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9分鐘快速分析細胞培養基:220+化合物一目了然!

更新時間:2023-02-23      點擊次數:278

在生物治療藥物的生產過程中,細胞培養基的關鍵成分及其濃度比例對細胞的生長狀態、產品質量和最終產量具有決定性的影響。因此,在優化培養條件時,實時監測培養基中這些關鍵組分的含量變化顯得尤為重要。


傳統培養基分析方法通常需要進行衍生化反應等復雜的前處理步驟,檢測時間較長,無法滿足快速通量分析的需求,已經成為制約現代生物工藝發展的一大瓶頸。長時間分析不僅延長生產周期、增加成本,還可能導致產品上市時間延遲,削弱企業競爭力和經濟效益。此外,生物工藝中的變化往往瞬息萬變,延遲的分析結果可能無法真實反映生產過程中的實際情況,從而影響到決策的科學性和有效性。因此,尋求一種更快速、更高效的分析方法,已成為生物制藥行業迫切的需求。


為了滿足工業界對快速、標準化分析方法的迫切需求,沃特世創新推出了一種細胞培養基快速分析方法,該方法基于BioAccord LC-MS系統,無需繁瑣的衍生步驟,僅需9分鐘即可完成細胞培養基中220多種營養素的分析。這一方法不僅大幅提升了分析效率,更以其準確可靠的檢測結果,助力分析科學家和生物工藝工程師獲取高質量數據,為上游生物工藝的迅速開發提供有力支持。



從樣品準備到數據分析的一站式解決方案


如圖1所示,整個試驗過程包括使用Andrew+ 移液機器人準備樣品,借助BioAccord進行LC-MS分析,并通過平臺實現數據的查看、分析和報告的生成。得益于簡化的工作流程和快速的分析過程,生物工藝工程師能夠更迅速、更直觀地掌握培養過程中培養基成分的變化情況,從而能夠及時地進行生物工藝的調整和優化。


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圖1. 基于Andrew+ Pipette Robot自動移液機器人和BioAccord LC-MS平臺的細胞培養基營養素分析實驗流程。



多種商業培養基分析驗證新方法分析性能


為了驗證這種新方法的適用性,我們對多種商業培養基進行了測試,包括沃特世氨基酸細胞培養標準溶液、基礎培養基DMEM、IMDM、適用于CHO細胞的補料培養基Fed-batch、HEK293病毒載體培養基以及微生物生長培養基等。圖2清晰地展示了每種氨基酸的提取離子流色譜圖(XIC)。實驗結果表明,新方法在所有測試的培養基樣品中均表現出與耗時20分鐘的傳統方法相同的準確度。不僅如此,新方法還顯著提升了檢測效率,同時呈現出尖銳且對稱的峰型,甚至實現了對同分異構體化合物的基線分離,展現了其分析性能。


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圖2. 沃特世氨基酸細胞培養標準試劑盒中26種化合物的提取離子流色譜圖(XIC)。該方法實現了兩對同分異構體(異亮氨酸與亮氨酸、2-氨基丁酸與4-氨基丁酸)的基線分離。



新方法精密度和準確度驗證


我們對新開發的9分鐘檢測方法進行了嚴謹的分析方法學驗證。通過采用含有26種氨基酸的沃特世氨基酸細胞培養試劑盒,該方法展現出出色的性能。利用1/x2擬合的線性回歸模型,結合20%偏差排除標準,我們確認了該方法具有良好的線性關系。此外,在兩種不同濃度的六次重復進樣測試中,該方法表現出優異的精密度和準確度,與20分鐘方法相比毫不遜色。這些驗證結果不僅證明了該快速通量方法在定量分析方面的可靠性,同時也顯示出其在定性分析方面的適用性。值得一提的是,即便在沒有標準品的情況下,該方法也能通過相對響應強度為工藝優化實驗和后續的多元數據分析提供豐富的有用信息。


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表1. 使用沃特世新開發的9分鐘方法對氨基酸和葡萄糖進行定量分析的線性范圍、準確度和精密度。實驗中采用了沃特世氨基酸細胞培養標準試劑盒(p/n:186009300)。采用1/x2擬合的線性回歸模型確定線性范圍,并設定了20%的偏差排除標準以確保數據的可靠性。氨基酸數據使用ESI+采集,葡萄糖數據使用ESI-模式采集。



應用于CHO細胞培養生產中的消耗培養基分析


沃特世開發的快速高通量LC-MS方法已成功應用于CHO細胞培養生產cNISTmAb的消耗培養基分析。通過對14天培養過程中的不同葡萄糖補料條件下使用過的培養基溶液進行取樣,并分別使用9分鐘快速法和傳統的20分鐘方法進行分析。分析結果顯示,兩種方法在鑒定培養基成分變化方面呈現出相同的趨勢,并且兩種分析方法之間具有良好的相關性。這充分表明,9分鐘快速法能夠獲得與20分鐘法同樣高質量的數據。這一技術的成功應用將有助于推動上游生物工藝的進一步發展,為生物制藥和細胞治療領域帶來更多的突破。


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圖3. 不同生物反應器中三種代表性氨基酸(天冬氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸)的質譜強度隨時間變化的趨勢。其中,使用9分鐘方法獲得的數據以綠色呈現,而20分鐘方法的數據則以藍色表示。右側展示了兩種方法獲得的響應之間的相關性。所有用過的培養基樣品均一式兩份注入,以確保數據的準確性。



優勢總結


沃特世公司推出的新方法僅需9分鐘就能分析細胞培養基中的營養素,相較于傳統方法效率提升了60%。該方法結合了ACQUITY Premier技術和HSS T3鍵合化學分離技術,展現出色譜分離能力,結果重復性好,色譜柱使用壽命長。通過負電噴霧電離(ESI-)模式進行采集質譜數據,220多種培養基化合物庫篩選,能夠精準獲取多種培養基關鍵營養素(如葡萄糖、乳酸、谷氨酰胺和谷氨酸等)的重要信息。整個分析流程,包括樣品制備、數據分析和報告生成,每一步都經過精心設計,旨在為用戶提供高效分析體驗,幫助用戶更深入地理解和把握細胞培養基的成分情況,同時降低維護成本并提高分析價值。該分析方法有望縮短生產周期、降低成本,還能實現更精準、成分分析,為生物制藥行業的快速發展提供有力支持。



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