化产物可能会具有黄色或褐色的光学性质，这可能会导致有色的药物产品(HodgeJE(1953)JAgricFoodChem.1:928-943)。糖化还可能会在治疗性单克隆抗体(mAb)的单一生产批次内产生电荷变体并且会导致结合抑制(HabergerM等人(2014)MAbs.6:327-339)。因此，为了推进PAT倡议，需要一种能够优化细胞培养物内的营养物浓度，从而带来较高质量产品的方法或系统。
技术实现思路
本文公开了用于监测和控制生物反应器细胞培养物中的一个或多个过程变量的原位拉曼光谱方法和系统。本专利技术的一个实施方案包括一种用于控制细胞培养基条件的方法，所述方法包括使用原位拉曼光谱对所述细胞培养基中的一种或多种分析物进行定量；以及调整细胞培养基中的一个或多个分析物浓度以匹配预先确定的分析物浓度，所述预先确定的分析物浓度将细胞培养基中的蛋白质的翻译后修饰维持为1.0％至30％。在一些实施方案中，翻译后修饰包括糖化。在其他实施方案中，细胞培养物中的蛋白质包括抗体、其抗原结合片段或融合蛋白。在另一些其他实施方案中，细胞培养基包括哺乳动物细胞，例如中国仓鼠卵巢细胞。在一些实施方案中，分析物是葡萄糖。在此方面，预先确定的葡萄糖浓度是0.5至8.0g/L。在另一个实施方案中，预先确定的葡萄糖浓度是1.0g/L至3.0g/L。在又一个实施方案中，葡萄糖浓度是2.0g/L或1.0g/L。在其他实施方案中，预先确定的分析物浓度将细胞培养基中的蛋白质的翻译后修饰维持为1.0％至20％或5.0％至10％。在另一些其他实施方案中，连续地、间歇地或间隔地执行对分析物进行的定量。例如，以5分钟间隔、10分钟间隔或15分钟间隔执行对分析物进行的定量。在又一些其他实施方案中，每小时或至少每天执行对分析物进行的定量。在一些实施方案中，自动地执行对分析物浓度进行的调整。在另一些其他实施方案中，对至少两种或至少三种或至少四种不同的分析物进行定量。本专利技术的另一个实施方案包括一种用于减少分泌性蛋白质的翻译后修饰的方法，所述方法包括：在包括0.5至8.0g/L葡萄糖的细胞培养基中培养分泌所述蛋白质的细胞；使用原位拉曼光谱增量式地确定在培养所述细胞期间细胞培养基中的葡萄糖浓度；以及通过每小时自动地递送多个剂量的葡萄糖来调整所述葡萄糖浓度以将葡萄糖浓度维持为0.5至8.0g/L，以便将分泌性蛋白质的翻译后修饰维持为1.0％至30.0％。在一个实施方案中，葡萄糖浓度是1.0至3.0g/L。本专利技术的又一个实施方案包括一种用于控制细胞培养基条件的系统，所述系统包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器与计算机可读介质通信，所述计算机可读介质存储软件代码以由一个或多个处理器执行以便使所述系统：从原位拉曼光谱仪接收包括细胞培养基中的一种或多种分析物的浓度的数据；以及调整细胞培养基中的一个或多个分析物浓度以匹配预先确定的分析物浓度，所述预先确定的分析物浓度将细胞培养基中的蛋白质的翻译后修饰维持为1.0％至30％。在一个实施方案中，软件代码被进一步配置成使所述系统对所述数据执行化学计量分析，例如偏最小二乘回归建模。在其他实施方案中，软件代码被进一步配置成使所述系统对所述数据执行一种或多种信号处理技术，例如降噪技术。本专利技术的另一个实施方案包括一种用于减少分泌性蛋白质的翻译后修饰的系统，所述系统包括：一个或多个处理器，所述一个或多个处理器与计算节可读介质通信，所述计算机可读介质存储软件代码以由一个或多个处理器执行以便使所述系统：从原位拉曼分析仪增量式地接收包含在培养分泌所述蛋白质的细胞期间细胞培养基中的葡萄糖浓度的光谱数据；以及通过每小时自动地递送多个剂量的葡萄糖来调整所述葡萄糖浓度以将葡萄糖浓度维持为0.5至8.0g/L，例如1.0至3.0g/L，以便将分泌性蛋白质的翻译后修饰维持为1.0％至30.0％。在一个实施方案中，软件代码被进一步配置成使所述系统将所述光谱数据内的峰值与葡萄糖浓度相关联。在另一个实施方案中，软件代码被进一步配置成对光谱数据执行偏最小二乘回归建模。在又一个实施方案中，软件代码被进一步配置成对光谱数据执行降噪技术。在又一些其他实施方案中，对葡萄糖浓度进行的调整是由自动反馈控制软件执行。附图说明可以从以下结合下文描述的附图提供的具体实施方式确定本专利技术的其他特征和优点：图1是根据本专利技术的一个实施方案的用于控制细胞培养物中的过程变量的方法的流程图。图2是根据本专利技术的用于控制与图1相关联的细胞培养物中的过程变量的系统的示意图。图3是示出通过离线营养物样品确认的预测营养物过程值的图。图4是示出根据本专利技术的在信号处理技术之后的已滤波的最终营养物过程值的图。图5是示出营养物浓度的预定设定点偏移之后的预测营养物过程值和已滤波的最终营养物过程值的图。图6是示出根据本专利技术的反馈控制的连续营养物补料中和大剂量营养物补料中葡萄糖浓度对翻译后修饰的影响的线图。图7是示出根据本专利技术的反馈控制的连续营养物补料和大剂量营养物补料的原位拉曼预测的葡萄糖浓度值的图。图8是示出根据本专利技术的反馈控制的连续营养物补料和大剂量营养物补料的抗体滴度的线图。图9是示出因葡萄糖浓度所致的归一化的翻译后修饰的百分比的柱形图。图10是示出根据本专利技术的反馈控制的连续营养物补料和大剂量营本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于控制细胞培养基条件的方法，所述方法包括：/n使用原位拉曼光谱对所述细胞培养基中的一种或多种分析物进行定量；以及/n调整所述细胞培养基中的一个或多个分析物浓度以匹配预先确定的分析物浓度，所述预先确定的分析物浓度将所述细胞培养基中的蛋白质的翻译后修饰维持为1.0％至30％。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171016 US 62/572,828;20180425 US 62/662,3221.一种用于控制细胞培养基条件的方法，所述方法包括：
使用原位拉曼光谱对所述细胞培养基中的一种或多种分析物进行定量；以及
调整所述细胞培养基中的一个或多个分析物浓度以匹配预先确定的分析物浓度，所述预先确定的分析物浓度将所述细胞培养基中的蛋白质的翻译后修饰维持为1.0％至30％。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述翻译后修饰包括糖化。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述细胞培养物中的蛋白质包括抗体或其抗原结合片段。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述细胞培养物中的蛋白质包括融合蛋白。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述细胞培养基包含哺乳动物细胞。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述哺乳动物细胞包括中国仓鼠卵巢细胞。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述分析物是葡萄糖。
8.如权利要求7所述的方法，其中预先确定的葡萄糖浓度是0.5至8.0g/L。
9.如权利要求7所述的方法，其中所述葡萄糖浓度是1.0g/L至3.0g/L。
10.如权利要求7所述的方法，其中所述葡萄糖浓度是2.0g/L。
11.如权利要求7所述的方法，其中所述葡萄糖浓度是1.0g/L。
12.如权利要求1所述的方法，其中所述预先确定的分析物浓度将所述细胞培养基中的蛋白质的翻译后修饰维持为1.0％至20％。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述预先确定的分析物浓度将所述细胞培养基中的蛋白质的翻译后修饰维持为5.0％至10％。
14.如权利要求1所述的方法，其中连续地执行所述对分析物进行的定量。
15.如权利要求1所述的方法，其中间歇地执行所述对分析物进行的定量。
16.如权利要求1所述的方法，其中间隔地执行所述对分析物进行的定量。
17.如权利要求1所述的方法，其中以5分钟间隔执行所述对分析物进行的定量。
18.如权利要求1所述的方法，其中以10分钟间隔执行所述对分析物进行的定量。
19.如权利要求1所述的方法，其中以15分钟间隔执行所述对分析物进行的定量。
20.如权利要求1所述的方法，其中每小时地执行所述对分析物进行的定量。
21.如权利要求1所述的方法，其中至少每天执行所述对分析物进行的定量。
22.如权利要求1所述的方法，其中自动地执行所述对分析物浓度进行的调整。
23.如权利要求1所述的方法，其中对至少两种不同的分析物进行定量。
24.如权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·捷尔特科，A·德比阿瑟，W·皮尔斯，M·康韦，
申请(专利权)人：瑞泽恩制药公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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