使用presens光學 pH 傳感器在攪拌罐式生物反應器中進行細胞培養監測

我們(men) 使用以及新型 pH 探頭進行在線細胞培養(yang) 監測。將光學測量值與(yu) 梅特勒-托利多探頭的參考數據進行比較。在第一個(ge) 實驗階段，我們(men) 評估了連接到生物反應器壁上的 的信號穩定性、點間變化和漂移。這些點與(yu) 參考測量值呈趨勢，並且隨著時間的推移僅(jin) 顯示出最小的漂移。第二個(ge) 實驗階段側(ce) 重於(yu) 的評估，該探頭與(yu) 梅特勒-托利多探頭的趨勢也很好。

監測和控製重要的培養(yang) 參數，如 DO 和 pH 值是哺乳動物細胞培養(yang) 的前提條件。不利的條件可能會(hui) 損害生長，甚至導致培養(yang) 失敗。因此，需要精確且長期穩定的傳(chuan) 感器，這些傳(chuan) 感器可以在生物反應器中實施。
光學傳(chuan) 感器可以製造成許多不同的傳(chuan) 感器設計和尺寸，因此在將它們(men) 集成到培養(yang) 容器中時具有更大的靈活性。雖然標準的 12 mm 不鏽鋼探針必須通過端口插入生物反應器中，但光學傳(chuan) 感器點相對較小，甚至可以集成在沒有探針端口的生物反應器中。此外，這些點允許通過容器壁進行非侵入式測量，從(cong) 而顯著降低汙染風險。光學 pH 傳(chuan) 感器點適用於(yu) 可高溫高壓滅菌的玻璃生物反應器，而不鏽鋼探頭也可用於(yu) 可高溫高壓滅菌的鋼製發酵罐。在本研究中，我們(men) 評估了兩(liang) 種不同的設計，用於(yu) 攪拌罐式生物反應器中的細胞培養(yang) 監測。四個(ge) LG1 型 pH 傳(chuan) 感器點連接到生物反應器內(nei) 壁。其中一個(ge) 點用於(yu) 連續測量，而對其他三個(ge) 點進行每日檢查以確定點間變異性。PreSens 的新型 12 mm pH 不鏽鋼探頭通過標準端口插入生物反應器中。同時，和 O₂在這些實驗中評估了，結果在單獨的應用說明中進行了描述。在未來的實驗中，還將測試這些傳(chuan) 感器與(yu) 控製器的適用性。

材料和方法

將 連接到 3 L 玻璃生物反應器的內(nei) 生物反應器壁上。在生物反應器熱套上切一個(ge) 孔，以便可以通過聚合物光纖從(cong) 外部讀取傳(chuan) 感器點。對裝有光學傳(chuan) 感器的反應器進行高壓滅菌。在接種 CHO 細胞係之前立即對傳(chuan) 感器點進行單點校準。使用 Applikon EZ 控製器控製生物反應器的 pH 值，設定值為(wei) 7.00 ± 0.05。
使用圓形容器適配器 （ARC） 將光纖檢測器固定在玻璃外側(ce) 的一個(ge) 點旁邊，以便連續讀取。其他傳(chuan) 感器用於(yu) 定期檢查，以確定 15 天內(nei) 的點間變異性和光漂白的影響。將傳(chuan) 感器點連接到 pH-1 SMA LG1 pH 計，並使用 PreSens Measurement Studio 2 軟件控製測量。通過蓋子上的標準端口將光學不鏽鋼探針插入生物反應器中（圖 1）。以 5 秒的間隔進行連續測量。

結果

圖 2 顯示了細胞培養(yang) 中 15 天監測期的 PreSens pH 測量值和參考數據。在這項研究中，在接種前對 PreSens 斑點進行了單點調整。在研究的其餘(yu) 部分，對控製係統的梅特勒-托利多探頭進行了樣品校正，但 PreSens 斑點和第二個(ge) 梅特勒-托利多探頭沒有再次進行樣品校正。實驗應確定光學傳(chuan) 感器的性能和可能的漂移。參考探針的光學 pH 讀數趨勢良好，從(cong) 第 11 天開始僅(jin) 顯示出很小的漂移（圖 3）。在整個(ge) 研究過程中，PreSens 測量中看到的峰值發生在手動監測點的每日讀數期間。

圖 2：在 3 L 攪拌罐式生物反應器中監測細胞培養(yang) ，該反應器帶有和梅特勒-托利多探頭（橙色用於(yu) 控製，灰色用於(yu) 監測）。pH 點與(yu) 參考測量值呈趨勢。

在離線采樣期間，每天一次，在三個(ge) 非連續點之間手動移動光纜，以測試點間的變化和漂移。圖 3 顯示 4 個(ge) 點在不同程度上漂移。點 1 是持續監測的點。點 2 放置在加熱夾套窗口中，使其可以在整個(ge) 研究過程中暴露在光線下。點 3 和 4 位於(yu) 加熱套後麵，光照有限。10 天後，到第 15 天，連續監測點漂移約 - 0.1 pH 單位，漂移 - 0.2 pH 單位。曝光點（點 2）漂移 - 0.3 pH 單位，比所有其他點都多。兩(liang) 個(ge) 曝光受限的點和第二個(ge) 梅特勒-托利多探頭的漂移最小。這些數據表明，pH 點對恒定的光照非常敏感。

圖 3：在 15 天的監測期內(nei) ，與(yu) 校正探頭的 pH 值偏差。11 天後可以看到 -0.1 pH 的漂移。

在下麵的實驗中，使用 進行監測，並與(yu) 對照梅特勒-托利多探頭進行比較（圖 4）。PreSens pH 點和探頭以及梅特勒-托利多探頭每天進行一次單點校準。傳(chuan) 感器點和鋼探針都與(yu) 參考測量值呈趨勢。pH 探頭顯示信號噪聲較多，原因可能是對氣泡的敏感度較高。

圖 4：在 3 L 攪拌罐式生物反應器中監測細胞培養(yang) ：使用 進行光學 pH 測量，與(yu) 使用梅特勒-托利多探頭（灰色）的參考測量值進行比較。探頭和點都與(yu) 參考測量值呈趨勢。

結論

我們(men) 對可高壓滅菌的和原型不鏽鋼探頭的評估表明，這些傳(chuan) 感器適用於(yu) 哺乳動物細胞培養(yang) 中的 pH 值監測。當探頭端口數量有，非侵入式傳(chuan) 感器點具有多種優(you) 勢。可以在生物反應器的不同位置集成多個(ge) 點，這可能會(hui) 提供有關(guan) 混合效應的更多信息。隨著時間的推移，傳(chuan) 感器僅(jin) 顯示最小的漂移，並且與(yu) 參考探頭呈趨勢一致。但是，PreSens 傳(chuan) 感器確實具有信號噪聲和光敏性。在我們(men) 研究的下一階段，將連接到控製器和用於(yu) 控製培養(yang) pH 值的信號。