Las técnicas Raman e infrarrojas impulsan los análisis biomédicos

Marzo, 26 2021

Una nueva plataforma integrada de los desarrolladores Schott , Infors y tec5 podría facilitar el uso extendido de la espectroscopia Raman en biorreactores y permitir una mayor supervisión del proceso in situ.

La producción de los ingredientes activos en la fabricación biofarmacéutica impone importantes exigencias a las técnicas analíticas utilizadas para monitorear el proceso y llevar a cabo el control de calidad, debido a la complejidad de los biológicos involucrados.

Las aplicaciones de las tecnologías fotónicas al desafío han incluido el desarrollo de sistemas basados ​​en láser sin contacto para la verificación de la limpieza de los recipientes utilizados en el proceso de producción; y la combinación de pinzas ópticas y holografía para estudiar las interacciones celulares durante las pruebas de nuevos productos farmacéuticos.

La fabricación farmacéutica actual generalmente implica tecnologías analíticas de procesos (PAT), un término general para conjuntos de métodos analíticos, químicos y físicos utilizados para controlar la fabricación, con técnicas ópticas que juegan su papel. La nueva plataforma PAT es una combinación personalizada de biorreactor, sistema de espectrómetro y receptáculo de sonda, según los proveedores.

La espectroscopia Raman siempre ha sido un candidato atractivo como componente PAT, debido a su alta especificidad molecular y al mínimo pretratamiento necesario de la muestra, aunque se han mantenido los obstáculos relacionados con la interferencia y las señales Raman naturalmente débiles. Uno de los objetivos del nuevo sistema es promover la espectroscopia Raman como tecnología de medición en línea en bioprocesos, dicen los desarrolladores.

"Juntos estamos permitiendo el uso de la espectroscopia Raman en biorreactores", comentó Christian Ott de Schott. "La combinación única de soluciones PAT avanzadas permite una supervisión y un control fiables del proceso en línea".

Tec5 ya suministra sistemas Raman para su uso en la producción farmacéutica, así como en las industrias biotecnológica, alimentaria y agrícola. Para la nueva plataforma PAT, los instrumentos Raman se han diseñado para adaptarse a las diferentes variantes de receptáculos de sensores Schott utilizados para acoplar la plataforma de espectroscopía a un biorreactor, lo que permite realizar el análisis Raman a través de ventanas ópticas herméticamente selladas en el sistema.

Una plataforma de imágenes infrarrojas desarrollada por el centro de investigación francés CEA-Leti también podría beneficiar el análisis y el diagnóstico médico, en particular la detección de cáncer en secciones de tejido y la discriminación de microorganismos y bacterias.

La plataforma tiene como objetivo permitir imágenes de infrarrojo medio multiespectrales sin lentes, mediante el uso de fuentes de láser de cascada cuántica (QCL) que emiten solo en un número selecto de longitudes de onda. Esto se basa en investigaciones anteriores sobre si las QCL podrían permitir una histopatología espectral de alto rendimiento, que indicó que el uso de números de onda cuidadosamente seleccionados podría ayudar a que las QCL sean rentables.

Una combinación de láseres QCL e imágenes sin lentes con una matriz de bolómetro no refrigerada permitió a CEA-Leti realizar un mapeo bioquímico en un amplio campo de visión, con los datos analizados por algoritmos de aprendizaje automático para clasificar las células biológicas. Los ensayos mostraron que esta arquitectura logró hasta un 94 por ciento de predicciones exitosas de células cancerosas, según el equipo, y puede conducir a un dispositivo clínico adecuado para el diagnóstico de cáncer en hospitales.

La investigación paralela en CEA-Leti y discutida en SPIE Photonics West 2021 ha aplicado imágenes de IR medio multiespectrales sin lentes a la tarea del diagnóstico microbiano, lo que potencialmente incluye abordar el Covid-19.

La técnica implica la adquisición de datos IR en ocho longitudes de onda seleccionadas correspondientes a funciones químicas específicas de diferentes bacterias, lo que refleja aún más la creencia del proyecto de que restringir el número de longitudes de onda utilizadas permite un compromiso entre la precisión del sistema y la complejidad de las fuentes de QCL.

En los ensayos, la comparación de los datos espectrales de IR con una base de datos de 2253 colonias pertenecientes a ocho especies diferentes y tres cepas de S. epidermidis mostró que la configuración óptica y el posterior análisis de aprendizaje automático podrían clasificar las especies de bacterias con una tasa de identificación correcta de al menos 91 por ciento.

"Los siguientes pasos son realizar un prototipo dedicado con las longitudes de onda relevantes y demostrar el rendimiento del sistema con muestras como biopsias humanas, y crear bases de datos más grandes para cada aplicación", dijo el proyecto. Además, actualmente se está incubando una start-up ”.

Fuente: https://optics.org/news/12/3/40