18 Ago Diferenciación de materias primas biofarmacéuticas mediante espectroscopía Raman compensada espacialmente.
Agilent Vaya: espectrómetro Raman SORS para biofarmacéutica
Medición de materias primas sin muestreo: directamente a través de los contenedores
Garantizar un suministro continuo de materias primas biofarmacéuticas conformes a normativa es uno de los grandes retos del sector. El cribado y la identificación de materias primas a su recepción constituyen uno de los puntos de defensa más eficaces frente a materiales no conformes. Sin embargo, los protocolos actuales basados en FTIR o espectroscopia Raman convencional no satisfacen plenamente las necesidades de calidad y rapidez de la producción biofarmacéutica.
Los tanques de preparación de medios y reactores pueden consumir entre 800 y 1.600 kg de medios de crecimiento, carbohidratos, tampones y aminoácidos en un solo ciclo. La apertura de contenedores para extraer muestras con fines de identificación consume tiempo y reduce la capacidad del almacén de satisfacer la demanda de producción.
Este estudio demuestra el uso del instrumento portátil Raman Agilent Vaya para diferenciar correctamente materias primas biofarmacéuticas entre sí, midiendo directamente a través del contenedor sin necesidad de abrirlo.
Sistema Raman Agilent Vaya para pruebas de identificación
Figura 1. Uso del espectrómetro portátil Raman Agilent Vaya para medir materiales en sacos en un almacén de cuarentena.
El espectrómetro portátil Raman Agilent Vaya agiliza la verificación de identidad de materias primas biofarmacéuticas. Permite que cualquier operador, sin formación en espectroscopia, realice pruebas de identificación a través de contenedores transparentes y opacos en el lugar donde se necesite. Mediante espectroscopia Raman compensada espacialmente (SORS), el Vaya completa una prueba en segundos y proporciona un resultado PASA/FALLA. Un solo trabajador puede recibir las materias primas y devolverlas a producción en cuestión de horas, eliminando la necesidad de cabinas de muestreo, apertura de contenedores, EPI y logística asociada.
Espectroscopia Raman compensada espacialmente (SORS)
La espectroscopia Raman se basa en la excitación del analito hacia un estado electrónico virtual mediante luz monocromática y el posterior sondeo de los modos de vibración de los enlaces covalentes. La desexcitación desplaza la luz monocromática hacia arriba o abajo, generando un espectro Raman con bandas específicas de las subestructuras moleculares.
En la espectroscopia Raman convencional (Figura 2), el análisis a través de contenedores transparentes se logra posicionando el foco del láser para maximizar la señal del contenido en lugar del recipiente.
La SORS es diferente de la Raman convencional: combina la propagación de la luz a través de materiales de dispersión difusa con la espectroscopia Raman para realizar el análisis real a través del contenedor. En lugar de recoger la señal desde la zona de iluminación del láser, la SORS emplea zonas de iluminación y recogida desplazadas físicamente entre sí (Figura 3).
En esta configuración, los fotones Raman recogidos provienen principalmente de debajo de la superficie de la muestra, aportando información sobre el material interior. El espectro con compensación nula aporta información de la capa superficial del contenedor; al sustraerlo del espectro compensado, se obtiene el espectro puro de la materia prima sin contribución del contenedor.
La SORS puede realizar pruebas de identificación fiables a través de botellas de color ámbar, big bags, sacos multicapa, recubrimientos de plástico transparentes y de color, y contenedores de polietileno opacos. Los espectrómetros SORS emplean detectores CCD de alta sensibilidad para captar señales muy atenuadas a través de contenedores opacos.
Experimento
Se adquirieron materias primas corrientes de calidad de reactivo Sigma-Aldrich, suministradas en contenedores transparentes y no transparentes, representando cinco tipos de materias primas biológicas: aminoácidos, tampones biológicos, medios de cultivo celular, surfactantes y sales inorgánicas.
- Tampones biológicos: HEPES, CHES y TRIS, recibidos en contenedores de polietileno blancos.
- Surfactantes: Triton X100, PEG y polisorbato 80 (PS 80). Triton X100 y PEG en contenedores de PE blancos; PS 80 en botella ámbar.
- Aminoácidos: L-alanina, L-fenilalanina y glicina, en contenedores de PE blanco.
- Medios de cultivo celular: F10 y RPMI-1640 HAM, transferidos a un vial de vidrio y un contenedor de PE translúcido por su reducido volumen.
- Sales inorgánicas: dihidrogenofosfato de potasio, dipotasio hidrogenofosfato y fosfato cálcico (TCP), en contenedores de PE blancos.
Los espectros Raman de cada material se obtuvieron directamente a través del contenedor con el Agilent Vaya y se superpusieron para comparación. Las condiciones analíticas se establecieron automáticamente sin intervención del usuario. Todas las muestras se analizaron a temperatura ambiente con iluminación LED. Cada barrido tardó como máximo 35 segundos. Se realizó una prueba de cualificación del rendimiento antes de la adquisición.
Resultados y comentarios
Tampones biológicos
Los espectros Raman de HEPES, CHES y TRIS (Figura 5) muestran bandas específicas que permiten su identificación y especiación. La diferenciación entre HEPES y CHES se logra mediante las bandas alicíclicas en la región de 600 a 1.300 cm⁻¹, a pesar de compartir parcialmente su estructura principal.
Surfactantes
Triton X100, PEG y PS 80 se diferencian de forma sencilla (Figura 6). La banda a ~1.650 cm⁻¹ del PS 80 es característica del grupo monooleato; la banda a ~1.615 cm⁻¹ del Triton X100 indica la presencia de un anillo aromático.
Aminoácidos
L-alanina, L-fenilalanina y glicina se diferencian por sus marcadores específicos (Figura 7): banda intensa a 852 cm⁻¹ para la alanina; bandas a 894 y 1.327 cm⁻¹ para la glicina; banda a 1.005 cm⁻¹ (respiración del anillo) para la fenilalanina.
Medios de cultivo celular
La SORS diferencia los medios en polvo seco RPMI-1640 y F10 de Ham (Figura 8), tanto a través de vial de vidrio como de contenedor de PE translúcido. La diferenciación se basa en los componentes con alto porcentaje de masa activa Raman y/o alta sección transversal de dispersión (σ), como azúcares y tampones orgánicos.
Sales inorgánicas
La SORS diferencia dihidrogenofosfato de potasio, dipotasio hidrogenofosfato y fosfato cálcico (TCP) independientemente del nivel de protonación del núcleo de fosfato y del contraión (Figura 9).
Conclusión
El espectrómetro Raman Agilent Vaya con tecnología SORS diferenció correctamente las cinco categorías de materias primas biofarmacéuticas a través del contenedor original, en menos de 35 segundos por muestra, sin necesidad de apertura, cabinas de muestreo ni EPI. Los resultados demuestran la eficacia de SORS para identificar materias primas en cuarentena inmediatamente a su recepción, reduciendo pasos logísticos, preservando la esterilidad y disminuyendo costos asociados al deterioro de materiales.
Referencias
- Chess EK et al. Case study: contamination of heparin with oversulfated chondroitin sulfate. Handb Exp Pharmacol. 2012;(207):99-125. doi: 10.1007/978-3-642-23056-1_6.
- Raman Spectra of Amino Acids and their aqueous solutions. Spectrochimica Acta Part A 78, 2011, 1187-1195.
Autores: Frédéric Prullière Christopher Welsby Agilent Technologies, Inc.
Más información:
www.agilent.com
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