De hoeveelheid glucose in je bioreactorvat is van groot belang voor de groei en productie van cellen. Een te lage glucoseconcentratie (<0.5 g/L) remt de glycolyse en beïnvloedt de glycosylatie van eiwitten, terwijl een te hoge concentratie (>7.2 g/L) leidt tot het Warburg-effect: aerobe glycolyse, lactaat-accumulatie en veranderingen in glycosylatiepatronen. Beide scenario’s verminderen niet alleen de celgroei, maar ook de kwaliteit van het eindproduct.

Nu bestaan er verschillende manieren om de glucoseconcentratie te bepalen. Je kunt het met HPLC bijvoorbeeld heel nauwkeurig bijhouden, maar het nadeel is dat je de metingen pas naderhand – offline – kunt doen. Bestaande infraroodsensors doen ook goed werk in real time, maar die hebben complexe chemometrische modellen nodig die je bij elke verandering in samenstelling of schaal moet kalibreren. Zo heeft elke methode wel een nadeel, wat het meten van glucose in de weg zit.

Direct inzetbaar

Hamilton pakte de handschoen op en ontwikkelde GlucoSense, een sensor die inline en real time meet zonder herkalibratie tijdens het proces. Aan de basis ligt infraroodabsorptiespectroscopie, geoptimaliseerd om in de woelige baren van de celcultuurmedia glucose te onderscheiden van aminozuren, lactaat en andere componenten. Een semi-permeabele membraan voorkomt biofouling, terwijl de fabriekskalibratie zorgt voor directe inzetbaarheid.

GlucoSense is compact en schaalbaar, geeft real time data door en is al met al een ‘sensor gemaakt voor de bioproces-levenscyclus’, aldus Hamilton in een white paper. Maar praatjes vullen geen gaatjes, dus schakelden ze de hulp in van de University of Applied Sciences and Arts Northwestern Switzerland (FHNW), die gespecialiseerde teams heeft voor bioprocesanalyses. FHNW valideerde de sensor met enkele realistische scenario’s.

GMP-condities

Ze testten de sensor zowel in een fed-batch reactor (125 uur, zonder herkalibratie) als in een volcontinu proces (long-term perfusion, 21 dagen met wekelijkse herkalibratie). Beide studies laten zien dat GlucoSense stabiel en nauwkeurig meet, zowel op kleine labschaal als onder industriële GMP-condities.

‘Het validatiewerk met FHNW was essentieel’, zegt Giovanni Campolongo, Senior Market Segment Manager bij Hamilton, in een persbericht. ‘Hun onafhankelijke gegevens bevestigen dat GlucoSense presteert met de nauwkeurigheid en stabiliteit die klanten verwachten, en dat zonder het onderhoud, de verbruiksartikelen of spectrale modellering die andere technologieën beperken.’