INGOLD
Note d‘application
Leading Process Analytics
Contrôle simplifié de l’O2 dans les
bioréacteurs grâce à la technologie optique
Pour assurer une bonne fermentation des cellules
de mammifères, un contrôle strict des propriétés
physicochimiques du milieu, tel que l‘O2 dissous,
est nécessaire. Pour les procédés par batch
de longue durée, il faut utiliser des sondes ayant
une dérive minimale et nécessitant peu de
maintenance. Les sondes à oxygène dissous,
basées sur la technologie optique, sont idéales
dans ces cas-là.
Historique
Les mesures en ligne au cours de la fermentation permettent
de maintenir des conditions de vie constantes pour les cellules ou micro-organismes en suspension. Ceci comprend le
suivi et le contrôle de l‘environnement physicochimique
comme le pH, l‘O2 et le CO2 dissous. Négliger le contrôle de
ces paramètres pourrait affecter la qualité du produit final.
Il est possible d‘avoir recours aux mesures en ligne pour
maintenir la culture dans un état optimal.
Les cultures de cellules ont besoin d‘oxygène pour produire
de l‘énergie à partir de sources de carbone organique. Étant
donné la faible solubilité de l‘oxygène dans l‘eau, le contrôle
du niveau d‘oxygène (air) doit être soigneusement régulé
pour éviter qu‘il ne constitue un facteur limitant au cours du
procédé. En revanche, l‘approvisionnement du bioréacteur en
air hyperoxygéné peut avoir un impact irréversible sur les
performances de la culture. Cela implique également une
déperdition de l‘énergie utilisée pour faire fonctionner le
compresseur d‘air.
Contrôle simplifié de l‘oxygène dans les bioréacteurs
Les cellules de mammifères sont volumineuses, elles connaissent une croissance lente et elles sont très sensibles à la contrainte
de cisaillement par rapport à la fermentation microbienne. La
concentration de produit (titration) est généralement très réduite
et les métabolites toxiques comme l‘ammonium et le lactate sont
produits au cours de la croissance. Le bioréacteur pour les cellules de mammifères demande des conditions environnementales homogènes et bien contrôlées (température, pH/redox et
oxygène dissous). A cause du faible taux de croissance, la durée
du procédé batch peut atteindre trois semaines : les sondes en
ligne doivent donc rester très stables tout au long du traitement.
Sonde optique à oxygène dissous
En ce qui concerne la mesure de l‘O2 dissous, les sondes faisant
intervenir la technologie de mesure optique présentent des avantages non négligeables par rapport à la technologie ampérométrique, comme l‘illustre le tableau 1.
Les sondes optiques à oxygène InPro 6870 i et InPro 6880 i de
METTLER TOLEDO sont conçues pour les besoins de l‘industrie
pharmaceutique. Le coeur de la sonde est constituée d’une
couche sensible à l’O2 contenant des molécules de marquage
fixes. Ces molécules absorbent la lumière d‘une LED et sont capables de libérer cette énergie sous forme de lumière avec une
Acide
Alcaline
Air
longueur d‘onde différente (fluorescence). Le retard entre l‘absorption et l‘émission de lumière dépend de la pression partielle
d‘oxygène présente dans le milieu. Contrairement aux sondes
ampérométriques, qui comprennent une membrane, un élément
sensible et un électrolyte, l‘OptoCap (qui contient la couche sensible à l‘oxygène) est le seul composant qu‘il est nécessaire de
remplacer de temps en temps.
Étalonnage direct des sondes optiques à oxygène
Il est assez courant de réaliser un étalonnage de la sonde après
un cycle de stérilisation, afin d‘obtenir une valeur initiale reproductible (saturation d‘air à 100 % par exemple, ou toute autre
valeur souhaitée). Avec les sondes ampérométriques, la pente est
ajustée au cours de l‘étalonnage. Avec les systèmes optiques, le
réglage de la pente peut fausser les données réelles d‘étalonnage
de la sonde, car la valeur souhaitée ne représente pas nécessairement la vraie valeur de saturation de l‘oxygène. Il est nécessaire de mesurer la pression du procédé ainsi que sa salinité afin
d’obtenir la valeur réelle de l’oxygène. Pour les utilisateurs habitués à utiliser des sondes ampérométriques, il est possible que
la procédure d’utilisation des sondes optiques semble déroutante
et qu‘ils préfèrent utiliser le mode opératoire normalisé mis en
place. Avec l‘option d‘étalonnage procédé, « mise à l‘échelle », il
est possible d’étalonner l‘InPro 6870i et l‘InPro 6880i à la valeur
souhaitée sans modifier les valeurs de
pression. Cette procédure est maintenant
très proche de celle des sondes ampérométriques, à une différence près : au lieu
de corriger la pente, il faut réaliser un
étalonnage procédé (si vous avez choisi
l’option « Mise à l‘échelle », la courbe
d‘étalonnage de la sonde reste identique,
mais son signal de sortie est mis
à l‘échelle).
pH
O2 dissous
Trb
CO2
Configuration type pour le contrôle de bioréacteur
2
METTLER TOLEDO Note d’Application
Contrôle simplifié de l‘oxygène dans les bioréacteurs
Technologie ampérométrique
Technologie optique
Avantages de la technologie optique
Taux de dérive moyen
Taux de dérive très faible et
temps de réponse plus court
Convient parfaitement aux procédés
batch de longue durée
Changements de la membrane
et de l’électrolyte fréquents.
Risque de fuite de l'électrolyte.
Sans électrolyte
Maintenance réduite (remplacement de
l’OptoCap au bout de 6 à 7 mois).
Pas de risque de fuite de l'électrolyte.
6 heures de polarisation avant
étalonnage et mesure
Pas de polarisation
Prêt à mesurer une fois branché au
transmetteur, même après autoclavage.
Grande disponibilité.
Tableau 1 : Technologie ampérométrique vs technologie optique
Durée de vie de l‘OptoCap
Pour maximiser la durée de vie de l’OptoCap, il convient de réduire la fréquence d’échantillonnage. Si les sondes InPro 6870 i
et InPro 6880 i sont utilisées avec les firmware les plus récents,
le fait de modifier la fréquence de mesure de 1 à 20 secondes n‘a
aucune incidence sur le temps de réponse, puisque le système ne
réalise pas la moyenne des mesures (la fréquence de mesure
recommandée pour les applications biotechnologiques se situe
entre 10 et 30 secondes). Pendant les stérilisations et les Nettoyages En Place (NEP), il n‘est pas nécessaire de mesurer l‘oxygène. Durant ces étapes, la fonction de mesure est désactivée, ce
qui augmente la durée de vie de l‘OptoCap.
• Transmetteur M800
– Multiparamètre et multivoie
– Écran tactile couleur simplifiant l‘utilisation
Pour plus d’informations, consultez la page suivante :
4www.mt.com/pro_pharma
Conclusion
Pour maintenir des conditions idéales au cours de la fermentation de cellules de mammifères, un certain nombre de paramètres doivent être contrôlés, notamment l‘oxygène dissous.
Le temps de réponse et le comportement à la dérive des sondes à
oxygène METTLER TOLEDO InPro 6870i et InPro 6880i sont
nettement meilleurs que ceux des sondes ampérométriques.
Comme les cultures de cellules de mammifères et d‘algues impliquent des procédés par batch de longue durée, la dérive réduite
et la faible maintenance des sondes présentent de gros avantages.
• Sonde à oxygène InPro 6860i
– Technologie optique
– F orme effilée permettant une installation facile dans
les bioréacteurs de paillasse
– S ortie polyvalente : nA, 4– 20 mA ou numérique avec
la technologie Intelligent Sensor Management (ISM)
Mettler-Toledo AG
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Im Hackacker 15
CH-8902 Urdorf
Suisse
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