Maverick：即插即用、几分钟即可实现在线监测的多参数PAT工具

通过拉曼光谱原理和内置的3种模型，可同时实时测量经验证的全系列CHO和HEK293细胞培养中的3个关键过程参数：葡萄糖、乳酸、总细胞密度（TCD）；且可以同时连接6台反应器，并在内置屏幕或手机app上显示实时数据，帮助摆脱高入门成本经典拉曼方法。与经典拉曼PAT仪器相比，独立探头与光谱仪的组合，可以实现同时平行罐扫描；OPC-UA反馈控制，且符合3Q及21 CFR part11，帮助快速实现从工艺开发、工艺控制到中试放大生产的自动化需求。

BIOPROCESSING 4.0：利用先进的数字技术、自动化和数据驱动方法来改变生物制药的传统生产方式。为了使用PAT方法实现创新的BIOPROCESSING 4.0 工艺研发过程，Culture Biosciences和908 Devices合作测试MAVERICK和 Culture Biosciences的云连接250mL生物反应器。MAVERICK提供实时、在线的生物过程分析和控制，开箱即用，没有传统拉曼方法的成本、复杂性和风险。

（左图）Culture Biosciences Cloud生物反应器实验室视图，配有两个生物反应器（288和289）和908 Devices MAVERICK 。（右图）插入250mL反应器中的在线探针的放大视图。

细胞培养方案：在四个250mL生物反应器中培养中华仓鼠卵巢（CHO）哺乳动物细胞。两个生物反应器安装了MAVERICK（908 Devices）用作实验对照。MAVERICK在整个培养过程中连续实时测量葡萄糖、乳酸和生物量。在Culture Biosciences的云连接专有控制器和监测技术的控制下，全自动向生物反应器补充补料培养基、葡萄糖和其他营养成分。补料步骤可以手动或自动激活，具体取决于应用程序和客户流程的需要。在测试的方案中，使用来自每日离线测量的结果反馈补料控制，以调节生物反应器中的葡萄糖水平。每隔24小时对生物反应器进行无菌取样，并分析葡萄糖、乳酸、其他代谢物（Flex2）和细胞密度（Vi-cell BLU）。实验完成后（14天），使用Culture的控制台分析离线和在线设备的数据和应用编程接口（API），以评估Culture的250mL生物反应器系统中的探针性能。

葡萄糖：结果显示Flex2的离线数据与MAVERICK的在线PAT值之间的一致性(RMSE = 0.32 g/L)。下图表明，MAVERICK 作为在线PAT工具准确地反映了生物反应器内的细胞培养条件。在线PAT测量可以实时跟踪生物反应器中补料和补糖（蓝线）的影响。这些动态细胞培养条件的变化在离线的每日样品测量中没有被捕捉到（橙色线）。

MAVERICK在线测量Culture Biosciences生物反应器中的葡萄糖（蓝色）和Flex2的每日离线测量葡萄糖（橙色）。

Culture Biosciences的生物反应器通过云连接的传感器和控制器以及数据聚合后端实现了准确的体积监测。该数据的实时监测使得能够在整个时间过程实验中准确跟踪生物反应器中的所有补糖/补料事件。根据生成的进料体积数据集，解释了在线MAVERICK 测量中葡萄糖浓度的增加。

MAVERICK测量的葡萄糖峰值与Culture Biosciences的云生物反应器捕获和处理的进料泵数据一致。

乳酸：与观察到的葡萄糖浓度类似，使用MAVERICK，与离线分析相比同样能精确测量乳酸水平（RMSE=0.29 g/L）。

通过PAT工具在线测量乳酸（蓝色）和通过每日离线样本测量乳酸（橙色）。

生物量：将这些值与离线的Vi-CELL BLU总细胞密度进行比较，基于拉曼的技术通常需要用于转换为物理单位的校准曲线。下图显示了左侧y轴上MAVERICK（以生物量单位，BMU为单位）的原始信号测量值，右侧y轴上Vi-CELL BLU测量的总细胞密度（以百万细胞/mL为单位）。该图显示，两条曲线一致，表明MAVERICK能够有效捕捉底层物理信号。两种测量结果的差异发生在250小时后，这可归因于哺乳动物细胞培养实验后期活率的降低。细胞活率的降低会导致细胞碎片增加，这可能是在线PAT测量受到混淆的原因，而Vi-cell BLU的视觉测量可以调整排除测量裂解的细胞。因而两者结果有所差异。

MAVERICK在线测量的生物量（任意单位）（蓝色，左y轴）与每日离线测量的总细胞密度（百万细胞/mL）（橙色，右y轴）的比较。

结论：这些实验表明了利用Culture Bioscience的生物反应器与MAVERICK, 一种新型的拉曼光谱驱动的在线PAT工具可以实现多个关键分析物的实时监测。

生物反应器加上PAT工具可以通过实时在线的连续数据来加速对工艺过程的理解，连续的数据流也有助于精确监测和控制细胞培养过程，实现BIOPROCESSING 4.0。