Phát Hiện Sự Nhiễm Bẩn Của Quá Trình Sản Xuất ATMP Bằng Máy Quang Phổ

GIỚI THIỆU

ATMP (Sản phẩm thuốc điều trị tiên tiến) gần đây đã xuất hiện để cung cấp các giải pháp điều trị mới cho những bệnh nhân không còn lựa chọn điều trị nào khác. Đối với một số người, chúng dựa trên việc sử dụng các tế bào "thuốc" có nguồn gốc từ biến đổi gen hoặc kỹ thuật mô và tế bào. Những loại thuốc "sống" này phải chịu sự điều chỉnh đáng kể cho phép các tế bào có được các chức năng sinh lý, đặc điểm sinh học hoặc đặc tính tái tạo mới. Sự phát triển của các loại thuốc sinh học mới được lấy cảm hứng từ các quá trình tự nhiên của cơ thể như sử dụng tế bào gốc để tái tạo mô, tế bào lympho để điều trị miễn dịch ung thư hoặc tế bào chết theo chương trình cho mục đích chống viêm.

Tuy nhiên, việc sản xuất các loại thuốc này đòi hỏi phải thực hiện các công nghệ phức tạp về phân loại tế bào, khuếch đại, chuyển gen, khuếch đại-phân chia, kích hoạt và điều này diễn ra ở nhiều giai đoạn sản xuất và trong môi trường phòng sạch vô trùng. Đối với các sản phẩm công nghiệp, việc sản xuất chúng rất tốn kém, chủ yếu là do cơ sở hạ tầng phức tạp cần thiết, thời gian cần thiết để hoàn thành các giai đoạn sản xuất và các quy trình kiểm soát chất lượng phức tạp.

PHƯƠNG PHÁP

Một mối quan tâm lớn trong giai đoạn mở rộng của quá trình chế tạo ATMP là nguy cơ ô nhiễm, có thể gây ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình sản xuất. Phương pháp quang phổ quang học giải quyết mối quan tâm này bằng cách không chỉ theo dõi sự phát triển của tế bào mà còn phát hiện sự hiện diện của các chất gây ô nhiễm, chẳng hạn như vi khuẩn, trong lò phản ứng sinh học.

Nghiên cứu tập trung vào việc phát hiện Escherichia coli (E. coli) là chất gây ô nhiễm đại diện. Khả năng phân biệt giữa các dấu hiệu quang phổ của tế bào lympho và E. coli của hệ thống là rất quan trọng đối với nhiệm vụ này. Sự ô nhiễm được mô phỏng bằng cách thêm nồng độ E. coli đã biết vào các nuôi cấy tế bào lympho và các quang phổ thu được đã được phân tích.

Sự hiện diện của các chất gây ô nhiễm, chẳng hạn như E. coli, làm thay đổi quang phổ hấp thụ của môi trường nuôi cấy. Cụ thể, hình dạng của quang phổ thay đổi, phản ánh các tính chất quang học khác nhau của chất gây ô nhiễm so với tế bào lympho. Bằng cách liên tục phân tích hình dạng của quang phổ đã ghi lại, chúng ta có thể phát hiện ra các độ lệch so với quang phổ chỉ dành cho tế bào lympho dự kiến.

Hình 1: Ví dụ về quang phổ hấp thụ. (a) Lymphocytes, (b) E. coli.

Nghiên cứu phát hiện ra rằng hệ thống có thể phát hiện nhiễm khuẩn E. coli với ngưỡng nồng độ vi khuẩn là 2,5 × 107 tế bào/mL. Ngưỡng này được xác định dựa trên sự giảm giá trị R² của phép đo phổ. Khi giá trị R² giảm xuống dưới ngưỡng được xác định trước (0,988), hệ thống sẽ đưa ra cảnh báo, cho biết có thể bị nhiễm khuẩn.

Hình 2: Sự tiến hóa của hệ số R2 với nồng độ trong E. coli đối với các nồng độ tế bào lympho khác nhau. Chú thích tương ứng với nồng độ tế bào lympho theo tế bào/mL.

Để tăng cường độ nhạy của phát hiện nhiễm bẩn, một kỹ thuật thống kê đã được sử dụng để chuyển đổi dữ liệu phức tạp thành các thành phần nắm bắt được những biến thể quan trọng nhất trong tập dữ liệu. Phương pháp này đã được áp dụng cho các quang phổ đã ghi lại, cho phép phân biệt giữa các nuôi cấy tế bào lympho tinh khiết và các mẫu bị nhiễm bẩn.

Kết quả phân tích cung cấp sự tách biệt rõ ràng giữa dữ liệu quang phổ của tế bào lympho tinh khiết và các tế bào bị nhiễm E. coli. Hai thành phần đầu tiên được xác định là đủ để phân biệt giữa hai tình trạng. Khi xảy ra nhiễm bẩn, các điểm dữ liệu tương ứng với các mẫu bị nhiễm bẩn được tập trung rõ ràng ra khỏi các điểm dữ liệu của các mẫu tế bào lympho tinh khiết.

Hình 3: Vòng tròn màu xanh: tế bào lympho, dấu thập màu xanh lá cây: E. coli, hình vuông màu đỏ: nuôi cấy bị nhiễm, đường đen: sự phân tách giữa nuôi cấy tinh khiết và bị nhiễm.

XÂY DỰNG HỆ THỐNG

INTINS có thể cung cấp một hệ thống hoàn chỉnh cho ứng dụng này. QE Pro, một máy quang phổ của Ocean Optics (Ocean Insight), là một máy quang phổ có độ nhạy cao với hiệu suất ánh sáng lạc thấp. Thiết bị có kích thước nhỏ này mở khóa dữ liệu chữ ký UV-VIS từ 200-950 nm và các tùy chọn khe hở vào có chiều rộng từ 5 µm đến 200 µm. Máy quang phổ QE PRO nhỏ gọn, đa năng và tương thích với các nguồn sáng và phụ kiện của Ocean Insight.

Dòng DH-2000 là nguồn halogen deuterium cân bằng duy nhất trên thế giới. Nó sử dụng công nghệ lọc tiên tiến để tạo ra quang phổ mượt mà trên toàn bộ phạm vi, đầu ra cân bằng từ 215 đến 2500 nm và loại bỏ các vấn đề liên quan đến bão hòa. Công nghệ tương tự này loại bỏ vạch alpha-deuterium trong vùng khả kiến. Sử dụng kết hợp đèn deuterium và halogen, DH-2000 linh hoạt và lý tưởng để đo mẫu có nhiều đặc điểm trong các vùng quang phổ khác nhau hoặc để phân tích nhiều mẫu khác nhau.

Giá đỡ Cuvette cho các cuvette có đường dẫn 1 cm được ghép nối thông qua các sợi quang kết thúc bằng SMA với các máy quang phổ và nguồn sáng để tạo ra các hệ thống quang phổ có diện tích nhỏ cho các thí nghiệm hấp thụ. Giá đỡ Cuvette có nắp đậy tích hợp hoàn toàn để loại bỏ ánh sáng xung quanh và có 2 khe lọc để cho phép lọc ánh sáng chiếu vào giá đỡ cuvette và/hoặc ánh sáng phát hiện ra rời khỏi giá đỡ cuvette. Thiết bị được thiết kế để giữ chặt các cuvette vuông 1 cm mà không cần người dùng điều chỉnh, mang lại khả năng lặp lại dữ liệu cao.

KẾT LUẬN

Khả năng phát hiện sớm sự nhiễm bẩn trong quá trình sản xuất có ý nghĩa quan trọng đối với sản xuất ATMP. Sự nhiễm bẩn có thể dẫn đến việc dừng sản xuất tốn kém, mất các sản phẩm có giá trị và chậm trễ trong việc cung cấp liệu pháp cho bệnh nhân. Phương pháp quang phổ quang học cung cấp một phương tiện đáng tin cậy và hiệu quả để phát hiện sự nhiễm bẩn, có khả năng tiết kiệm hàng chục nghìn đô la cho mỗi lô sản xuất.

Hơn nữa, bằng cách tích hợp công nghệ này vào các hệ thống lò phản ứng sinh học hiện có, các nhà sản xuất có thể nâng cao quy trình kiểm soát chất lượng tổng thể, đảm bảo rằng chỉ những sản phẩm chất lượng cao, không bị nhiễm bẩn mới đến được với bệnh nhân. Điều này cũng có thể dẫn đến việc giảm tổng chi phí của ATMP, giúp các liệu pháp này dễ tiếp cận hơn với nhiều bệnh nhân hơn.