L’analyse des cultures cellulaires est essentielle pour étudier le comportement des cellules afin de mettre en œuvre des stratégies d’alimentation et de garantir des titres élevés. L’utilisation d’analyseurs automatisés de culture cellulaire permet d’effectuer des tests rapidement et de manière cohérente. Cependant, la manipulation et l’introduction manuelle de l’échantillon dans les analyseurs de culture cellulaire peuvent être l’un des facteurs limitants pour une analyse précise et rapide. L’échantillonnage manuel des bioréacteurs est l’une des principales causes de contamination des cultures cellulaires et l’un des principaux facteurs de coût en termes d’heures de travail nécessaires à l’exécution de cette tâche répétitive. L’échantillonnage manuel augmente également la variabilité des résultats en raison du retard d’analyse et du dégazage des échantillons.
Une solution aux inconvénients de l’échantillonnage manuel est l’échantillonnage automatisé, dans lequel un bioréacteur est directement connecté à un analyseur par des tubes stériles, de sorte que les échantillons peuvent être prélevés régulièrement à un intervalle programmé puis distribués dans l’analyseur. Plusieurs systèmes d’échantillonnages automatiques ont été développés pour faciliter le processus, mais beaucoup d’entre eux ont eu du mal à obtenir un haut niveau de stérilité, à éviter la formation d’agrégats à l’origine de blocages des analyses lors de densités cellulaires élevées et à conserver une homogénéité de l’échantillon sur le chemin menant à l’analyseur.
Une étude récente de Patrick Romann, et al. porte sur un nouveau système d’échantillonnage automatisé de Nova Biomedical permettant la perfusion à haute densité à long terme. Le système d’analyse et d’échantillonnage des cultures cellulaires était composé de : l’analyseur BioProfile FLEX2 (Nova Biomedical, Waltham, MA USA) et du BioProfile Autosampler (1). Un collecteur d’échantillons réfrigéré a également été connecté au système, pour conserver les échantillons en vue d’une analyse hors ligne ultérieure.
Dans l’étude, 9 cycles de culture de cellules mammaliennes par perfusion d’une durée allant jusqu’à 50 jours ont été régulièrement échantillonnés : manuellement d’une part et automatiquement d’autre part, afin de prouver la stérilité du système et de comparer les résultats des tests entre les deux méthodes. Les échantillons étaient soit directement transférés vers l’analyseur, pour mesurer les paramètres critiques du processus, soit guidés vers le collecteur d’échantillons pour d’autres méthodes d’analyse hors ligne telles que la spectroscopie de masse. Les paramètres critiques suivants ont été étudiés : Gluc, Lac, Gln, Glu, NH4+, pH, PCO2, densité des cellules viables, viabilité et diamètre des cellules.
Les chercheurs ont également généré différents niveaux de débris cellulaires en augmentant la contrainte de cisaillement, afin d’évaluer la capacité du système à transférer de manière fiable les échantillons, tout au long du processus de perfusion.
Le collecteur d’échantillons a été testé avec des échantillons destinés à l’analyse de la glycosylation. Ces échantillons ont été transférés automatiquement et stockés jusqu’à 48 heures à 4°C dans ce collecteur avant tout traitement ultérieur.
Les résultats de cette étude ont montré que tout d’abord, la stérilité du bioréacteur a été maintenue sur toute la durée de l’étude. De plus, malgré des niveaux accrus de débris cellulaires, aucune obstruction ou occlusion des tubulures n’a été détectée, et les échantillons ont été transférés avec succès du bioréacteur vers l’analyseur (2). En ce qui concerne la comparabilité de l’échantillonnage manuel par rapport à l’échantillonnage automatisé, les résultats ont été très cohérents pour les paramètres étudiés. Les résultats de pH étaient légèrement plus élevés et ceux de pCO2 légèrement plus faibles pour l’échantillonnage manuel, mais cela peut s’expliquer par un dégazage très réduit en faveur de l’échantillonnage automatique lié à ses tubulures imperméables au gaz mesuré (3).
Pour le test de conservation des échantillons, aucune dérive significative de la qualité du produit n’a été détectée dans les 48 heures, faisant du collecteur d’échantillons un outil utile pour collecter des échantillons pendant des périodes d’absence longues de l’opérateur (4).
Les chercheurs ont conclu que la mise en œuvre du système d’échantillonnage automatique BioProfile a non seulement réduit considérablement les coûts opérationnels, mais a également permis d’augmenter la fréquence des mesures à des moments prédéfinis. Ces attributs sont des pré requis pour un système d’analyse de processus qui permet de fournir un meilleur contrôle, soit en renvoyant directement les informations mesurées au système de contrôle du processus pour permettre des modifications du processus, soit en générant des données pour des outils spectroscopiques tels que NIR ou Raman, où une fréquence d’échantillonnage plus élevée à des moments prédéfinis et une procédure d’échantillonnage cohérente sont d’une importance capitale.
Dans l’ensemble, il a été démontré que le système BioProfile FLEX2 avec transfert d’échantillons et système de collecteur d’échantillons répond aux exigences d’une solution d’échantillonnage aseptique pour les processus de culture de cellules mammaliennes à haute densité cellulaire.