
Ene / Feb 2013 . vol. 10 / núm. 6
Herramientas para posibilitar las aplicaciones de la tecnología analítica de procesos en la biotecnología
Los autores revisan los varios métodos analíticos que pueden posibilitar el uso del PAT.
Aplicaciones del PAT
Rakesh Mendhe, Anurag S. Rathore e Ira S. Krull
Los autores revisan los varios métodos analíticos que pueden posibilitar el uso del PAT.
El éxito de la tecnología analítica de proceso (PAT), una iniciativa reciente de la FDA, depende en gran medida del control eficiente de los procesos de manufactura para lograr la calidad predefinida del producto final. En este artículo, los autores revisan los diversos métodos analíticos que pueden posibilitar el uso del PAT. Se realiza una evaluación crítica de la conveniencia de cada método analítico como una herramienta del PAT en términos de muestreo (dentro de la línea, en la línea o sobre la línea). preparación de la muestra, duración del análisis y su aplicación industria.
El PAT es un sistema para el diseño, el análisis y el control de la manufactura a través de mediciones oportunas (esto es, durante el proceso) de los atributos de desempeño y de calidad críticos de materias primas y materiales en proceso y de los procesos, con el objetivo de asegurar la calidad final del producto (1-3). Aunque el término analítico en el PAT está ampliamente definido para incluir análisis químico, físico, microbiológico, matemático y análisis de riesgo realizados de manera integrada (ver Tabla I), el énfasis en este artículo es sobre las técnicas analíticas que posibilitan el monitoreo de los atributos de desempeño críticos de las materias primas y los materiales en proceso y de los procesos durante la manufactura biotecnológica. Sin embargo, es importante comprender que el objetivo del PAT no es solamente el uso de estas técnicas analíticas, sino también el control del proceso de manufactura para dar consistentemente la calidad deseada del producto.
La implementación exitosa del PAT requiere la selección apropiada de un analizador de proceso. La selección de la técnica depende de la aplicación y de la molécula, así como de la capacidad del método analítico en consideración. En la industria biotecnológica, los productos farmacéuticos son fabricados utilizando una serie de operaciones unitarias. Estos productos tienen que cumplir altas expectativas con respecto a la calidad del producto, documentada en las farmacopeas y otros documentos regulatorios. Esto es importante para asegurar la seguridad y eficacia de la sustancia farmacéutica y del producto farmacéutico fabricados. Estos requisitos pueden ser con respecto a la identidad, el contenido, la calidad, el perfil de pureza, el contenido de humedad, el tamaño de partícula, la forma polimórfica, y otras características del producto. La manufactura tradicional involucra el uso de extensos estudios analíticos, la mayoría de los cuales son retrospectivos, ya que los datos de los análisis se reciben después de que el lote del producto ya ha avanzado al siguiente paso del proceso. Este esquema resulta en un desperdicio del tiempo de la planta de manufactura, en rechazos del producto, residuos y reprocesado (4). En contraste, el PAT se apoya en una comprensión del proceso mayor para crear controles que puedan resultar en verificación continua de la calidad del producto a través de todas las etapas de la manufactura, reduciendo las posibilidades de pérdida de producto.
Los analizadores de proceso juegan un papel clave en la implementación exitosa del PAT y por lo tanto, son el centro de este artículo. Los analizadores pueden ser utilizados para el monitoreo de los atributos de calidad críticos (CQAs) del producto, los atributos de desempeño del proceso, y las características clave de las diversas materias primas y materiales en proceso usados en el mismo.
Técnicas analíticas de proceso utilizadas en la industria de biotecnología
La demanda de monitoreo en tiempo real y monitoreo casi real en las últimas dos décadas ha dado como resultado innovación y automatización significativas en el campo de los analizadores de proceso. En las siguientes sub-secciones, revisamos brevemente algunas de las técnicas de análisis de proceso comúnmente usadas en la industria biotecnológica (5).
La espectroscopía de infrarrojo cercano (NIR) es uno de los analizadores más comúnmente usados para las aplicaciones del PAT. Se basa en el sobretono molecular y combinación de vibraciones. Este analizador típicamente utiliza un rango de frecuencia de 4000-12,500 cm-1 (800-2500 nm) para abarcar los sobretonos y combinaciones de las vibraciones moleculares fundamentales de más baja energía que incluyen al menos una vibración del enlace X-H. Los grupos funcionales involucrados en el NIR (casi exclusivamente) son aquéllos que involucran el átomo de hidrógeno: C-H, N-H y O-H. Una ventaja clave que tiene el NIR es la posibilidad de medición directa de la muestra (6, 7) ya sea in situ, o después de la extracción de la muestra del proceso con un muestreador rápido o una derivación. Los datos de las mediciones del NIR requieren análisis multivariado para extraer la información química deseada (8). La espectroscopía NIR y el análisis multivariado de datos (MVDA) han sido utilizados con éxito para separar polvos del medio basal usados en un cultivo de células de mamífero en la industria farmacéutica (9) y también para el control en línea y el análisis de fallas de fermentaciones con densidad celular alta (10). Las sondas del NIR también son usadas en procesos de cristalización para detectar el tamaño de partícula, el tamaño y la forma polimórfica. Esto posibilita el monitoreo durante la producción de rutina y la determinación del punto final de la cristalización (11).
La espectroscopía Raman es una técnica espectroscópica usada para estudiar los modos vibracional, rotacional y otros modos de baja frecuencia en un sistema (12). Una luz monocromática, habitualmente de un láser en el rango de visible, infrarrojo cercano o del ultravioleta cercano, interactúa con vibraciones moleculares y fononos, resultando en la energía de los fotones del láser que están desplazándose arriba o abajo. El cambio en la energía da información acerca de los compuestos en el sistema. Las muestras para análisis pueden ser sólidos, líquidos, gases o cualquier forma intermedia, como las pastas, geles e inclusiones gaseosas en sólidos. El espectro Raman de agua es extremadamente débil, de manera que las mediciones directas de sistemas acuosos son fáciles de hacer, dándole a esta técnica una ventaja en comparación con la espectroscopía de infrarrojo en la cual el agua tiene una absorción muy fuerte. No existe restricción inherente al tamaño de la muestra porque ésta está fija por la sonda óptica (13). Pueden hacerse mediciones no invasivas o en contacto directo con el material objetivo (14). La aplicaciones en los procesos de biotecnología incluyen el monitoreo del contenido de humedad durante la liofilización (15).
La espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) explota las propiedades magnéticas del núcleo atómico para determinar las propiedades físicas y químicas de los átomos o de las moléculas en las cuales están contenidos. Puede dar información detallada acerca de la estructura, el estado de la reacción, la dinámica y el entorno químico de moléculas que pueden ser una herramienta esencial para el PAT (16). Duarte y colegas identificaron y caracterizaron 30 compuestos en la cerveza a través de alta resolución (HR)-RMN (17). La espectroscopia de RMN bidimensional (2D) ha sido usada para el análisis del flujo metabólico de cultivos en perfusión de alta densidad de líneas celulares de ovarios de hámster chino (CHO) (18). Se ha usado la (BT)-RMN a nivel de laboratorio en la caracterización de emulsiones e ingredientes lipídicos y en el monitoreo de la adsorción como una herramienta no invasiva en la investigación de entrega de fármacos (19).