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Volumen 18, número 2
May / Jun 2021 . vol. 18 / núm. 2

Espectroscopia de infrarrojo cercano como una herramienta PAT para el bioprocesamiento continuo en etapas posteriores del proceso

La necesidad de monitoreo y control en tiempo real ha estimulado el desarrollo de nuevas herramientas analíticas.

Por Garima Thakur

MANUFACTURA



Garima Thakur y Anurag S. Rathore

La necesidad de monitoreo y control en tiempo real ha estimulado el desarrollo de nuevas herramientas analíticas.
    
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a tecnología analítica de procesos (PAT, por sus siglas en inglés) es un aspecto cada vez más importante de los procesos de fabricación biofarmacéutica. En 2004, la FDA describió un marco regulatorio para PAT y ha estado instando a la industria a desarrollar voluntariamente herramientas y técnicas innovadoras para el control y el aseguramiento de la calidad en las operaciones de la unidad de fabricación biofarmacéutica (1). El marco de calidad por diseño (QbD, por sus siglas en inglés) fomenta el uso de herramientas PAT para "incorporar calidad en el proceso" en lugar de "probar la calidad en el producto" (2). La importancia de las herramientas PAT se amplifica en el caso de los procesos de fabricación continuos, donde los lotes individuales no están bien definidos y los atributos críticos de calidad (CQA, por sus siglas en inglés) del tratamiento deben mantenerse, monitorearse y controlarse consistentemente durante meses de operación, en lugar de simplemente analizarse al final de cada operación unitaria o de cada lote (3–4). La necesidad de monitoreo y control en tiempo real de los CQA y los parámetros críticos del proceso (CPP, por sus siglas en inglés) en la fabricación continua ha llevado a la adaptación de las técnicas tradicionales de análisis de calidad al final del lote, tal como la cromatografía líquida de alto desempeño (HPLC, por sus siglas en inglés) y la espectroscopia ultravioleta-280 (UV-280) analíticas, a modalidades en línea con muestreo periódico de operaciones unitarias continuas (5-7). Esto también ha estimulado el desarrollo de nuevas herramientas analíticas que proporcionan información casi en tiempo real y se pueden colocar en línea en la corriente de los flujos del proceso.

Los sensores espectroscópicos en línea que utilizan espectroscopia infrarroja, de infrarrojo cercano o Raman son una nueva clase de herramientas que encuentran múltiples aplicaciones PAT en el bioprocesamiento (8). Las aplicaciones PAT espectroscópicas normalmente consisten en sensores en línea combinados con metodología estadística o de generación de modelos para monitorear, controlar y/o predecir procesos biotecnológicos. La ventaja clave de la espectroscopia es la capacidad de obtener información sobre la presencia y la cantidad de múltiples analitos en la mezcla del proceso simultáneamente en unos pocos segundos o menos, superando un importante cuello de botella analítico y facilitando las decisiones de control en tiempo real (9). Las técnicas espectroscópicas tampoco son degradantes y proporcionan una gran cantidad de información espectral que se puede utilizar para rastrear las trayectorias del proceso y señalar las desviaciones (10,11). Por lo tanto, las sondas espectroscópicas y las celdas de flujo se adaptan bien a las aplicaciones de PAT, particularmente en conjunto con herramientas de análisis de datos multivariado (MVDA, por sus siglas en inglés), que son fundamentales para reducir la dimensionalidad de grandes conjuntos de datos espectrales y extraer información cuantitativa estadísticamente significativa (12).

La Tabla I resume la literatura reciente de los últimos cinco años sobre la implementación de herramientas analíticas basadas en espectroscopia en etapas posteriores del bioprocesamiento (13-29). El uso de sondas espectroscópicas de inmersión como herramientas PAT en biorreactores microbianos y mamíferos en etapas anteriores se ha reportado ampliamente en literatura reciente para identificación y cuantificación de proteínas, subproductos y sustratos (30–32). Sin embargo, su uso en etapas posteriores del proceso es un desarrollo más reciente. Se ha demostrado que la espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS, por sus siglas en inglés), en particular, tiene una amplia variedad de aplicaciones potenciales en diferentes operaciones unitarias en etapas posteriores del proceso, incluyendo cromatografía de captura (24), reacciones de PEGilación de proteínas (25) y ultrafiltración de flujo tangencial (26). Estos tres estudios de caso demuestran la versatilidad de NIRS como herramienta PAT y muestran el marco subyacente común de las diferentes aplicaciones, específicamente, colección de espectros en tiempo real seguida de la comparación con bibliotecas de calibración espectral utilizando técnicas estadísticas multivariadas. Se ha demostrado que NIRS es una herramienta confiable para adquirir información cuantitativa rápida en una variedad de etapas posteriores de bioprocesos, y un propiciador clave para el control en tiempo real.

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