Monitorowanie żywych komórek w bioreaktorach jest kluczowe dla produkcji mięsa hodowlanego. Skalowanie wymaga precyzyjnych narzędzi do śledzenia zdrowia i wzrostu komórek w czasie rzeczywistym. Ten artykuł przegląda kluczowe metody, w tym czujniki pojemnościowe, spektroskopię Ramana i fluorescencję, podkreślając ich mocne strony i ograniczenia w zastosowaniach przemysłowych.
Kluczowe Wnioski:
- Czujniki Pojemnościowe: Ciągłe mierzenie gęstości żywych komórek. Skuteczne dla komórek przylegających, ale wrażliwe na zmiany wielkości komórek.
- Spektroskopia Ramana: Śledzi metabolity takie jak glukoza i mleczan. Idealna dla środowisk wodnych, ale wymaga skomplikowanej kalibracji.
- Fluorescencja: Monitoruje aktywność metaboliczną poprzez sygnały NADH/NADPH. Szybka, ale podatna na zakłócenia sygnałów tła w mediach.
Wyzwania:
- Tradycyjne testy, takie jak Trypan Blue, są destrukcyjne i powolne.
- Wysokie gęstości komórek i złożone media zakłócają metody optyczne.
- Zanieczyszczenie czujników i potrzeby kalibracji ograniczają wydajność.
Wybór odpowiedniej metody zależy od wymagań procesu, skali bioreaktora i potrzeb sterylności. Dla operacji na dużą skalę, łączenie wielu technik często daje najlepsze wyniki.
Czujniki pojemnościowe do pomiaru gęstości żywych komórek
Jak działa spektroskopia dielektryczna
Czujniki pojemnościowe, znane również jako czujniki impedancji radiowej, traktują żywe komórki jakby były małymi sferycznymi kondensatorami. Gdy pole elektryczne jest przyłożone do zawiesiny komórek, jony w pożywce hodowlanej i wewnątrz cytoplazmy komórkowej zaczynają się poruszać. Ostatecznie napotykają nieprzewodzącą błonę plazmatyczną, powodując polaryzację - rozdzielenie ładunków przez błonę [5][6].
Oto klucz: tylko komórki z nienaruszonymi błonami mogą się polaryzować. Martwe komórki, które nie mają nienaruszonych błon, nie mogą zatrzymywać jonów i dlatego nie przyczyniają się do sygnału pojemności [5][7]. John Carvell, Dyrektor ds. Sprzedaży i Marketingu w Aber Instruments Ltd., dobrze to wyjaśnia:
"Impedancja radiowa (RF)... jest powszechnie uważana za najbardziej solidną i niezawodną metodę monitorowania stężenia żywych komórek w hodowli komórek ssaków." [5]
Spektroskopia dielektryczna rozwija to, mierząc właściwości dielektryczne (lub przenikalność) zawiesiny komórek w różnych częstotliwościach. Proces ten generuje krzywą β-dyspersji, ilustrującą, jak zdolność komórek do polaryzacji maleje wraz ze wzrostem częstotliwości pola elektrycznego [6].Odczyt o pojedynczej częstotliwości często odzwierciedla żywotną biowolumenę - całkowitą objętość zajmowaną przez żywe komórki - a nie tylko liczbę komórek. Większe komórki naturalnie przyczyniają się bardziej do sygnału niż mniejsze [5][6].
Te zasady stanowią podstawę technologii czujników pojemnościowych, czyniąc ją cennym narzędziem w systemach bioreaktorów.
Wykorzystanie czujników pojemnościowych w bioreaktorach do mięsa hodowlanego
Czujniki pojemnościowe są kompatybilne zarówno z systemami bioreaktorów jednorazowego, jak i wielokrotnego użytku. W konfiguracjach jednorazowych, jednorazowe dyski czujników mogą być zgrzewane w elastyczne worki foliowe lub wprowadzane przez wstępnie zamontowane porty rurowe [5][9]. W systemach ze stali nierdzewnej, wielokrotnego użytku sondy 12-mm są podłączane przez porty sterylne [9].
Praktyczny przykład pochodzi z Uniwersytetu w Akwizgranie, gdzie badacze użyli systemu BioPAT ViaMass w 20-litrowym bioreaktorze jednorazowego użytku z ruchem kołyszącym do monitorowania komórek CHO DG44. Osiągnęli silną korelację (współczynnik regresji 0,95) między odczytami pojemności a całkowitą objętością komórek [5]. Podobnie, Xpand Biotechnology w Holandii zastosowało czujniki biomasy Aber w swoim systemie ekspansji komórek Scinus do śledzenia mezenchymalnych komórek macierzystych (MSCs) hodowanych na mikronośnikach o gęstości 60 g/L. Czujniki skutecznie śledziły profile wzrostu w objętościach od 150 mL do 1 litra, a wyniki były zbliżone do pomiarów referencyjnych offline [5].
W produkcji mięsa hodowlanego czujniki pojemnościowe doskonale sprawdzają się przy pracy z komórkami adherentnymi na mikronośnikach.W przeciwieństwie do metod optycznych, które mogą mieć trudności z solidnymi nośnikami, czujniki pojemnościowe mogą przenikać przez te struktury. Ta zdolność sprawia, że są one szczególnie przydatne do monitorowania komórek zależnych od zakotwiczenia, co jest kluczowym elementem w produkcji mięsa hodowlanego [8].
Zalety i wady czujników pojemnościowych
Czujniki pojemnościowe oferują ciągłe, w czasie rzeczywistym dane bez ryzyka zanieczyszczenia lub opóźnień związanych z ręcznym pobieraniem próbek. Obecnie są to jedyne dostępne komercyjnie narzędzia online do oceny żywotności komórek w przemysłowych bioprocesach [7]. Podczas gdy tradycyjne metody offline, takie jak testy z użyciem błękitu trypanu, mają względny błąd wynoszący około 10%, skanowanie częstotliwości pojemnościowej może zmniejszyć ten błąd do wartości między 5,5% a 11% [6].
Niemniej jednak, te czujniki mają swoje ograniczenia.Pomiary jednoczęstotliwościowe nie mogą rozróżnić między wzrostem liczby komórek a wzrostem rozmiaru komórek. Na przykład, jeśli komórki znacznie zwiększają średnicę podczas procesu - czy to z powodu stresu, czy fazy śmierci - sygnał może błędnie przedstawiać rzeczywistą liczbę komórek, chyba że używane jest skanowanie wieloczęstotliwościowe [6]. Dodatkowo, zmiany w medium zawiesinowym, takie jak dodawanie pożywki lub rozcieńczenia, mogą powodować tymczasowe "spadki" w danych, które nie odzwierciedlają rzeczywistych zmian biomasy [5]. W bioreaktorach z ruchem kołyszącym, czujnik może chwilowo napotkać gazową przestrzeń nad cieczą, co wymaga zaawansowanych algorytmów filtrujących, aby uniknąć zakłóceń sygnału [5].
Te czynniki są kluczowe przy dostrajaniu monitorowania komórek żywych w produkcji mięsa hodowlanego.
Metody spektroskopii do analizy komórek na żywo
Spektroskopia Ramana i NIR
Spektroskopia Ramana wykorzystuje nieelastyczne rozpraszanie światła z lasera 785 nm do generowania molekularnego odcisku palca, umożliwiając jednoczesny pomiar metabolitów, takich jak glukoza, mleczan, glutamina i amoniak. Z kolei spektroskopia NIR (800–2,500 nm) wykrywa absorpcje optyczne z nadtonów i pasm kombinacyjnych [10][12][13][14]. Minimalna wrażliwość Ramana na wodę czyni go idealnym do środowisk wodnych, takich jak hodowle komórkowe, podczas gdy wysoka wrażliwość NIR na wodę - z powodu silnego sygnału rozciągania O–H - może zaciemniać istotne dane biochemiczne [10][12][14].
W marcu 2017 roku Lonza Biologics porównała NIR, Raman i 2D-fluorescencję w 15 ml miniaturowych bioreaktorach (system ambr™). Stwierdzili, że Raman jest najbardziej niezawodny do pomiaru mleczanu i glukozy, podczas gdy NIR lepiej przewidywał poziomy glutaminy i jonów amonowych [10][11].
W kwietniu 2022 roku badacze z Sartorius Stedim Biotech zintegrowali przepływową komórkę Raman w linii do zbioru bezkomórkowego w procesie perfuzji komórek CHO. Korzystając z HyperFluxPRO spektrometru Raman z laserem 785 nm, osiągnęli automatyczną kontrolę sprzężenia zwrotnego glukozy, utrzymując stężenia na poziomie 4 g/L i 1,5 g/L z zmiennością ±0,4 g/L przez kilka dni [13]. J.Lemke z Sartorius Stedim Biotech zauważył:
"Wyniki pokazują duży potencjał spektroskopii Ramana do zaawansowanego monitorowania i kontroli procesu perfuzji z bioreaktorem oraz metody pomiarowej niezależnej od skali." [13]
W maju 2011 roku, Bristol-Myers Squibb użył sondy Ramana w linii w bioreaktorach o pojemności 500 litrów do monitorowania wielu parametrów, w tym glutaminy, glutaminianu, glukozy, mleczanu, amonu, gęstości żywych komórek (VCD) i całkowitej gęstości komórek (TCD). Spektra były zbierane co dwie godziny za pomocą instrumentu RamanRXN3 firmy Kaiser Optical Systems, pokazując zdolność Ramana do śledzenia wzrostu składników odżywczych i spadku metabolitów podczas dodawania pożywki w produkcji na dużą skalę [14].
Podczas gdy spektroskopia Ramana i NIR dostarczają szczegółowych informacji chemicznych, metody fluorescencji i UV-Vis oferują uzupełniające perspektywy na metabolizm komórkowy i biomasę.
Spektroskopia fluorescencyjna i UV-Vis
Spektroskopia UV-Vis mierzy absorpcję lub rozpraszanie światła w celu oszacowania całkowitej biomasy [16]. Ta prosta i powszechnie stosowana metoda ma jednak trudności z rozróżnieniem między żywymi a martwymi komórkami i staje się mniej dokładna przy wyższych gęstościach komórek [16].
Fluorometria, która jest bardziej czuła niż UV-Vis, koncentruje się na specyficznych markerach wewnątrzkomórkowych, takich jak NADH i NADPH, wskaźnikach aktywności metabolicznej. Fluorometria in situ wykorzystuje ultrafioletowe światło o długości fali 366 nm do wzbudzenia NADH/NADPH, które następnie fluorescują przy około 460 nm [16].Veer Pramod Perwez wyjaśnia:
"Jedyną dotychczas opracowaną strategią ciągłego monitorowania, która dostarcza informacji o biochemicznym lub metabolicznym stanie populacji komórek, jest in situ fluorometria." [16]
W produkcji mięsa hodowlanego, gdzie dane w czasie rzeczywistym są niezbędne, fluorescencja dostarcza szybkiej informacji zwrotnej na temat zmian metabolicznych, podczas gdy UV-Vis oferuje ekonomiczny sposób szacowania biomasy. Fluorescencja może śledzić zmiany metaboliczne i wykrywać wyczerpanie substratu w czasie rzeczywistym poprzez monitorowanie poziomów NADH. Na przykład, w jednym badaniu, 2D-fluorescencja mierzyła stężenia amonu z RMSECV wynoszącym 0,031 g/L, przewyższając zarówno Raman, jak i NIR w miniaturowych bioreaktorach [11]. Dodatkowo, zautomatyzowane platformy mikrofluidyczne mogą łączyć mikroskopię jasnego pola (do pomiaru całkowitego stężenia komórek) z detekcją fluorescencyjną przy użyciu jodku propidyny, określając żywotność komórek w zaledwie 10.3 minuty [15].
Porównanie różnych metod spektroskopii
Porównując te techniki, każda z nich ma swoje unikalne zalety w monitorowaniu bioreaktorów. Raman wyróżnia się zdolnością do przewidywania poziomów glukozy, mleczanu i przeciwciał, dzięki swojemu molekularnemu odciskowi palca i niskiej interferencji ze strony wody [10][11]. NIR, pomimo swojej wrażliwości na wodę, jest bardziej skuteczny w monitorowaniu glutaminy i amonu [10][12]. Fluorescencja dostarcza szczegółowych informacji na temat aktywności metabolicznej i żywotności, podczas gdy UV-Vis pozostaje prostym i ekonomicznym wyborem do szacowania całkowitej biomasy [16].
Analiza wielowymiarowa poprawia interpretację złożonych widm, umożliwiając jednoczesne monitorowanie wielu analitów [10][13][14]. W produkcji mięsa hodowlanego wybór odpowiedniej metody spektroskopii zależy od monitorowanych metabolitów, skali bioreaktora oraz tego, czy stosowane są systemy jednorazowego czy wielokrotnego użytku. Techniki te łącznie umożliwiają precyzyjne monitorowanie komórek, a kompatybilność Ramana ze środowiskami wodnymi i jego zdolności do analizy wielu analitów czynią go szczególnie atrakcyjnym dla operacji na dużą skalę [13][14].
Hodowla komórek ssaków - Raman jako środek monitorowania &i kontrolowania procesów biotechnologicznych
sbb-itb-ffee270
Zaawansowane metody dla fizjologii i żywotności komórek
Oprócz spektroskopii, nowoczesne techniki oferują głębsze zrozumienie fizjologii i żywotności komórek.
FTIR do monitorowania żywotności komórek i apoptozy
Spektroskopia FTIR wykorzystuje drgania molekularne w białkach, lipidach i węglowodanach do wykrywania stresu odżywczego i wczesnej apoptozy, które są kluczowymi markerami pogarszającego się zdrowia komórek w bioreaktorach do hodowli mięsa.
Jednym z podejść, ATR-FTIR (osłabione całkowite odbicie), jest analiza zmienności spektralnej w obszarach o wysokiej liczbie falowej w celu rozróżnienia między zdrowymi a niedożywionymi komórkami. W maju 2024 roku, badacze z Dxcover Ltd.zastosowano platformę ATR-FTIR wyposażoną w jednorazowe elementy odbicia wewnętrznego (IRE) do monitorowania zdrowia komórek CHO. Korzystając z analizy głównych składowych (PCA), z powodzeniem odróżnili zdrowe komórki od tych z niedoborem składników odżywczych w przestrzeni PC. Platforma osiągnęła imponujące wartości R² bliskie 0,98 dla glukozy i kwasu mlekowego, oferując wgląd w czasie rzeczywistym w żywotność komórek [17]. Ponieważ nagromadzenie kwasu mlekowego może prowadzić do śmierci komórek, to monitorowanie w czasie rzeczywistym pozwala na terminowe interwencje w celu utrzymania zdrowia komórek.
Nowoczesne systemy FTIR są zaprojektowane z jednorazowymi IRE lub zanurzonymi sondami do bezpośredniej integracji z środowiskami bioreaktorów. To ustawienie nie tylko dostarcza danych w czasie rzeczywistym, ale także zmniejsza ryzyko zanieczyszczeń [17].Jak podkreślono w Frontiers in Bioengineering and Biotechnology:
"Technologie oparte na spektroskopii są dobrze dostosowane jako podejścia PAT, ponieważ są nieniszczące i wymagają minimalnego przygotowania próbek." [17]
Rozszerzając te możliwości, skanowanie pojemnościowe o wielu częstotliwościach rozwiązuje ograniczenia metod jednoczęstotliwościowych.
Skanowanie pojemnościowe o wielu częstotliwościach
Podczas gdy czujniki pojemnościowe o jednej częstotliwości są przydatne do pomiaru objętości komórek żywych (VCV), mają trudności z rozróżnieniem zmian w rozmiarze komórek i liczbie komórek. To ograniczenie staje się szczególnie problematyczne podczas apoptozy, gdy średnice komórek często się zwiększają [18].Wieloczęstotliwościowe skanowanie pojemnościowe rozwiązuje ten problem poprzez pomiar przenikalności w zakresie od 50 do 20 000 kHz, uchwycenie krzywej β-dyspersji w celu dokładnej oceny stężeń żywych komórek niezależnie od różnic w rozmiarze [18].
W październiku 2019 roku, badacze z Sartorius Stedim Biotech wykorzystali sondę FUTURA pico firmy Aber Instruments do monitorowania komórek DG44 CHO w bioreaktorach o pojemności 250 mL. Stosując modelowanie Ortogonalnych Częściowych Najmniejszych Kwadratów (OPLS) do 25 dyskretnych częstotliwości, zredukowali błędy prognozowania VCC do zaledwie 5,5% do 11%, co stanowi znaczną poprawę w porównaniu do 16% do 23% wskaźników błędów obserwowanych przy pomiarach jednoczęstotliwościowych [18]. Model skutecznie śledził stężenia komórek przekraczające 10 milionów komórek/mL i szybko identyfikował odchylenia spowodowane rozcieńczaniem i zmianami w karmieniu, z marginesami błędu od 6,7% do 13.2% [18].
Częstotliwość charakterystyczna (fC), która wskazuje punkt, w którym polaryzacja komórkowa jest w połowie zakończona, zmienia się w zależności od rozmiaru komórki i polaryzowalności. Dostarcza to dodatkowego wskaźnika zmian fizjologicznych, szczególnie w fazie śmierci komórki, gdy morfologia ulega znaczącym transformacjom [18]. Jak wyjaśnia Analytical and Bioanalytical Chemistry:
"Wpływy VCC i średnicy komórki na sygnał przenikalności nie są rozróżnialne przy jednym pomiarze częstotliwości." [18]
Porównanie metod analitycznych do monitorowania komórek na żywo
Porównanie metod analitycznych do monitorowania komórek na żywo w bioreaktorach
Ta sekcja przygląda się bliżej kluczowym metodom analitycznym stosowanym do monitorowania komórek na żywo w bioreaktorach do mięsa hodowlanego, opierając się na wcześniej omówionych zaawansowanych technikach.
Wybór najlepszej metody wymaga zrównoważenia dokładności, szybkości i praktyczności. Każda technika oferuje różne mocne strony, czy to śledzenie gęstości żywych komórek, monitorowanie aktywności metabolicznej, czy utrzymanie sterylności w systemach jednorazowego użytku.
Czujniki oparte na pojemności są obecnie jedyną dostępną komercyjnie opcją online dostosowaną do monitorowania żywotności [7].Te czujniki mierzą objętość żywych komórek poprzez wykrywanie polaryzacji komórek z nienaruszonymi błonami w zmiennym polu elektrycznym. Podczas gdy systemy jednoczęstotliwościowe mogą mieć trudności z dokładnością, gdy rozmiary komórek się różnią, skanowanie wieloczęstotliwościowe znacznie poprawia precyzję, osiągając marginesy błędu na poziomie 5,5%–11% [18].
Metody spektroskopowe - takie jak spektroskopia Ramana, NIR i fluorescencyjna - oferują bardziej kompleksowy obraz aktywności metabolicznej, śledząc wiele parametrów obok biomasy. Metody te są nieinwazyjne, co czyni je idealnymi dla bioreaktorów jednorazowego użytku, gdzie sterylność jest kluczowa. Jednakże, wiążą się z wyzwaniami: systemy spektroskopowe wymagają rozległej kalibracji z modelami chemometrycznymi i często wiążą się z wyższymi kosztami początkowymi w porównaniu do sond pojemnościowych.
Spektroskopia FTIR jest szczególnie skuteczna w wykrywaniu wczesnych oznak apoptozy i stresu żywieniowego poprzez analizę drgań molekularnych. Jednak jej silne pochłanianie wody ogranicza jej użyteczność do ciągłego monitorowania w środowiskach wodnych [7]. Zamiast tego, FTIR najlepiej sprawdza się jako metoda przy-liniowa, zwłaszcza w połączeniu z analizą wielowymiarową do śledzenia metabolitów w czasie rzeczywistym.
htmlPorównanie Metod Analitycznych
| Metoda | Zdolność do pracy w czasie rzeczywistym | Zgodność z bioreaktorem | Potrzeby kalibracyjne | Kluczowe ograniczenia |
|---|---|---|---|---|
| Czujniki pojemnościowe | Tak (W linii/Na linii) | Wysoka (Mieszane, Kołyszące, SUBs) | Niskie do umiarkowanych | Wrażliwe na pęcherzyki gazu i zmiany w rozmiarze/morfologii komórek |
| Spektroskopia Ramana | Tak (W linii) | Umiarkowana (Wymaga portu sondy) | Wysoka (Chemometria) | Wysoki koszt sprzętu; złożona interpretacja danych |
| Spektroskopia NIR | Tak (W linii/Na linii) | Wysoka | Wysoka (Wielowymiarowa) | Wrażliwość na zakłócenia wodne i zmiany mediów |
| Fluorescencja | Tak (w linii) | Wysoka | Umiarkowana | Fluorescencja tła z mediów; fotowybielanie |
| FTIR | Tak (przy linii) | Umiarkowana | Wysoka | Silne pochłanianie wody ogranicza użycie w linii w środowiskach wodnych |
W produkcji mięsa hodowlanego, gdzie precyzja i niezawodność są niepodważalne, dopasowanie metod analitycznych do specyficznych wymagań procesu jest kluczem do osiągnięcia optymalnej wydajności bioreaktora.Platformy takie jak
Wnioski i rekomendacje
Wybór odpowiedniej metody analitycznej wymaga zrównoważenia wymagań procesowych z takimi czynnikami jak skala, koszt i wymagania regulacyjne. Twój wybór będzie zależał od kluczowych czynników, takich jak to, czy twoje komórki są przylegające czy przystosowane do zawiesiny, jak często potrzebne jest monitorowanie i jaką inwazyjność można tolerować, zapewniając jednocześnie nienaruszoną sterylność [1]. Przy znacznych wymaganiach komórkowych produkcji mięsa hodowlanego [1], precyzja w monitorowaniu jest niepodważalna.
Kluczowe czynniki wyboru metod analitycznych
Monitorowanie w czasie rzeczywistym powinno być najwyższym priorytetem.Systemy online umożliwiają zbieranie danych in situ bez usuwania próbek, co czyni je bardziej wydajnymi i mniej podatnymi na błędy w porównaniu z metodami offline, które są pracochłonne i narażone na zanieczyszczenia [3][1]. W przypadku bioreaktorów na dużą skalę - do 2000 litrów lub więcej - techniki nieinwazyjne, takie jak spektroskopia Ramana lub NIR, są szczególnie przydatne. Metody te są wolne od odczynników i mogą jednocześnie śledzić wiele parametrów, takich jak glukoza, mleczan i aminokwasy [1][3]. Ta zdolność wielowymiarowa nie tylko obniża koszty monitorowania, ale także utrzymuje sterylne, spożywcze środowisko potrzebne do zgodności z przepisami [19].
Czułość i zakres dynamiczny są równie ważne przy analizie złożonych mediów biologicznych.Testy oparte na luminescencji zazwyczaj oferują wyższą czułość niż metody fluorescencyjne lub absorbcyjne [2]. Tymczasem zaawansowane techniki spektroskopowe generują złożone zestawy danych, które często wymagają narzędzi uczenia maszynowego lub chemometrycznych do właściwej analizy [3][1]. Dla prostszego rozwiązania, czujniki oparte na pojemności są skuteczne w monitorowaniu żywotności komórek.
Skalowalność i zgodność z przepisami są niezbędne dla produkcji komercyjnej. Czujniki w tych warunkach muszą wytrzymywać sterylizację w wysokiej temperaturze, minimalizować wymywanie i działać przez dłuższe okresy bez potrzeby ponownej kalibracji. Zautomatyzowane systemy śledzenia oparte na obrazach mogą również dostarczać dokumentację z oznaczeniem czasu, gotową do audytu, co jest kluczowe dla zgłoszeń regulacyjnych do organów takich jak FDA i EMA [4].Te wymagania podkreślają znaczenie pozyskiwania odpowiedniego sprzętu od wyspecjalizowanych dostawców.
Usprawnienie pozyskiwania sprzętu z Cellbase
Z uwagi na techniczne i regulacyjne zawiłości, znalezienie odpowiedniego sprzętu analitycznego jest kluczowe. Ogólne platformy laboratoryjne często nie posiadają wiedzy dostosowanej do branży mięsa hodowlanego.
Najczęściej zadawane pytania
Jakie są korzyści z używania czujników pojemnościowych w bioreaktorach do produkcji mięsa hodowlanego?
Czujniki pojemnościowe zapewniają bezpośredni, nieinwazyjny sposób pomiaru żywej biomasy komórkowej w bioreaktorach. Dostarczają precyzyjnych i niezawodnych danych bez przerywania procesu, co czyni je doskonałym wyborem do śledzenia wzrostu i zdrowia komórek.
Te czujniki działają bezproblemowo w systemach o różnych rozmiarach, od małych instalacji po duże jednorazowe bioreaktory przemysłowe. Ta elastyczność poprawia zarządzanie procesem, minimalizuje zależność od próbkowania offline i usprawnia przepływy pracy produkcyjnej.Poprzez oferowanie szczegółowych informacji na temat aktywności komórek, czujniki pojemnościowe odgrywają kluczową rolę w udoskonalaniu bioprocesów, szczególnie w produkcji mięsa hodowlanego.
Jakie są zalety spektroskopii Ramana w monitorowaniu metabolitów komórkowych w bioreaktorach?
Spektroskopia Ramana umożliwia śledzenie w czasie rzeczywistym, bezinwazyjne kluczowych metabolitów komórkowych bezpośrednio w bioreaktorach. To podejście eliminuje potrzebę pobierania próbek, co znacznie zmniejsza ryzyko zanieczyszczenia. Może jednocześnie mierzyć szereg związków, takich jak glukoza, mleczan, amon i stężenia produktów, co czyni ją efektywnym narzędziem dla długotrwałych procesów, takich jak przebiegi perfuzyjne.
W porównaniu z innymi metodami, spektroskopia Ramana często dostarcza wyższą precyzję dla kluczowych metabolitów, takich jak glukoza i mleczan. Może nawet przewyższać techniki takie jak bliska podczerwień (NIR) i fluorescencja 2D w określonych warunkach.W przeciwieństwie do tradycyjnych metod offline, takich jak HPLC lub testy kolorymetryczne, spektroskopia Ramana działa ciągle, skracając czas i zużycie zasobów, jednocześnie zachowując integralność hodowli komórkowej.
W produkcji mięsa hodowlanego spektroskopia Ramana wyróżnia się dzięki swojej kompatybilności z kompaktowymi bioreaktorami i zdolności do dostarczania wiarygodnych, niewymagających kalibracji pomiarów. Dla tych, którzy potrzebują narzędzi monitorujących opartych na Ramanie,
Jakie są wyzwania związane z używaniem metod optycznych w bioreaktorach o wysokiej gęstości komórek?
W środowiskach o wysokiej gęstości komórek metody optyczne napotykają wyzwania, takie jak zwiększone rozpraszanie światła i mętność medium, które mogą zniekształcać pomiary.Dodając do złożoności, nagromadzenie się resztek komórek może osłabiać sygnały i powodować nieliniowe odpowiedzi, co sprawia, że uzyskanie dokładnych odczytów jest jeszcze trudniejsze.
Te problemy są szczególnie problematyczne w bioreaktorach, gdzie warunki są stale zmieniające się i skomplikowane. Aby sprostać tym ograniczeniom i utrzymać niezawodne monitorowanie, mogą być wymagane bardziej zaawansowane techniki analityczne.
