微型专栏，大量见解:净化自动化的变革潜力

当谈到生物制药时，过程决定产品。然而，优化生物过程是一项非常复杂和具有挑战性的任务。

例如，培养的细胞通常用于制造生物制药产品，并且对与生物反应器过程相关的大量变量很敏感。下游杂质必须从细胞培养上清中去除，同时保持感兴趣的蛋白质或病毒载体的产量。此外，这些含有所需生物药物的细胞混合物通常是高度复杂和异构的，需要多个分离步骤。更复杂的是，将这些过程生成的各种数据格式和数据源连接起来，并从中获得见解，这本身就是一个难题。

虽然优化蛋白质纯化等过程对生物制药产品的有效性、安全性和成功至关重要，但它们通常效率低下且艰巨，因此导致了广泛的药物开发时间表，这在行业中已成为常态化。

幸运的是，在隧道的尽头有光-一个新颖的组合在小型化纯化技术中，自动化和软件提供了一个机会，通过重新思考如何改进纯化过程，大大缩短药物或疫苗的开发时间。

小型化的净化使流程迭代更便宜、更快、更灵活

随着投资的不断增加蛋白质工程而且慢病毒载体纯化在过去的十年中，具有成本效益的小型化纯化柱已越来越多地被生物制药行业所采用。微型色谱柱的容量范围在50到600 μ L之间，这减少了所需的样品体积，反过来，也减少了昂贵的源材料的消耗。因此，可以以更低的成本进行更多的实验。

小型化还支持并行化，提供更大的灵活性和更短的开发时间。可以一次调整多个参数，从而扩大分析设计空间。这些不同参数对蛋白质纯度的影响可以比传统方法更快地确定。

Synthace的高级自动化工程师Arne Vandenbroucke博士强调了小型化的进一步好处:

“你可以更接近上游流程，特别是如果该流程也是小型化的。你可以建立一个系统，将小型生物反应器连接到小型净化系统，从而实现组合过程优化。”

这流程开发的整体方法已被探索作为一种跟踪上游和下游处理之间依赖关系的方法，这与过去的竖井方法形成了鲜明对比。上游处理、下游处理和下游分析通常是分开考虑的，这使得端到端流程优化成为一个非常缓慢的过程。

认识并消除自动化和小型化的技术障碍

尽管自动化液体处理技术的进步和小型化净化柱的可用性到目前为止，自动化的技术障碍意味着这种简化的方法没有得到充分利用。

生物技术和制药公司的许多科学家对自动液体处理器通过其钢尖将缓冲液分发到小型净化柱的场景很熟悉，但他们也熟悉编辑用于编程这些机器人的脚本的困难。支持“向导”当然可以帮助创建脚本;然而，这些艾滋病也有其局限性。

对于生物学家来说，手动编辑他们的脚本并不罕见，这需要他们一行一行地阅读脚本，并确定哪里应该调整参数。使用这种方法，很难确认最终脚本的可行性，以及它是否为液体处理程序提供了正确的指令。由于实验设计的灵活性有限，通常一次只研究少量参数，减慢了生物过程并限制了分析设计空间。

另一个主要挑战在于跟踪实验环境，这是流程开发的一个重要和强制性方面。传统的自动化软件具有较差的可追溯性功能，并且不便于生物学家收集和管理与每次实验相关的大量元数据，例如日期、时间、用户、机器人配置、日志和方法文件以及树脂和试剂的历史。

元数据收集不仅对于存档目的很重要，它还可以提供关于净化结果上下文的关键见解，并帮助解释为什么或如何出现事件或模式。然而，由于整理和检索如此大量的信息传统上是一项艰巨或几乎不可能的任务，这种元数据经常被忽视。

用于控制生物过程设备的软件通常需要有编程经验，据Vandenbroucke博士说，用这样的工具进行纯化对没有时间学习计算机编码的生物学家来说是一种负担。目前的硬件和净化技术与最终用户能够利用微型化的所有潜在好处之间存在明显的差距。

需要灵活的编程平台来重新构想生物过程优化

有了正确的软件支持，生物学家可以自由地轻松设计和跟踪纯化实验，以优化生物过程。强大的软件功能应该被认为是可用性的基线，包括:

• 独立于操作系统的基于云的基础设施
• 生物学家和工艺工程师直观的视觉界面
• 灵活性使复杂的实验无需复杂的脚本
• 与液体处理机器人的集成，为最终用户提供了重要参数的精细控制
• 模拟功能，使实验预览
• 自动收集和构造数据
• 简单的数据导出过程

现代基于云的生物处理基础设施的5个好处

上述软件功能可以有效地利用小型化纯化和自动化，为生物实验提供了一种新的方法。在这里，我们将深入探讨现代基于云的生物处理软件的五大好处。

1.在去实验室之前，在舒适的办公桌上在云中迭代流程设计

在网上 模拟允许生物学家评估实验的可行性，并在实验室执行这些实验之前迭代分析设计。使用这种方法，可以检查特定的参数(例如，洗脱缓冲液的流速)，以及操作的顺序，以及所需的时间和资源。生物学家也会很高兴能够独立地进行模拟和实验，而不依赖于自动化工程师。

具有设计、计划和优化实验的能力在网上在目前的情况下，由于远程工作政策，实验室访问受到限制，这是非常有益的。科学家可以在家准备他们的协议，并通过云与在现场工作的同事共享，从而保持团队生产力，避免项目停滞。

2.处理用户友好的界面

Vandenbroucke博士说:“作为人类，我们发现处理视觉表现比逐行阅读脚本要容易得多。”

现代自动化软件平台具有直观的界面和可视化表示，可以轻松地指导液体处理程序和导出数据。

3.重新引入随机化和标准化技术

在生物工艺优化的各个阶段，系统错误或意外错误的发生几率很大。使用正确的软件和自动化策略，可以避免这些错误。

例如，生物学家可能会练习非随机的习惯来帮助校准他们的数据。例如，实验控制可能总是放在盘子上的相同位置，这可以隐藏系统误差，如边缘效应．相反，当所有东西都被正确的软件和自动化支持跟踪和对齐时，随机化可以很容易地实现。

与人工操作相比，自动化液体处理机还允许更标准化的移液技术，而当手动在Excel周围移动数据时，数据对齐的出错率要低得多 ® 电子表格被删除。

4.通过彻底的可追溯性轻松轻松地管理数据

如果没有自动化的方法，生物处理数据的管理将是一项巨大而繁琐的任务。必须收集、存储、检索和分析数据 - - - - - - 所有这些都可能需要很多年。

现代云平台包含许多有用的功能，可以帮助科学家克服这些挑战，使数据处理更加容易。例如，来自分析设备的数据自动与样品液体处理步骤和实验输入相一致，因此生物学家可以轻松地确定产生感兴趣的纯化蛋白质的最佳产量的因素。

理想的平台将具有简化的元数据收集和存储流程，可以在任何时候轻松访问。随着生物处理项目过程中收集的大量数据，可追溯性是一个关键挑战，目前正在通过自动化数据和元数据收集来克服。

5.以更高的效率优化您的生物过程

自动化小型化净化可以成为高通量工艺开发的一个强大方面 (HTPD)，并由专门用于支持此类实验的软件支持。考虑到上面讨论的所有效率收益，潜在的时间节省是巨大的。

小型化允许同时研究更多变量，当与自动化和正确的软件相结合时，可以更快地实现:

• 反馈(通过基于机器人柱的快速工作流程和交互式伪色谱图，提供净化结果的即时感觉)
• 生物过程的迭代(通过模拟功能进一步加速)
• 数据提取和解释。

与传统系统相比，基于云的平台和现代软件包可以在不中断用户工作流程的情况下进行更新。

软件设计是利用自动化微型化净化的力量来创造更好的治疗方法的关键

迄今为止，小型化净化和自动化能力的进步尚未得到充分利用，这主要是由于现有软件包带来的技术障碍和不便。然而，生命科学家可以振奋的是，工程师和科学家正在积极合作开发软件，克服这些障碍，帮助生物学家完成每一步。

像Synthace这样的平台Antha将使科学家能够使用色谱柱进行更复杂、可靠和高效的实验，充分发挥其促进生物治疗纯化工艺发展的潜力。

这将反过来转化为更好的生物疗法和更高的产量，并缩短开发时间。希望这些改进的、拯救生命的疗法能更快地进入规模化生产，并更快地为患者提供服务。

特别感谢Arne Vandenbroucke博士，高级自动化工程师Synthace，为本文提供了深刻的见解。