摘要

分析儀器對(duì)于評(píng)估產(chǎn)品質(zhì)量和生物藥產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程控制至關(guān)重要，它在制藥行業(yè)中應(yīng)用于各種應(yīng)用，如與產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)的研究，如單克隆抗體中的糖基分析和細(xì)胞培養(yǎng)基中氨基酸和代謝物濃度。盡管液相質(zhì)譜（LC-MS）具有靈活應(yīng)用解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，但其實(shí)驗(yàn)開發(fā)通常比其他分析方法耗時(shí)更多。最近，如908 Devices的REBEL等新型分析設(shè)備采用了操作簡(jiǎn)化用戶友好的方法，以替代傳統(tǒng)勞動(dòng)密集型LC-MS。REBEL是一種能夠快速定量氨基酸和其他重要代謝物，實(shí)現(xiàn)全面分析和高通量樣本測(cè)試的儀器，而我們的目的是比較這一代分析平臺(tái)（908 Devices的REBEL）與經(jīng)典LC-ToF MS方法，并評(píng)估數(shù)據(jù)質(zhì)量。

引言

生物制藥公司越來(lái)越關(guān)注培養(yǎng)基成分的理解和產(chǎn)品的質(zhì)量，為了提高生產(chǎn)效率，他們必須面對(duì)的是耗時(shí)的傳統(tǒng)方法。細(xì)胞系開發(fā)和優(yōu)化是過(guò)程策略的重要組成部分。傳統(tǒng)上，使用液相質(zhì)譜（LC-MS）進(jìn)行培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)和代謝組學(xué)研究，這需要高度的技術(shù)專長(zhǎng)，且耗時(shí)較長(zhǎng)。然而，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)需要對(duì)生物反應(yīng)器參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、過(guò)程分析和產(chǎn)品質(zhì)量屬性的結(jié)果來(lái)支持。908 Devices的全自動(dòng)培養(yǎng)基組分分析儀系統(tǒng)，即REBEL，作為一種新型分析儀器，因其快速分析和簡(jiǎn)單操作而受到生物制藥行業(yè)的廣泛關(guān)注。

本文介紹REBEL替代傳統(tǒng)LC-MS方法，在生物反應(yīng)器培養(yǎng)基監(jiān)測(cè)方面的最新進(jìn)展。REBEL進(jìn)行培養(yǎng)基分析的主要優(yōu)勢(shì)包括無(wú)需衍生化即可分析、快速的分析時(shí)間和簡(jiǎn)單的操作。然而，由于該儀器是市場(chǎng)新秀，其分析技術(shù)描述尚不充分。因此，我們采用Waters的非衍生化和正相色譜方法，使用BioAccord RDa飛行時(shí)間（ToF）LC-MS進(jìn)行培養(yǎng)基分析的比較。我們的目標(biāo)是展示REBEL和RDa培養(yǎng)基分析結(jié)果的可比性，并探討兩種分析儀器方法的成本效益。此外，我們將在實(shí)驗(yàn)室中建立這兩種分析方法，以便在未來(lái)代謝研究中評(píng)估過(guò)程變化、補(bǔ)料策略及其對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，從而深化我們對(duì)關(guān)鍵過(guò)程參數(shù)及其對(duì)藥物產(chǎn)品質(zhì)量特性影響的理解。

結(jié)果與討論

圖1. 生物反應(yīng)器1（頂部）和2（底部）的68到227小時(shí)的氨基酸濃度趨勢(shì)，pH 設(shè)定在7.1。樣品由Waters BioAccord RDa LC-MS（藍(lán)色）和REBEL培養(yǎng)基分析儀（紅色）進(jìn)行分析。

圖2. 生物反應(yīng)器3（頂部）和4（底部）的68到227小時(shí)的氨基酸濃度趨勢(shì)，pH設(shè)定在 7.3。樣品由Waters BioAccord RDa LC-MS（藍(lán)色）和REBEL培養(yǎng)基分析儀（紅色）進(jìn)行分析。

表1：REBEL和LC-MS之間的比較，其中+代表所需的技術(shù)專業(yè)知識(shí)或需要的數(shù)量。

我們能夠成功地使用REBEL和BioAccord RDa LC-MS上的初步方法運(yùn)行所有樣品，從而在UNIFI上創(chuàng)建一種處理方法，以在我們的RDa LC-質(zhì)譜分析中從標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)曲線中識(shí)別、質(zhì)量確認(rèn)和量化所有氨基酸。Rebel導(dǎo)出了所有氨基酸的計(jì)算濃度，并創(chuàng)建了手動(dòng)數(shù)據(jù)透視表來(lái)說(shuō)明左側(cè)顯示的結(jié)果。生物反應(yīng)器復(fù)制品1和2在pH 7.1設(shè)定值下運(yùn)行，并在整個(gè)培養(yǎng)物中顯示出相似的氨基酸趨勢(shì)（圖1）。類似地，生物反應(yīng)器復(fù)制品3和4在pH 7.3設(shè)定值下運(yùn)行時(shí)相互共享趨勢(shì)（圖2）。生物反應(yīng)器1-4的氨基酸趨勢(shì)以藍(lán)色表示用于BioAccord RDa LC-MS分析，以紅色表示用于REBEL分析。REBEL和RDa LC-MS數(shù)據(jù)顯示所有反應(yīng)器的氨基酸趨勢(shì)相當(dāng)。對(duì)于樣品制備，與RDa LC-MS的1:500相比，REBEL方法的樣品稀釋比例為1:100，這表明RDa LC-MS的靈敏度至少是REBEL的五倍。然而，我們可以看到，RDa LC-MS中204和227小時(shí)氨基酸濃度的較晚時(shí)間點(diǎn)遠(yuǎn)高于REBEL。這很可能是因?yàn)檫@些值是在標(biāo)準(zhǔn)曲線之外發(fā)現(xiàn)的，因此，外推濃度會(huì)導(dǎo)致計(jì)算誤差。REBEL只能分析33種分析物，包括22種氨基酸、5種維生素和6種生物胺，其中RDa是Tof LC-MS，可以分析這些和其他未知的分析物。表1列出了REBEL與傳統(tǒng)LC-MS的比較，其中REBEL易于使用，不需要太多時(shí)間或精力來(lái)操作，但犧牲了在其范圍之外進(jìn)行分析的能力，并且相比于TOF質(zhì)譜靈敏度略低。傳統(tǒng)的LC-MS方法可以以更好的靈敏度進(jìn)行專門優(yōu)化，但這需要更高水平的技術(shù)技能。REBEL為自動(dòng)化分析提供了包羅萬(wàn)象的試劑盒，但每個(gè)樣本的試劑盒分析成本遠(yuǎn)高于LC-MS方法所需的材料。總體而言，REBEL在其分析范圍內(nèi)以更高的運(yùn)行成本/表現(xiàn)相對(duì)較好，但其易用性和快速分析是推進(jìn)實(shí)時(shí)過(guò)程優(yōu)化的主要優(yōu)勢(shì)。

材料與方法

我們從Sartorius的AMBR250生物反應(yīng)器（VRC01 CHO細(xì)胞培養(yǎng)）中采集每日樣本，進(jìn)行了一次10天的批次實(shí)驗(yàn)。重復(fù)的生物反應(yīng)器1和2的pH為7.1，生物反應(yīng)器3和4的pH為7.3，其余保持一致。樣本經(jīng)過(guò)處理和過(guò)濾，用于分析細(xì)胞培養(yǎng)基反應(yīng)液的游離氨基酸濃度。

REBEL的培養(yǎng)基分析試劑盒（908 Devices）提供了BGE溶液和稀釋液，還有預(yù)制好的標(biāo)準(zhǔn)品。樣品用稀釋液稀釋100倍。所有的濃度數(shù)據(jù)以.csv文件形式輸出。而BioAccord RDa（Waters）的LC-MS方法是基于Waters的應(yīng)用指南調(diào)整的，以適應(yīng)Accuilty Patrols作為L(zhǎng)C系統(tǒng)的特定設(shè)置。氨基酸細(xì)胞培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)品（Waters）根據(jù)說(shuō)明書新鮮制備，每個(gè)氨基酸的6點(diǎn)校準(zhǔn)曲線為5uM-0.5uM，除了2.5uM-0.25uM的胱氨酸。新鮮制備樣品，并用0.1%甲酸以1:500稀釋。用UNIFI（Waters）處理獲得的LC-MS數(shù)據(jù)，以創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)曲線，識(shí)別和量化氨基酸濃度。所有樣品（REBEL和BioAccord RDa）均進(jìn)行三次重復(fù)。

結(jié)論

我們的初步RDa LC-MS方法表明，REBEL細(xì)胞培養(yǎng)基分析儀收集的數(shù)據(jù)與CHO細(xì)胞培養(yǎng)生物反應(yīng)器具有可比性。目前，基于REBEL的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們正在優(yōu)化RDa LC-MS方法，使用8點(diǎn)校準(zhǔn)曲線（范圍0.1-30uM），以捕捉所有氨基酸濃度。一旦使用最終確定的RDa LC-MS方法對(duì)所有樣本進(jìn)行分析，將進(jìn)行進(jìn)一步的方法比較和統(tǒng)計(jì)分析。我們將評(píng)估零假設(shè)的方法，即用REBEL進(jìn)行的測(cè)量與用RDa LC-MS進(jìn)行的測(cè)量不同，然后尋找基于數(shù)據(jù)的證據(jù)，證明測(cè)量是相同的。如果數(shù)據(jù)支持否定零假設(shè)，那么我們可以得出結(jié)論，這些儀器在每次比較的代謝物測(cè)量中都具有同等的性能。未來(lái)的研究將進(jìn)一步測(cè)試REBEL評(píng)估代謝對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響的能力，例如溫度變化對(duì)代謝產(chǎn)物利用的影響及其對(duì)微生物反應(yīng)器中聚糖譜的影響。由于細(xì)胞代謝可以在代謝產(chǎn)物的利用和濃度方面產(chǎn)生共線性，我們將使用多變量數(shù)據(jù)分析（MVDA）來(lái)評(píng)估細(xì)胞代謝及其對(duì)聚糖譜的影響。REBEL的易用性和快速分析的優(yōu)勢(shì)允許更大的樣本通量，同時(shí)保留與傳統(tǒng)LC-MS方法相似的數(shù)據(jù)質(zhì)量，以快速推進(jìn)我們對(duì)關(guān)鍵質(zhì)量屬性的影響的理解，從而提高關(guān)鍵工藝參數(shù)的理解。