Validasi pembersihan sangat penting dalam produksi daging budidaya untuk mencegah kontaminasi dan memastikan keamanan produk. Berikut adalah yang perlu Anda ketahui:
- Standar Regulasi: Proses pembersihan harus menghilangkan 99% mikroorganisme, diikuti dengan desinfeksi atau sterilisasi yang mencapai pengurangan 99.999%.
- Tantangan Residu: Bioreaktor mengumpulkan protein, lemak, dan puing seluler, memerlukan metode pembersihan yang tepat. Sistem sekali pakai menambah risiko seperti hidrokarbon dan siloksan.
-
Alat Utama untuk Deteksi Residu:
- HPLC: Mendeteksi residu spesifik tetapi memiliki keterbatasan sensitivitas untuk kontaminan jejak.
- LC-MS/MS: Sangat sensitif, mendeteksi tingkat ng/mL, ideal untuk analisis jejak.
- Analisis TOC: Mengukur semua residu organik dengan cepat (sensitivitas ppb) tetapi kurang spesifik.
- Deteksi Mikroba: Uji kemandulan tradisional lambat (5–7 hari). Metode cepat seperti bioluminesensi ATP dan PCR real-time memberikan hasil lebih cepat, meningkatkan waktu pelepasan batch.
- Monitoring Digital: Alat real-time seperti spektroskopi UV dan analitik berbasis AI mengoptimalkan siklus pembersihan, mengurangi waktu henti, dan meningkatkan efisiensi.
Metode Analitik Baru untuk Memverifikasi Proses Pembersihan
Alat Deteksi Residu
Dalam produksi daging budidaya, pembersihan bioreaktor adalah proses yang teliti. Residu seperti protein, lemak, puing seluler, dan komponen media pertumbuhan harus dihilangkan sepenuhnya untuk menghindari kontaminasi silang. Alat seperti HPLC, LC-MS/MS, dan analisis TOC masing-masing berperan dalam memastikan deteksi residu yang menyeluruh, menawarkan wawasan kuantitatif dan kualitatif.
Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (HPLC)
HPLC adalah metode yang banyak digunakan untuk mengukur residu dalam bioreaktor. Ketika dipasangkan dengan deteksi ultraviolet (UV), ini membantu memisahkan dan mengidentifikasi komponen dalam sampel cair. Ini membuatnya sangat berguna untuk mengkuantifikasi residu stabil, seperti komponen media pertumbuhan tertentu atau agen pembersih. Namun, metode ini memiliki keterbatasan. Misalnya, HPLC-UV mungkin tidak cukup sensitif untuk mendeteksi residu jejak, terutama dalam aplikasi yang melibatkan peptida dengan potensi tinggi yang rentan terhadap kehilangan adsorptif atau memiliki sensitivitas UV yang buruk [3].
Biasanya, HPLC-UV mencapai batas deteksi dalam rentang µg/mL, yang mungkin tidak cukup untuk memantau kontaminasi minor. Namun, keandalannya dalam mendeteksi dan memvalidasi penghapusan residu tertentu menjadikannya metode andalan untuk memastikan keamanan produk dalam proses daging yang dibudidayakan [3].
Teknik Spektrometri Massa
LC-MS/MS membawa deteksi residu ke tingkat berikutnya dengan sensitivitas dan spesifisitas yang lebih tinggi. Metode ini dapat menganalisis berbagai peptida, mendeteksi jumlah serendah 1–1.000 ng/mL dalam satu kali pengujian. Dengan menggunakan pemantauan reaksi ganda, metode ini mengonfirmasi identitas residu dengan presisi. Seperti yang dicatat oleh Waters Corporation:
Sementara Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (HPLC) yang digabungkan dengan deteksi Ultraviolet (UV) adalah alat analisis yang paling umum untuk penentuan ARL, ada kebutuhan yang meningkat untuk metodologi analisis yang dapat mencapai deteksi yang lebih sensitif dan selektif [3].
LC-MS/MS sangat efektif untuk mengidentifikasi residu jejak, protein terdegradasi, dan ekstraktabel dari komponen bioreaktor sekali pakai.Para analis sering mengandalkan vial permukaan berkinerja tinggi untuk meminimalkan pengikatan non-spesifik dan meningkatkan tingkat pemulihan. Kemampuannya untuk mendeteksi residu pada tingkat yang sangat rendah (ng/mL) membuatnya sangat diperlukan untuk mengonfirmasi penghapusan bahan berpotensi tinggi dari permukaan bioreaktor [3].
Analisis Total Organic Carbon (TOC)
Analisis TOC mengukur total karbon organik dalam residu dengan mengoksidasi mereka menjadi CO₂ dan memantau perubahan konduktivitas. Metode ini tidak spesifik, artinya mendeteksi semua residu organik - baik itu protein, sel, agen pembersih, atau komponen media. Sensitivitasnya mengesankan, dengan batas deteksi serendah 6,30 ppb dan batas kuantitasi sekitar 21 ppb [4][5].
Sebuah studi dari Center for Genetic Engineering and Biotechnology di Havana, Kuba, menunjukkan efektivitas analisis TOC.Para peneliti mencapai pengurangan tingkat residu sebesar tiga kali lipat, dengan nilai TOC akhir serendah 22 ppb. Mereka juga menetapkan hubungan antara pembacaan TOC dan beban mikroba: misalnya, 27 ppb TOC berkorelasi dengan sekitar 10⁶ E. coli sel, sementara 16 ppb setara dengan sekitar 10³ sel ragi [4] .
Analisa TOC sangat cocok untuk sistem Clean-In-Place, di mana mereka dapat digunakan sebagai alat at-line atau on-line untuk mempercepat waktu penyelesaian peralatan [5]. Annex 15 Komisi Eropa mendukung penggunaan metode non-spesifik seperti TOC ketika pengujian residu spesifik tidak memungkinkan, dengan menyatakan:
Biologis diketahui terdegradasi dan terdenaturasi ketika terpapar pada ekstrem pH dan/atau panas... [mendukung] metode non-spesifik, seperti total karbon organik (TOC) dan konduktivitas, ketika tidak memungkinkan untuk menguji residu produk spesifik [5].
Sementara analisis TOC tidak dapat membedakan antara jenis residu - seperti media pertumbuhan, puing-puing seluler, atau agen pembersih - deteksi luas ini bermanfaat untuk memvalidasi penghapusan protein yang terdegradasi. Untuk kultur sel skala besar, korelasi antara TOC dan jumlah sel menawarkan cara praktis untuk mengonfirmasi penghapusan biomassa dari dinding bioreaktor [4].
Bersama-sama, alat-alat ini menyediakan kerangka kerja yang kuat untuk deteksi residu, memastikan bioreaktor memenuhi standar kebersihan ketat yang diperlukan untuk produksi daging budidaya. Fondasi ini penting untuk pengujian kemandulan dan mikroba selanjutnya.
Pengujian Kemandulan dan Deteksi Mikroba
Setelah deteksi residu, memastikan kemandulan sangatlah penting. Tes kemandulan tradisional sering memerlukan waktu 5–7 hari agar koloni mikroba tumbuh hingga tingkat yang dapat dideteksi (sekitar 10⁷ sel) [8]. Proses yang panjang ini dapat menunda pergantian peralatan dan pelepasan batch dalam produksi daging budidaya. Namun, metode mikroba cepat (RMM) dapat secara signifikan memotong waktu tunggu ini, mendeteksi kontaminasi dalam hitungan jam daripada hari. Mari kita lihat lebih dekat metode ini.
Salah satu hambatan utama dalam validasi pembersihan bioreaktor adalah kesulitan dalam membudidayakan organisme tertentu dengan teknik standar. Misalnya, pada September 2023, AstraZeneca menggunakan bioluminesensi ATP yang diperkuat untuk dengan cepat mengidentifikasi organisme yang tumbuh lambat seperti Dermacoccus nishinomiyaensis, yang tidak dapat dideteksi oleh agar soya triptik standar. Ini menyoroti bagaimana metode cepat mengungguli teknik kultur tradisional. Seperti yang dijelaskan oleh Miriam Guest, Ilmuwan Utama di AstraZeneca:
"...memungkinkan respons cepat untuk memastikan mitigasi dapat dilaksanakan secara tepat waktu."
– Miriam Guest, Principal Scientist, AstraZeneca [6]
Sistem otomatis lebih meningkatkan akurasi dengan menghilangkan kesalahan manusia selama pembacaan manual. Mereka juga terintegrasi langsung dengan Sistem Manajemen Informasi Laboratorium (LIMS), mengurangi kesalahan transkripsi dan mempercepat dokumentasi - keuntungan besar bagi fasilitas daging budidaya yang mengelola beberapa batch [8].
Metode Deteksi Mikroba Cepat
Untuk mengatasi keterbatasan metode kultur tradisional, beberapa teknologi deteksi cepat telah muncul. Berikut cara kerjanya:
-
ATP Bioluminescence: Metode ini mendeteksi adenosin trifosfat (ATP) dari sel hidup, memberikan hasil dalam hitungan menit hingga jam.Meskipun tidak spesifik, ini e
xcell ent untuk pemeriksaan kebersihan cepat dan dapat mengidentifikasi organisme yang mungkin terlewatkan oleh agar plate [6][7]. - Metode Berbasis Asam Nukleat: Teknik seperti PCR real-time dan LAMP (amplifikasi isotermal berbasis loop) menawarkan sensitivitas dan spesifisitas tinggi. PCR real-time dapat mendeteksi serendah 10⁴ cfu/mL dalam 1–3,5 jam setelah pengayaan [7]. LAMP, yang beroperasi pada suhu tetap (59–65°C), memberikan hasil dalam 60–75 menit setelah pengayaan, mendeteksi antara 10² dan 10⁴ cfu/mL. LAMP transkripsi-balik (rtLAMP) untuk deteksi RNA mencapai sensitivitas yang lebih tinggi, mengidentifikasi serendah 4 cfu per swab tanpa pengayaan [7].
- Uji Optik: Ini bergantung pada media kaldu yang mengandung pewarna yang berubah warna atau berpendar berdasarkan aktivitas metabolik mikroba.Platform seperti BioLumix dan Soleris dapat mendeteksi hanya 8 sel ragi atau 50–100 bakteri - jauh lebih rendah dari ambang batas inspeksi koloni visual [8] . Waktu deteksi berkisar antara 8–18 jam untuk satu bakteri dan 35–48 jam untuk sel jamur [7].
- Mikrobiologi Impedansi: Metode ini memantau perubahan listrik dalam media kultur yang disebabkan oleh metabolisme bakteri. Ini membedakan antara sel hidup dan mati, memberikan hasil dalam 14–24 jam [7].
Saat memilih metode cepat, satu faktor kunci yang perlu dipertimbangkan adalah apakah proses tersebut merusak. Metode berbasis fluoresensi sering kali tidak merusak, memungkinkan pelacakan koloni, sementara metode bioluminesensi ATP dan lisis sel biasanya merusak sampel [8]. Untuk validasi pembersihan bioreaktor, di mana deterjen atau pembersih residu dapat mengganggu, membasahi swab dengan agen penetral dapat membantu menghindari hasil negatif palsu [7].
sbb-itb-ffee270
Alat Digital dan Proses Analitik
Pengenalan Teknologi Analitik Proses (PAT) dan platform pemantauan digital mengubah validasi pembersihan dalam produksi daging budidaya. Secara tradisional, pengujian offline berarti peralatan harus menganggur selama berjam-jam - atau bahkan berhari-hari - sambil menunggu hasil laboratorium [9] . Sekarang, alat in-line dan online menyediakan data real-time sepanjang siklus pembersihan, menghilangkan penundaan ini.
Ambil in-line UV spectroscopy sebagai contoh. Teknologi ini menggunakan sensor untuk memantau agen pembersih dan residu protein secara real-time.Seperti yang dijelaskan oleh John Schallom dari STERIS:
Kemampuan pemantauan in-line dari UV memungkinkan pemantauan berkelanjutan secara real-time dari seluruh siklus pembersihan dan penerapannya pada kualitas berdasarkan desain, teknologi analitik proses, digitalisasi proses, dan tujuan keberlanjutan dari fasilitas manufaktur Pharma 4.0. [5]
Dengan menggunakan alat seperti spektroskopi UV dan UPLC, tingkat residu diukur dengan presisi selama proses pembersihan. Ini memungkinkan pendekatan "bersih sampai bersih", di mana pencucian berhenti segera setelah tingkat residu memenuhi ambang batas target, daripada mengandalkan waktu pembersihan tetap yang dirancang untuk skenario terburuk. Hasilnya? Waktu henti peralatan berkurang drastis [9]. Sistem pemantauan berkelanjutan ini juga membuka jalan bagi protokol pembersihan prediktif, meningkatkan efisiensi dan mengurangi limbah.
Analitik Prediktif Berbasis AI
AI memainkan peran penting dalam mengoptimalkan protokol pembersihan. Melalui kembar digital, AI mensimulasikan variabel TACT (Temperature, Action, Chemistry, Time), menyederhanakan proses dengan mengurangi kebutuhan untuk eksperimen berulang. Pembelajaran mesin menganalisis interaksi variabel-variabel ini untuk mengidentifikasi kondisi pembersihan yang paling efisien dan dapat direproduksi [11]. Pendekatan ini tidak hanya menghemat waktu dan sumber daya tetapi juga mendukung upaya untuk membuat daging budidaya lebih kompetitif biaya dengan daging tradisional [10].
Platform Pemantauan Waktu Nyata
Platform pemantauan waktu nyata menggabungkan beberapa sensor untuk terus memverifikasi kebersihan sepanjang siklus pembersihan. Misalnya, pada Mei 2014, Waters Corporation memamerkan Sistem Analisis Proses PATROL UPLC.Sistem ini memantau pelarut pencuci dari bejana reaksi 1 liter menggunakan metode isokratik 60 detik, mencapai waktu siklus 160 detik antara injeksi dengan batas deteksi 24 ng/mL. Analisis yang hampir instan ini menghilangkan kebutuhan untuk penyeka manual dan memperkuat metodologi "bersih sampai bersih" [9].
Untuk fasilitas daging budidaya, platform ini memberikan manfaat yang lebih besar. Analisis Total Organic Carbon (TOC) dapat mendeteksi sebanyak 1.000.000 sel E. coli pada tingkat serendah 27 ppb [4] , menawarkan metode sensitif untuk menilai kebersihan mikroba. Selain itu, teknologi Surface Plasmon Resonance (SPR) menyediakan sensitivitas deteksi antara 1–10 ng/mL [2] , menjadikannya sangat berharga untuk memvalidasi pembersihan biologis yang sangat kuat.Dengan mengintegrasikan alat-alat real-time ini, produsen daging budidaya dapat memastikan validasi pembersihan yang efisien yang sesuai dengan persyaratan peraturan yang ketat.
Untuk perusahaan yang ingin mengadopsi solusi mutakhir ini,
Perbandingan Alat
Perbandingan Alat Analitik untuk Validasi Pembersihan Bioreaktor dalam Produksi Daging Budidaya
Memilih alat analitik yang tepat untuk validasi pembersihan bioreaktor melibatkan pertimbangan faktor seperti sensitivitas, spesifisitas, biaya, dan seberapa baik alat tersebut sesuai dengan proses produksi daging budidaya. Berikut adalah rincian bagaimana berbagai alat berkontribusi pada upaya validasi yang ketat ini.
Analisis TOC menonjol karena kecepatannya dan kemampuannya mendeteksi semua residu organik, meskipun tidak membedakan antara molekul spesifik. Ini memberikan verifikasi cepat dan sensitif terhadap total beban organik, menjadikannya sangat berharga untuk analisis air bilasan, di mana konfirmasi penghapusan organik sepenuhnya adalah kunci. Namun, karena mengukur total karbon, ini tidak dapat mengidentifikasi jenis materi organik spesifik yang ada.
HPLC unggul dalam spesifisitas, karena memisahkan residu target dari deterjen dan komponen lain dalam satu kali pengujian. Sensitivitasnya bergantung pada sifat kimia molekul dan jenis detektor yang digunakan (e.g. , UV atau fluoresensi). Kelemahannya? HPLC memakan waktu, memerlukan hingga 40 menit per sampel, belum lagi persiapan ekstensif yang diperlukan sebelum analisis[12] . Meskipun tidak ideal untuk pemantauan rutin, ini sangat efektif untuk mengidentifikasi kontaminan selama penyimpangan.
Spektrometri massa menawarkan spesifisitas dan sensitivitas yang tak tertandingi, mampu mendeteksi molekul pada tingkat yang sangat rendah (ppb). Ini membuatnya sempurna untuk memvalidasi penghapusan faktor pertumbuhan atau protein yang kuat. Namun, sering kali memerlukan standar internal untuk memastikan akurasi mendekati batas penerimaan residu. Biaya tinggi dan kompleksitas spektrometri massa membuatnya kurang praktis untuk penggunaan rutin, tetapi sangat diperlukan untuk menyelidiki penyimpangan atau memvalidasi skenario terburuk.
Tabel Perbandingan
Tabel berikut merangkum kekuatan dan keterbatasan berbagai alat yang digunakan untuk deteksi residu dan pemantauan mikroba. Setiap alat memainkan peran yang berbeda dalam mempertahankan protokol pembersihan yang tervalidasi.
| Alat | Spesifisitas | Sensitivitas | Keunggulan Utama | Keterbatasan Utama | Penerapan pada Daging Budidaya |
|---|---|---|---|---|---|
| Analisis TOC | Rendah (Tidak spesifik) | Tinggi (tingkat ppb) | Cepat; mendeteksi semua residu organik; mudah divalidasi | Tidak dapat mengidentifikasi molekul spesifik | Tinggi; ideal untuk sampel bilas dan verifikasi beban organik total[4][15] |
| HPLC | Tinggi (Spesifik) | Variabel (Tergantung Detektor) | Memisahkan target dari deterjen; sangat akurat | Menghabiskan waktu (hingga 40 menit/sampel); memerlukan kromofor | Sedang; terbaik untuk identifikasi kontaminan spesifik selama penyimpangan[12][15] |
| Spektrometri Massa | Sangat Tinggi (Spesifik) | Sangat Tinggi (tingkat ppb) | Sensitivitas ekstrem; e |
Biaya tinggi; memerlukan standar internal | Sedang; disediakan untuk residu potensi tinggi dan karakterisasi kompleks |
| Deteksi Mikroba Cepat | Bervariasi | Tinggi | Menyediakan umpan balik lebih cepat daripada pengujian sterilitas tradisional | Biaya awal tinggi | Tinggi; penting untuk mengurangi tingkat kegagalan batch (saat ini 11–20%)[14] |
| Alat Digital/PAT | T/A (Pemantauan) | Tinggi (Proses) | Pengawasan waktu nyata, tidak merusak; mengurangi tenaga kerja manual | Tergantung pada gangguan (e.g. , quenching fluoresensi) | Tinggi; mendukung produksi yang dapat diskalakan dan konsisten[13][15] |
Perbandingan ini menyoroti kebutuhan akan pendekatan yang seimbang yang menggabungkan kecepatan, spesifisitas, dan pemantauan waktu nyata. Untuk fasilitas daging budidaya, yang beroperasi dengan anggaran lebih ketat dibandingkan produsen farmasi, analisis TOC sering kali muncul sebagai pilihan paling praktis untuk validasi rutin. Ini membutuhkan pengembangan metode yang jauh lebih sedikit dibandingkan dengan HPLC atau spektrometri massa[12].
Kesimpulan
Menggabungkan deteksi residu dengan pemantauan waktu nyata sangat penting untuk validasi pembersihan bioreaktor yang efektif dalam produksi daging budidaya. Dengan memanfaatkan metode analitis seperti analisis TOC, HPLC, dan spektrometri massa, produsen dapat menangani pemeriksaan rutin dan investigasi penyimpangan yang mendetail.Setiap alat membawa kekuatan unik ke meja, memastikan proses validasi yang kuat dan komprehensif.
Pergerakan industri menuju sistem otomatis dan pemantauan waktu nyata adalah pengubah permainan. Kemajuan ini meminimalkan waktu henti dan mengurangi kegagalan batch, merampingkan operasi. Seperti yang dikatakan dengan tepat oleh Ferdinand Groten:
Otomatisasi meningkatkan efisiensi, stabilitas, dan reproduktibilitas proses dan memungkinkan dokumentasi data yang konsisten, sehingga menghasilkan kualitas produk yang konsisten tinggi dan memungkinkan peningkatan hasil proses [1].
Memilih alat yang tepat melibatkan pertimbangan batas penerimaan residu, sensitivitas, dan kompatibilitas pengambilan sampel [12]. Untuk protein dengan potensi tinggi yang memiliki batas Paparan Harian yang Ketat, teknologi Surface Plasmon Resonance menawarkan sensitivitas yang luar biasa, mendeteksi serendah 1–5 ng/mL - jauh melampaui tingkat degradasi 90–95% yang ditunjukkan oleh SDS-PAGE [2].
Memperoleh peralatan analitik tingkat biofarmasi yang andal bukanlah tugas yang mudah. Platform seperti
Kunci keberhasilan terletak pada strategi validasi yang menyeimbangkan kecepatan, presisi, dan skalabilitas. Pemantauan rutin yang cepat harus bekerja sama dengan kapasitas untuk investigasi mendalam saat diperlukan.Dikombinasikan dengan pengadaan peralatan yang efisien, pendekatan ini memastikan proses yang konsisten dan sesuai yang memenuhi tuntutan produksi daging budidaya yang dapat diskalakan.
FAQ
Bagaimana cara memilih antara TOC, HPLC, dan LC-MS/MS untuk validasi pembersihan?
Saat memutuskan antara TOC, HPLC, dan LC-MS/MS, semuanya tergantung pada apa yang perlu Anda deteksi dan seberapa tepat metode tersebut harus.
- TOC (Total Organic Carbon): Metode ini mengukur residu organik secara keseluruhan, seperti deterjen, tetapi tidak mengidentifikasi senyawa spesifik. Ini adalah pendekatan luas, berguna untuk pemantauan residu umum.
- HPLC (High-Performance Liquid Chromatography): Ini adalah opsi yang lebih terarah, sempurna untuk mengidentifikasi dan mengukur pengotor yang diketahui dalam sampel Anda.
- LC-MS/MS (Kromatografi Cair-Spektrometri Massa Tandem): Jika Anda mencari sensitivitas ekstrem atau perlu menganalisis sampel yang kompleks, ini adalah metode yang tepat. Metode ini unggul dalam mendeteksi residu jejak hingga tingkat yang sangat kecil.
Pilihan yang tepat tergantung pada persyaratan proses Anda dan sifat residu yang Anda hadapi.
Apa batas penerimaan residu untuk bioreaktor?
Batas penerimaan residu untuk bioreaktor ditetapkan berdasarkan tingkat paparan berbasis kesehatan, seperti carryover yang dapat diterima atau nilai paparan harian yang diizinkan (PDE). Batas ini penting untuk memastikan keselamatan pasien sambil memenuhi standar regulasi, sesuai dengan pedoman yang ditetapkan.
Apa metode mikroba cepat terbaik ketika pembersih mungkin mengganggu?
7000RMS Microbial Detection Analyzer adalah pilihan yang tepat untuk situasi di mana pembersih mungkin mempengaruhi hasil.Ini menyediakan pemantauan bioburden berkelanjutan, menangkap data setiap dua detik. Ini membantu mengurangi dampak gangguan pembersih, memberikan hasil yang konsisten dan dapat diandalkan.
