生物过程拉曼监测中不同仪器供应商之间的校准结果传递

拉曼光谱作为生物制药制造中的过程分析技术（PAT），受硬件和软件差异导致厂商特异性问题，影响模型验证与跨设备移植。本文通过离线样本验证和配对光谱分析，对比了Piecewise Direct Standardization（PDS）和Spectral Subspace Transformation（SST）两种校准传递方法，发现其能有效减少光谱响应差异，优化跨厂商模型移植的便捷性，提升供应链中化学指纹实时监测的敏捷性。

　　

摘要

拉曼光谱技术是一种成熟的过程分析技术（Process Analytical Technology, PAT），用于监测生物制药制造中的哺乳动物细胞培养过程。在线拉曼探头能够实时提供代谢物的化学特征以及细胞培养的健康状况，并通过化学计量学建模进行分析。然而，拉曼硬件（如电缆、探测器、光学元件、探头和激光器）和软件（用于校准、降噪和去除宇宙射线）会带有特定供应商的特征，从而导致拉曼化学计量模型具有供应商依赖性。这种供应商特异性使得方法验证在不同供应商设备之间的转移变得复杂，并阻碍了过时设备的升级、维护和更换。在这项研究中，我们比较了两种校准转移方法以解决供应商之间的差异。分段直接标准化（Piecewise Direct Standardization, PDS）和光谱子空间变换（Spectral Subspace Transformation, SST）方法成功减少了旧系统（“父系统”）与新系统（“子系统”）之间的光谱响应差异。我们使用离线样本以及一种基于“父系统”和“子系统”配对光谱的成熟验证方法对校准转移结果进行了测试。最后，我们探讨了校准转移参数（包括训练集大小、预处理位置和窗口大小（组件数量）对PDS和SST的影响。通过这项研究，我们证明了这种提出的供应商间校准转移方法的可行性，它能够在不进行大量方法重新开发或重新验证的情况下，实现不同拉曼供应商之间的有效化学计量模型转移。这种方法提高了化学计量模型在供应链网络中部署的灵活性，进一步增强了拉曼光谱技术作为生物制药行业先进制造工具的多功能性。

图形摘要