[发明专利]使用拉曼光谱法自动控制细胞培养

说明书

本公开内容提供了生物过程的监测和控制。本公开内容提供了使用在线拉曼探头生成不依赖于细胞系的通用校准模型以监测葡萄糖、乳酸、谷氨酸、铵、活细胞浓度(VCC)、总细胞浓度(TCC)和产物浓度的变化的能力。使用产生不同单克隆抗体(mAb)的两种不同CHOK1SV GS‑KO^TM细胞系从细胞培养物中开发了校准模型。开发了(使用未用于校准的独立CHOK1SV GS‑KO^TM细胞系鉴定的)预测模型，测量了葡萄糖、乳酸、铵、VCC和TCC的变化，在细胞培养过程中预测误差较小，对细胞系的依赖性最小。这些通用模型的开发允许在临床制造环境中应用光谱PAT技术，在临床制造环境中，其中方法通常基于通用平台过程在GMP制造中运行一次或两次。

相关申请

本申请基于并要求申请日为2017年10月6日的美国临时专利申请序列号62/569,076和申请日为2017年10月6日的美国临时专利申请序列号62/569,190的优先权，两者均通过引用整体并入本文。

背景

生物反应器是能够在实验室或工业规模进行生物反应或方法的设备，在生物制药工业中被广泛使用。生物反应器能用于生产所有不同类型的生物产品。例如，生物产品能够包括细胞培养物和衍生自细胞培养物的材料，包括饮料、生物燃料、生物能源、生物化学品、抗生素、氨基酸、酶、单克隆抗体、单体、蛋白质、食品培养物、生物聚合物、酒精、调味剂、香料等。在一些实施方案中，细胞培养物能够生长用于细胞治疗。细胞治疗是通过施用已经被离体操作或改变的自体、同种异体或异种细胞来预防、治疗、治愈或减轻人类疾病或损伤。细胞治疗的一个目标是修复、替换或恢复受损的组织或器官。

通常以分批方法生长细胞培养物，其中生物材料保留在所述生物反应器中直到反应时间结束。在这些方法中的某些方法中，能够定期或连续地移除和再供给所述生物反应器内包含的流体培养基，以补充所述流体培养基内包含的营养物并可能移除在所述方法中产生的有害副产物。

在细胞培养物的生长期间，所述培养基中关键营养物的调节能直接影响所产生的产物的质量。例如，将各种碳水化合物(例如，葡萄糖)进料给生物反应器以促进细胞生长。但是，低于最佳葡萄糖水平会阻碍或抑制生长。例如，较低的葡萄糖水平会使细胞培养物挨饿并导致废物堆积。仅仅增加葡萄糖水平以防止消耗也会导致葡萄糖水平的剧烈波动，这也会对细胞生长产生不利影响。在没有持续监测细胞培养的情况下，试图在细胞培养中维持最佳的营养物和废物水平会是不可预测的并且会发生不可预见的变化。

在历史上，上游生物过程通过取出样品进行监测，然后使用离线方法分析样品中的选定代谢物、细胞生长和产物浓度，连续的实时测量范围(例如，pH、溶解氧张力(DOT)、温度)受到限制。所述离线方法需要受过训练的操作人员，通常是劳动密集型的，并且通过使用昂贵的试剂和样品产生废物。另外，离线测量通常以不频发的间隔(例如，每12或24小时)发生，这可能潜在地错过可能指示异常过程的细胞代谢变化。此外，从所述生物反应器中取出的每个样品都带来增加的潜在污染风险。

最近行业内的方法改善努力集中于识别能用于实时连续监测和控制生物过程的过程分析技术。尽管这些选择使得能够更频繁监测所述生物反应器方法，但它们需要从所述生物反应器中连续取出样品，并且仍然需要使用昂贵的试剂用于分析。另外，对这些系统的可扩展性以及样品取出而增加的潜在污染风险的担忧，使得这些选择对于连续过程监测不太理想。鉴于上述情况，需要一种用于监测生物化学和生物制药方法(例如，用于增殖细胞培养物的方法)的方法和系统，所述方法和系统是非侵入性的并允许连续或定期调整，以在生物反应器内维持最佳条件。

概述