Für hygienische Umgebungen ist die InTrac 797e Edelstahl-Wechselarmatur für Prozesse geeignet, die einen 12-mm-Sensor zur Messung von pH , DO , CO2 oder Leitfähigkeit verwendet wird. Mit einer Doppelspülkammer ist das Gehäuse so konzipiert, dass Kontaminationen in der sterilen Produktion verhindert werden.Geeignet für langlaufende Anwendungen: Die InTrac 797e ist für Prozesse geeignet, die über einen längeren Zeitraum laufen, da sie die Sensorwartung ohne Prozessunterbrechung ermöglicht.Hocheffiziente Spülkammer: Die Doppelspülkammer ermöglicht eine vollständige Sterilisation der oberen/unteren Teile des Sensors, wodurch der Sensor in einer sicheren Umgebung gewechselt werden kann.Verhindert externe Kontamination: Das Doppelkammer-Schloss-Design der Wechselarmatur InTrac 797e verhindert effektiv jegliche externe Kontamination und gewährleistet gleichzeitig die Sterilisation.

pH-Steuerung als der kritischste Prozessparameter in der GLP-1-Bioproduktion

Q: Echtzeitüberwachung

Intelligent Sensor Management (ISM™ ) ist eine Prozessanalytikplattform, die die Kraft intelligenter digitaler Sensoren nutzt, um die Prozesskonsistenz zu verbessern und den Wartungsaufwand zu reduzieren. ISM digitale Sensoren überwachen kontinuierlich, wie sie von Prozessbedingungen beeinflusst werden. Dies ist ein großer Fortschritt. Diese Sensoren liefern Echtzeit-„Gesundheits“-Daten, die es ermöglichen, Wartungen basierend auf tatsächlichen Bedürfnissen statt nach einem festen Zeitplan durchzuführen. Ein solcher vollständig vorausschauender Ansatz hilft erheblich, unnötige Wartungen zu vermeiden, ohne Prozessstörungen zu riskieren.Der Fernzugriff auf die fortschrittliche Sensordiagnostik von ISM ermöglicht kontinuierliche Einblicke, selbst von der Wartungswerkstatt aus, in die Messleistung der Sensoren und den Wartungsbedarf. Dies ist von großem Wert bei der Personaleinsatzplanung und der rechtzeitigen Bestellung von Verbrauchsteilen.

Die Bedeutung und die wichtigsten Herausforderungen der pH-Kontrolle in den Produktionswegen

Minuten

3 Aug, 2026

Ehsan Mahdinia Ph.D.

In den letzten Jahren gab es nur wenige Segmente, die das außergewöhnliche Wachstum der GLP-1-Agonisten herausfordern konnten. Einige Einschätzungen gehen davon aus, dass der Umsatz mit GLP-1 bis 2030 156,71 Milliarden USD erreichen könnte, wobei die Behandlung von Fettleibigkeit voraussichtlich 41 Milliarden USD beitragen wird.

GLP-1, als kleines Peptid-Hormon (Oligopeptid), besitzt mehrere physiologische Eigenschaften, die es (und seine funktionellen Analoga) zu einem Gegenstand intensiver Forschung als potenzielle Behandlung von Diabetes mellitus über den GLP-1-Rezeptor machen. Als wesentliche Nebenwirkung unterdrückt es jedoch deutlich den Appetit bei Erwachsenen, was zu dramatischem Gewichtsverlust führt. Dies hat GLP-1 zu einem boomenden Industriezweig gemacht.

Der traditionelle Herstellungsprozess erfolgt über die extrazelluläre Expression in Hefe, die nach wie vor den Großteil der Produktionskapazitäten ausmacht.

Um jedoch hohe Expressionsausbeuten in P. pastoris zu erzielen, muss der methanotrophe Stoffwechsel der Hefe zusammen mit Methanol-Fed-Batch-Regimen genutzt werden, was nicht nur eine präzise Kontrolle des pH-Totbereichs im Fermenter erfordert, sondern auch zur Anreicherung großer Mengen an Methanol in den Upstream-Bioproduktionsanlagen führt.

Dies birgt hohe betriebliche Risiken und erfordert zudem strenge FM/ATEX-Vorschriften der Div 1/Zone 1 Klassifikation. Anschließend bleibt der pH-Wert in den DSP-Anlagen in nahezu allen Einheiten, die darauf ausgelegt sind, das reine Produkt am Ende der Prozesskette zu erhalten, kritisch.

pH-Kritikalität über traditionelle Produktionsstufen hinweg:

Im Upstream-Bereich: Die Hefe exprimiert das GLP-1-Peptid in einem Methanol-Fed-Batch-Regime mit präzise kontrollierter Kohlenstoffaufnahme. Der pH-Sollwert wird daher streng kontrolliert; pH = 5,0-6,0 mit einem Totbereich von 0,2-0,5. Für die pH-Messung, da SIP-Zyklen wie in jedem anderen biopharmazeutischen Fermenter wirksam sind, ist der sterilisierbare METTLER TOLEDO InPro™ 3253i SG-Sensor mit Lösungserdung (zur Minimierung von Offset und Drift) sehr gut geeignet.

In Medien- und Pufferformulierungstanks: Ist es ebenfalls entscheidend, den pH-Wert in-line zu überwachen, um die Formulierungs-Effizienz zu steigern. Da hier keine SIP-Zyklen stattfinden und nur CIP angewendet wird, reicht der nicht sterilisierbare InPro 3250i SG aus.

Nach den Post-Harvest-Operationen und im DSP-Bereich: In-line-pH-Anzeigen bestimmen erfolgreiche Capture- und Elutionsschritte in Ionenaustauschchromatographieschritten. Ebenso lösen pH-Spitzen erfolgreiche TFF-Polier- und UF/DF-Formulierungsschritte aus. Auch hier, da Dampfsterilisation unüblich ist, reicht der InPro 3250i SG oder InPro 3100i SG aus. Sie können jedoch spezielle Prozesslinien haben, die tatsächlich SIP für die DSP-Prozesslinien erfordern. In diesen Fällen wäre der InPro 3253i SG erforderlich.

Weitere ergänzende Schritte: Dazu gehören das Entfernen der ersten Tag-Aminosäuren, positionsspezifische Substitutionen und Linker-Konjugation. Diese Schritte sind jedoch schnell und basieren auf intensivierten Maßstäben, meist in SU-Plattformen, die ohne In-line-Überwachung blind betrieben werden.

Der nicht-traditionelle Weg: Festphasen-Peptidsynthese

Der nicht-traditionelle revolutionäre Weg zur Herstellung von GLP-1-Analoga ist die Festphasen-Peptidsynthese (SPPS). Bei der SPPS werden Aminosäuren in extrem feinen Lösungen auf eine feste Harzgrundlage aufgetragen. Dieser Prozess kann entweder in Festbettreaktoren (für kleinere Maßstäbe) oder in Wirbelschichtreaktoren (für größere Maßstäbe) stattfinden.

Aminosäurereste werden nacheinander übereinandergefügt, während das Rückgrat des Restes auf das Harzbett aufgereiht wird. Nach jeder Restzugabe erfolgt eine Waschung und dann die Zugabe des nächsten Aliquots; dies wird fortgesetzt, bis die vollständige 39-Aminosäure-Sequenz erreicht ist, beispielsweise im Fall von Tirzepatid.

Im Upstream-Reaktor ist der pH-Wert vielleicht der wichtigste Parameter, nur übertroffen von der Temperatur, der die Effizienz der Annealing-Reaktion und somit die Gesamtausbeute steuert. Hier erweist sich die hohe Zuverlässigkeit und Präzision des InPro 3250i SG als sehr nützlich.

Nachsynthese-Arbeitsschritte und pH-Kontrolle

Sobald die vollständige Oligopeptidkette vorliegt, stehen noch mehrere Arbeitsschritte an, die ebenfalls eine Inline-pH-Überwachung und -Kontrolle erfordern.

Das Oligopeptid durchläuft eine Reihe weiterer Schritte:

Lipidderivatisierung

→

Zur Verbesserung der Produktstabilität.

Abspaltung vom Harz

→

Phasentrennung

→

Durch Dekantieren.

Reinigung

→

Über TFF (UF/DF) und Affinitätschromatographie.

Endschritte

Konjugation, Formulierung und Abfüllung/Endbearbeitung (entweder in Fläschchen, wenn das Endprodukt ein Konjugat ist, oder Tabletten, wenn es sich um nacktes API handelt).

In all diesen Schritten, mit Ausnahme der Endformulierung, stellt der pH-Wert einen Kritischen Prozessparameter (CPP) dar. Eine Echtzeit- und In-situ-Überwachung und -Kontrolle ist notwendig. Da SIP in diesen schnellen Arbeitsschritten selten ist, wäre die InPro 3250i SG geeignet.

Was sind die Herausforderungen im pH-Management bei der GLP-1-Bioprozessierung?

Die größten Herausforderungen in beiden Pipelines sind das Vorhandensein brennbarer organischer Phasen und Lösungsmittel, die strenge Zone 1/Div 1-Vorschriften erfordern, welche FM- und ATEX-Zertifizierungen für die PAT-Lösungen voraussetzen. Die FM- und ATEX-zertifizierte InPro 4XXX-Serie von pH-Sensoren ist tolerant gegenüber aggressiven organischen Verbindungen wie Methanol und Kohlenwasserstoffen. Dennoch gibt es weitere Herausforderungen zu bewältigen:

Barrierefreiheitsprobleme:

Die Reinigung von pH-Sensoren und die Neukalibrierung der Messung erfordern die Entfernung des Sensors aus dem Reaktor oder der Pipeline. Zone 1/Div 1-Bereiche sind Gefahrenzonen, die am besten mit einziehbaren Gehäusen wie InTrac™ 797e oder 777 ausgestattet sind.

Messdrift:

Das Vorhandensein von organischen Lösungsmitteln und Substraten belastet auch die Zuverlässigkeit und Genauigkeit von pH-Sensoren in Form von Drift gegenüber den ursprünglichen Kalibrierkriterien. Hier helfen unsere überlegenen Glasformulierungen sowie der Lösungsschleifmechanismus erheblich.

Wie können Sie die Wartung von pH-Sensoren optimieren?

Echtzeitüberwachung

Intelligent Sensor Management (ISM™) ist eine Prozessanalytikplattform, die die Kraft intelligenter digitaler Sensoren nutzt, um die Prozesskonsistenz zu verbessern und den Wartungsaufwand zu reduzieren. ISM digitale Sensoren überwachen kontinuierlich, wie sie von Prozessbedingungen beeinflusst werden. Dies ist ein großer Fortschritt. Diese Sensoren liefern Echtzeit-„Gesundheits“-Daten, die es ermöglichen, Wartungen basierend auf tatsächlichen Bedürfnissen statt nach einem festen Zeitplan durchzuführen. Ein solcher vollständig vorausschauender Ansatz hilft erheblich, unnötige Wartungen zu vermeiden, ohne Prozessstörungen zu riskieren.

Der Fernzugriff auf die fortschrittliche Sensordiagnostik von ISM ermöglicht kontinuierliche Einblicke, selbst von der Wartungswerkstatt aus, in die Messleistung der Sensoren und den Wartungsbedarf. Dies ist von großem Wert bei der Personaleinsatzplanung und der rechtzeitigen Bestellung von Verbrauchsteilen.

Wechselarmaturen

Für hygienische Umgebungen ist die InTrac 797e Edelstahl-Wechselarmatur für Prozesse geeignet, die einen 12-mm-Sensor zur Messung von pH, DO, CO2 oder Leitfähigkeit verwendet wird. Mit einer Doppelspülkammer ist das Gehäuse so konzipiert, dass Kontaminationen in der sterilen Produktion verhindert werden.

Geeignet für langlaufende Anwendungen: Die InTrac 797e ist für Prozesse geeignet, die über einen längeren Zeitraum laufen, da sie die Sensorwartung ohne Prozessunterbrechung ermöglicht.

Hocheffiziente Spülkammer: Die Doppelspülkammer ermöglicht eine vollständige Sterilisation der oberen/unteren Teile des Sensors, wodurch der Sensor in einer sicheren Umgebung gewechselt werden kann.

Verhindert externe Kontamination: Das Doppelkammer-Schloss-Design der Wechselarmatur InTrac 797e verhindert effektiv jegliche externe Kontamination und gewährleistet gleichzeitig die Sterilisation.

Zukünftige Entwicklungen in der pH-Überwachung für die Bioprozessierung

GLP-1-Fieber ist weit davon entfernt, zu brechen. Der Fermentationsweg ist lang, eher kostengünstig und gut etabliert, aber ziemlich aufwändig. Die Inline-pH-Überwachung und -Kontrolle sind entscheidend, um die Ausbeuten zu steigern und eine hohe Produktivität aufrechtzuerhalten.

Im Vergleich dazu befindet sich der neuartige Festphasen-Peptidsyntheseweg noch in der Entwicklung und liefert äußerst wertvolle, hochreine Chemikalien und Vorstufen. Hier steht also viel auf dem Spiel, da ungenaue und unzuverlässige pH-Messungen zu teuren Chargenausfällen führen könnten.

In beiden Bereichen ist METTLER TOLEDO Process Analytics führend bei der Bereitstellung der zuverlässigsten pH-PAT-Lösungen.

Über den Autor

Ehsan Mahdinia, Ph.D., trägt die globale Branchenverantwortung für die Segmente Pharma, Biotech, Kosmetik sowie Aromen und Duftstoffe bei METTLER TOLEDO Process Analytics.

Ehsan erhielt seinen Ph.D. in Mikrobiologischer Technik von der Penn State. Vor seiner jetzigen Position war er Direktor des Masters-Programms für Bioproduktion & Bioprozessierung am Stack Family Center for Biopharmaceutical Education & Training (CBET) und ist Gründungsmitglied der Fakultät von CBET. Dr. Mahdinia arbeitete zudem als Associate Editor für das Journal of Molecular Biotechnology-Springer.

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Dr. Ehsan Mahdinia ist eine anerkannte Koryphäe im biopharmazeutischen Bereich, der fundiertes technisches Fachwissen mit einer Vision für die Zukunft der Prozessanalytik verbindet. Ob er nun Lehrpläne für die fortgeschrittene biotechnologische Fertigung gestaltet oder globale Geschäftsbereiche bei METTLER TOLEDO leitet – sein Fokus liegt stets auf der Optimierung der Schnittstelle zwischen Biologie und Ingenieurwesen. Dank seines einzigartigen Hintergrunds versteht er sowohl die Sprache der Forscher als auch die der Industrievertreter und gewährleistet so Spitzenleistungen in jeder Phase des Produktlebenszyklus.

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