Il controllo del pH nella bioproduzione GLP-1

Q: Monitoraggio in tempo reale

Intelligent Sensor Management (ISM™ ) è una piattaforma di analisi dei processi che utilizza la potenza dei sensori digitali intelligenti per migliorare l'uniformità dei processi e ridurre la manutenzione. I sensori digitali ISM monitorano continuamente il modo in cui vengono influenzati dalle condizioni di processo. Si tratta di un grande balzo in avanti. Questi sensori forniscono dati sullo stato di salute in tempo reale, consentendo di eseguire la manutenzione in base alle esigenze effettive piuttosto che a un programma prestabilito. Un approccio completamente predittivo di questo tipo aiuta notevolmente a evitare manutenzioni non necessarie senza rischiare di interrompere i processi.L'accesso remoto alla diagnostica avanzata dei sensori ISM consente di ottenere informazioni continue, anche dall'officina, sulle prestazioni di misura dei sensori e sulle esigenze di manutenzione. Questo è di grande valore per l'assegnazione del personale e per garantire l'ordinazione tempestiva delle parti di consumo.

L'importanza e le sfide principali del controllo del pH nei percorsi di produzione

minuti di lettura

26 Nov, 2025

Ehsan Mahdinia Ph.D.

Negli ultimi anni, sono stati pochi i segmenti in grado di sfidare la straordinaria crescita degli agonisti del GLP-1. Alcune valutazioni hanno stimato che le vendite di GLP-1 potrebbero raggiungere i 156,71 miliardi di dollari entro il 2030, di cui si prevede che il trattamento dell'obesità contribuirà con 41 miliardi di dollari.

Il GLP-1, come piccolo ormone peptidico (oligopeptide), ha diverse proprietà fisiologiche, che lo rendono (e i suoi analoghi funzionali) oggetto di intense indagini come potenziale trattamento del diabete mellito attraverso il recettore del GLP-1. Tuttavia, come importante effetto collaterale, sopprime significativamente l'appetito negli adulti, portando a una drastica perdita di peso. Ciò ha reso il GLP-1 un segmento industriale in forte espansione.

Il processo di produzione tradizionale avviene attraverso l'espressione extracellulare nel lievito, che costituisce ancora la maggior parte delle capacità produttive.

Tuttavia, il raggiungimento di elevate rese di espressione in P. pastoris richiede l'utilizzo del metabolismo metanotrofico del lievito insieme a regimi di batch alimentati con metanolo, che richiede non solo un controllo preciso della banda morta del pH nel fermentatore, ma porta anche all'accumulo di grandi quantità di metanolo nelle suite di bioproduzione a monte.

Ciò pone elevati rischi operativi e richiede anche rigorose normative FM/ATEX di classificazione Div 1/Zona 1. Successivamente, nelle suite DSP, il pH rimane critico in quasi tutte le operazioni dell'unità progettate per ottenere il prodotto puro alla fine della tubazione.

Criticità del pH nelle fasi di produzione tradizionali:

Nella suite a monte: Il lievito esprime il peptide GLP-1 in un regime di batch alimentato con metanolo con assorbimento di carbonio controllato con precisione. Il setpoint del pH, quindi, è strettamente controllato; pH = 5,0-6,0 con una banda morta di 0,2-0,5. Per la misura del pH, e poiché i cicli SIP sono in vigore come in qualsiasi altro fermentatore biofarmaceutico, il sensore sterilizzabile METTLER TOLEDO InPro™ 3253i SG con messa a terra della soluzione (per ridurre al minimo l'offset e la deriva) è particolarmente adatto.

Nei serbatoi di formulazione dei terreni e dei tamponi: è inoltre fondamentale monitorare il pH in linea per migliorare l'efficienza della formulazione. In questo caso, poiché non ci sono cicli SIP ed è in vigore solo il CIP, il sensore InPro 3250i SG non sterilizzabile è sufficiente.

Dopo le operazioni post-raccolta e nella suite DSP: gli indicatori di pH in linea determinano il successo delle fasi di cattura ed eluizione nelle fasi della cromatografia a scambio ionico. Allo stesso modo, i picchi di pH innescano il successo della lucidatura del TFF e delle fasi di formulazione UF/DF. Anche in questo caso, poiché la cottura a vapore non è usuale, è sufficiente il sensore InPro 3250i SG o InPro 3100i SG . Tuttavia, è possibile disporre di alcune pipeline specializzate che richiedono effettivamente SIP per le pipeline DSP. In questi casi, sarebbe necessario il sensore InPro 3253i SG.

Ulteriori passaggi complementari: Compresa la delezione del primo amminoacido tag, le sostituzioni posizionali e la coniugazione del linker. Tuttavia, questi passaggi sono rapidi e basati su scale intensificate, di solito nelle piattaforme SU che vengono eseguite alla cieca senza monitoraggio in linea.

La via non tradizionale: la sintesi di peptidi in fase solida

Il percorso rivoluzionario non tradizionale per la produzione di analoghi del GLP-1 è la sintesi peptidica in fase solida (SPPS). Nella SPPS, gli amminoacidi vengono aggiunti in soluzioni estremamente fini su una base di resina solida. Questo processo può avvenire sia in reattori a letto impaccato (per scale più piccole) che in reattori a letto fluido (per scale più grandi).

I residui di amminoacidi vengono aggiunti uno sopra l'altro uno ad uno, mentre la spina dorsale del residuo viene rivestita sul letto di resina. Ad ogni aggiunta di residui segue un lavaggio e successiva aggiunta della successiva aliquota; Questo continua fino a quando non viene derivata la sequenza completa di 39 aminoacidi, ad esempio nel caso della tirzepatide.

Nei reattori a monte, il pH è forse il parametro più critico, secondo solo alla temperatura, in quanto controlla l'efficienza della reazione di ricottura e quindi la resa complessiva. In questo caso, l'elevata affidabilità e precisione del sensore InPro 3250i SG è particolarmente vantaggiosa.

Operazioni dell'unità di post-sintesi e controllo del pH

Una volta che la catena completa degli oligopeptidi è a portata di mano, ci sono ancora diverse operazioni unitarie da eseguire che richiedono anche il monitoraggio e il controllo del pH in linea.

L'oligopeptide subisce una serie di ulteriori passaggi:

Derivatizzazione dei lipidi

→

Per migliorare la stabilità del prodotto.

Sfaldatura dalla resina

→

Separazione di fase

→

Tramite decantazione.

Purificazione

→

Tramite TFF (UF/DF) e cromatografia di affinità.

Passaggi finali

Coniugazione, formulazione e riempimento/finitura (in fiale se il prodotto finale è un coniugato o in compresse se è un API nudo).

In tutte queste fasi, forse con l'eccezione della formulazione finale, il pH si pone come parametro critico di processo (CPP). È necessario monitorarlo e controllarlo in tempo reale e in situ. Poiché la SIP è rara in queste operazioni rapide dell'unità, il sensore InPro 3250i SG sarebbe adatto.

Quali sono le sfide della gestione del pH nel bioprocesso del GLP-1?

Le maggiori sfide in entrambe le condutture sono la presenza di fasi organiche combustibili e solventi, che dettano rigide normative Zona 1/Div 1, che richiedono la certificazione FM e ATEX per le soluzioni PAT. La serie di sensori di pH InPro 4XXX, certificati FM e ATEX , è tollerante ai composti organici aggressivi come il metanolo e gli idrocarburi. Tuttavia, ci sono ancora altre sfide da superare:

Problemi di accessibilità:

La pulizia dei sensori di pH e la ricalibrazione della misura richiedono la rimozione del sensore dal reattore o dalla tubazione. Gli spazi della Zona 1/Div 1 sono aree pericolose che sono meglio attrezzate con alloggiamenti retrattili come InTrac™ 797e o 777.

Deriva di misura:

La presenza di solventi organici e substrati mette inoltre sotto pressione l'affidabilità e l'accuratezza dei sensori di pH sotto forma di deviazione dai criteri di calibrazione originali. In questo caso, le nostre formulazioni di vetro di qualità superiore, così come il meccanismo di messa a terra della soluzione, aiutano in modo significativo.

Come è possibile semplificare la manutenzione dei sensori di pH?

Monitoraggio in tempo reale

Intelligent Sensor Management (ISM™) è una piattaforma di analisi dei processi che utilizza la potenza dei sensori digitali intelligenti per migliorare l'uniformità dei processi e ridurre la manutenzione. I sensori digitali ISM monitorano continuamente il modo in cui vengono influenzati dalle condizioni di processo. Si tratta di un grande balzo in avanti. Questi sensori forniscono dati sullo stato di salute in tempo reale, consentendo di eseguire la manutenzione in base alle esigenze effettive piuttosto che a un programma prestabilito. Un approccio completamente predittivo di questo tipo aiuta notevolmente a evitare manutenzioni non necessarie senza rischiare di interrompere i processi.

L'accesso remoto alla diagnostica avanzata dei sensori ISM consente di ottenere informazioni continue, anche dall'officina, sulle prestazioni di misura dei sensori e sulle esigenze di manutenzione. Questo è di grande valore per l'assegnazione del personale e per garantire l'ordinazione tempestiva delle parti di consumo.

Custodia del sensore retrattile

Per gli ambienti igienici, la custodia retrattile in acciaio inox InTrac 797e è destinata ai processi che utilizzano un sensore da 12 mm per misurare pH, OD, CO2 o conducibilità. Con una doppia camera di lavaggio, l'alloggiamento è progettato per prevenire la contaminazione nella produzione sterile.

Adatto per applicazioni di lunga durata: InTrac 797e è adatto per processi che si svolgono per un periodo prolungato, consentendo la manutenzione del sensore senza interruzioni del processo.

Camera di lavaggio ad alta efficienza: La doppia camera di lavaggio consente la sterilizzazione completa delle parti superiore/inferiore del sensore, consentendo la sostituzione del sensore in un ambiente sicuro.

Previene la contaminazione esterna: il design del blocco a doppia camera dell'alloggiamento retrattile InTrac 797e previene efficacemente qualsiasi contaminazione esterna garantendo al contempo la sterilizzazione.

Direzioni future nel monitoraggio del pH per i bioprocessi

La febbre da GLP-1 è ben lungi dall'essere svanita. Il percorso di fermentazione è lungo, piuttosto economico e ben consolidato, ma piuttosto elaborato. Il monitoraggio e il controllo del pH in linea sono fondamentali per migliorare le rese e mantenere un'elevata produttività.

In confronto, il nuovo percorso di sintesi dei peptidi in fase solida è ancora in fase di sviluppo e produce sostanze chimiche e precursori estremamente preziosi e altamente purificati. La posta in gioco è quindi alta, poiché una misura di pH imprecisa e inaffidabile potrebbe causare costosi guasti ai lotti.

In entrambi i settori, METTLER TOLEDO Process Analytics è all'avanguardia nella fornitura delle soluzioni pH-PAT più affidabili.

Informazioni sull'autore

Ehsan Mahdinia, Ph.D., è responsabile della gestione globale dell'industria per i segmenti Pharma, Biotech, Cosmetics e Flavors and Fragrances presso METTLER TOLEDO Process Analytics.

Ehsan ha conseguito un dottorato di ricerca in ingegneria microbiologica presso la Penn State. Prima del suo ruolo attuale, è stato direttore del programma Masters of Biomanufacturing & Bioprocessing presso lo Stack Family Center for Biopharmaceutical Education & Training (CBET) ed è membro fondatore della facoltà del CBET. Il Dr. Mahdinia ha anche lavorato come redattore associato per il Journal of Molecular Biotechnology-Springer.

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Il dott. Ehsan Mahdinia è una figura riconosciuta nel campo biofarmaceutico, in grado di combinare un rigoroso approfondimento tecnico con una visione per il futuro dell'analisi dei processi. Che si tratti di definire il curriculum per la produzione avanzata di bioprodotti o di gestire segmenti globali presso METTLER TOLEDO, il suo focus rimane sull'ottimizzazione dell'intersezione tra biologia e ingegneria. Il suo background unico gli permette di parlare sia il linguaggio dello scienziato di ricerca sia quello dell'operatore industriale, garantendo eccellenza in ogni fase del ciclo di vita del prodotto.

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