评估比较搅拌罐生物反应器溶解氧测量探针及光学贴片的性能

在搅拌罐式生物反应器中进行长期测量的光学O2探针和传感点的评估：使用OXYPro?和SP-PSt3传感点对哺乳动物细胞培养进行监测

作者

MelissaHill1, Greg Laslo1, Marcelo Kern1, Sayantan Bose1,Christian Krause2

1葛兰素史克，普鲁士之王，宾夕法尼亚州，美国

2PreSensPrecision Sensing GmbH，雷根斯堡，德国

引言

本评估集中在使用PreSens的光学氧传感点和OXYPro?氧探针在搅拌罐式生物反应器中进行长期测量，特别是监测哺乳动物细胞培养。

我们使用PreSens的光学传感点和OXYPro?氧探针对搅拌罐式生物反应器中的细胞培养进行监测。光学测量结果与控制和监测DO探针的数据进行了比较。在生物反应器侧壁上附加了多个氧传感点。OXYPro?钢探针通过顶部的标准端口集成。15天的哺乳动物细胞培养期间的测量显示，探针和传感点与参考探针的趋势一致。在光学氧气测量中未检测到漂移。然而，OXYPro?和参考探针受到了氧气气泡的影响。PreSens的传感点在此设置中似乎是最佳的氧气测量解决方案。

光学氧探针

监测和控制哺乳动物细胞培养中的溶解氧（DO）含量对于确保细胞稳定生长和重复性至关重要。需要精确的氧传感器能够在生物反应器中实施，并在长时间内提供可靠的数据。在这项研究中，我们测试了PreSens的不同光学传感器设计——传感点和钢探针——以评估其在搅拌罐式生物反应器中监测和控制DO的适用性。多个氧传感点被附加到生物反应器的玻璃壁上。它们通过聚合物光纤从外部读取。一个传感点用于连续测量，其他传感点定期读取以确定点对点的变异性和信号漂移。光学钢探针OXYPro?通过标准端口插入生物反应器盖中。该探针的所有光电元件都集成在钢制外壳中，可以通过电缆连接到控制器或PC。非侵入式传感点适用于高压灭菌玻璃生物反应器，而OXYPro?也适用于钢制发酵罐。光学pH传感点和一种新型的PreSenspH钢探针也在这些测试中进行了评估，结果在另一份应用说明中描述。在未来的研究中，光学传感器还将连接到控制器进行测试。

材料与方法

光学氧传感点（SP-PSt3）被附加到一个3升玻璃反应器的内壁上。生物反应器在接种CHO细胞系之前进行高压灭菌。反应器加热夹套在传感点位置切了一个孔，以便通过聚合物光纤从外部读取。一个适配器用于将光纤固定在一个传感点对面进行连续读取。其他传感点定期检查，以确定点对点的变异性、漂移和光漂白效应，时间为15天。传感点通过OXY-1SMA氧气计读取，这些氧气计由PreSensMeasurement Studio2软件控制。OXYPro?钢探针通过盖子的标准端口插入生物反应器，并尽量远离氧气气泡发生器（图1）。DO设定值在ApplikonEZ控制系统上为50± 10%。一个梅特勒-托利多光学探针用于DO控制。连续氧气测量以3秒的时间间隔在15天内进行。

结果

图2显示了在15天的培养监测期间光学传感点的性能，与控制和非控制参考探针进行比较。传感点与控制探针的趋势一致（见图3）。虽然梅特勒-托利多光学探针在DO控制方面表现不佳，但传感点测量未受到显著影响。在整个测量期间，传感点数据中未检测到漂移。快速波动在灌注发生后的第3天开始。即使反应器达到每毫升4000万个细胞的峰值细胞密度，PreSensDO传感点也没有偏离。

图2：搅拌罐式生物反应器中的DO监测：光学传感点测量（PreSens，蓝色）与控制探针（梅特勒-托利多，橙色）和非控制探针（梅特勒-托利多，灰色）进行比较。氧气气泡严重影响了钢探针。

图3：光学传感点与非控制梅特勒-托利多探针对控制探针的偏差。

OXYPro?探针在氧气气泡率高时也与控制探针的趋势一致，如图4所示。尽管尽量将PreSens探针远离气泡发生器，但其仍然受到了气泡的影响，控制探针也同样受到影响。PreSens还提供了一种可拧到探针主体上的斜面传感器帽，可能会减少气泡对氧气读数的影响；然而，这在我们的实验中未进行测试。与探针相比，生物反应器中的传感点生成了更稳定的测量结果，并且未受到氧气气泡的严重影响。传感点在此设置中似乎是最可靠的DO传感器。

图4：搅拌罐式生物反应器中的DO监测：光学传感点（PreSens，蓝色）和OXYPro?钢探针（PreSens，橙色）与控制探针（梅特勒-托利多，灰色）进行比较；氧气气泡严重影响了两个钢探针，而气泡对传感点测量的干扰较小。

结论

我们的实验表明，光学传感点和OXYPro?均可用于搅拌罐式生物反应器中的氧气监测。在15天的测试期间，我们未检测到信号漂移，显示了这些传感器的长期稳定性。虽然从反应器顶部插入的氧气钢探针受到了氧气气泡的影响，传感点测量则显示了较少的波动。在此生物反应器设置中，传感点似乎是最可靠的氧气监测解决方案。将进行进一步的测试，以测试连接到控制器的不同光学传感器。

致谢

本应用所涉及的项目获得了创新药物倡议2联合项目的资助，协议号为777397。该联合项目得到了欧盟Horizon2020研究与创新计划和EFPIA的支持。

关键词

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