Analisador de processo Raman para monitoramento em tempo real da rapamicina: resultados comparáveis ao HPLC

A espectroscopia Raman, quando implementada como um analisador de processo Raman para medições em tempo real, é uma tecnologia poderosa para o controle e a otimização de processos na fabricação farmacêutica e biotecnológica. Neste contexto, o analisador de processo Raman in-line desenvolvido e fabricado pela IRIS Technology Solutions (Barcelona) destaca-se como uma solução analítica de alto desempenho para a quantificação em tempo real de compostos críticos e o monitoramento contínuo do desempenho do processo.

Ao contrário de técnicas analíticas convencionais como o HPLC, que envolvem tempos de resposta atrasados, consumíveis e uso intensivo de recursos laboratoriais, um analisador de processo Raman permite uma visão direta e em tempo real do processo. Este artigo apresenta uma aplicação industrial concreta: o uso do analisador Visum Raman In-Line para monitorar a concentração de rapamicina durante a etapa de purificação.

Os resultados demonstram que este analisador de processo Raman, integrado em uma configuração at-line e montado em um rack móvel, pode substituir de forma eficaz a análise HPLC offline. A aplicação foi desenvolvida em colaboração com a empresa farmacêutica MyBiotech GmbH (Alemanha) e ilustra o valor da análise de processos baseada em Raman dentro das estratégias PAT.

A rapamicina é um composto macrolídeo amplamente utilizado para prevenir a rejeição em transplantes de órgãos. Ela é produzida por fermentação, cultivando Streptomyces rapamycinicus em biorreatores sob condições controladas de alimentação de substrato, temperatura e pH. Após a fermentação, a rapamicina é extraída utilizando um solvente orgânico, resultando em uma mistura complexa que contém o composto alvo e vários subprodutos.

O extrato é posteriormente purificado utilizando uma coluna cromatográfica, onde a rapamicina é separada das impurezas e coletada em frações enriquecidas. Tradicionalmente, alíquotas são retiradas manualmente da saída da coluna e analisadas por HPLC para determinar quais frações contêm rapamicina e em que concentração.

Para substituir esse fluxo de trabalho offline, foi instalada uma câmara de medição dedicada na saída da coluna cromatográfica. Uma sonda de imersão conectada ao analisador de processo Raman foi inserida nessa câmara, permitindo a medição contínua e em tempo real da concentração de rapamicina. Essa configuração possibilitou decisões imediatas sobre a coleta de frações, classificação, recirculação de solvente ou rejeição, evitando erros, atrasos e riscos de contaminação associados à amostragem manual.

O Visum Raman In-Line foi implementado como um analisador de processo Raman in-line, configurado em um ambiente at-line sobre um rack móvel. Essa integração flexível permitiu que o analisador operasse diretamente ao lado do sistema de purificação, mantendo ao mesmo tempo total acesso e visibilidade para os operadores.

A sonda Raman mediu continuamente o fluxo do processo na saída da coluna, fornecendo feedback em tempo real sobre a presença e a concentração de rapamicina. Durante uma execução típica de separação, que pode durar várias horas, múltiplas medições Raman foram coletadas para cada fração, oferecendo uma resolução temporal significativamente maior do que a análise baseada em HPLC.

^{Figura 1.
Acima: sistema de purificação de rapamicina.
Abaixo à esquerda: sonda Raman inserida na câmara de medição.
Abaixo à direita: tela do analisador de processo Raman montado em um rack móvel, exibindo a concentração de rapamicina em tempo real.}

Para calibrar o analisador de processo Raman, seis preparações diferentes foram avaliadas. Essas preparações cobriram uma faixa de concentrações de rapamicina, perfis de subprodutos e vazões, garantindo uma variabilidade de processo realista.

O analisador foi configurado para coletar três espectros Raman por minuto e reportar valores médios. Para o desenvolvimento do modelo quimiométrico, todos os espectros Raman registrados durante o enchimento de cada frasco foram promediados para obter um espectro representativo correspondente a cada valor de referência de HPLC.

Técnicas quimiométricas avançadas foram aplicadas para processar os dados espectrais e construir modelos quantitativos. Para garantir uma avaliação realista do desempenho, cada preparação foi tratada como um conjunto de validação externa. Na prática, o modelo utilizado para prever uma preparação foi desenvolvido utilizando dados das outras cinco preparações. Essa abordagem foi repetida até que todas as seis preparações fossem previstas de forma independente pelo analisador.

A Figura 2 apresenta os resultados de predição obtidos com o analisador de processo Raman in-line para as seis preparações. A tendência da concentração de rapamicina prevista pela espectroscopia Raman acompanha de perto a tendência medida por HPLC.

Para cada ponto de dados de HPLC, estavam disponíveis entre três e oito predições Raman. A média dessas predições Raman mostrou forte concordância com os valores correspondentes de HPLC. Uma divergência foi observada na Preparação 3, onde provavelmente ocorreu um descompasso entre a medição Raman e a amostra HPLC coletada devido a diferenças de tempo entre a medição e a coleta das frações.

Quando todos os valores previstos e de referência foram comparados, o analisador alcançou um baixo erro de predição de 15,7 mg/L e um alto coeficiente de determinação (R² = 0,98). Esse erro de predição é comparável ao limite de quantificação do método.

Em concentrações de rapamicina abaixo de 15 mg/L, as predições Raman oscilaram entre −15 e +15 mg/L, indicando o limite prático de detecção do modelo. Dentro da faixa de concentração validada de 15–450 mg/L, o analisador de processo Raman in-line demonstrou excelente precisão, com resultados notavelmente semelhantes aos obtidos por HPLC.

^{Figura 2.
Concentração de rapamicina prevista pelo analisador de processo Raman e dados de referência de HPLC ao longo do tempo para as seis preparações.}

Este estudo confirma que um analisador de processo Raman é uma solução confiável e precisa para o monitoramento em tempo real da purificação de rapamicina. O Visum Raman In-Line possibilitou a quantificação contínua da rapamicina com desempenho comparável ao HPLC, ao mesmo tempo em que melhorou significativamente a eficiência e a capacidade de resposta do processo.

Ao eliminar a necessidade de amostragem manual e análise offline, o analisador de processo Raman in-line Visum reduziu a carga de trabalho do laboratório, acelerou a tomada de decisões e melhorou o controle do processo. Essas vantagens tornam a análise de processos baseada em Raman particularmente atraente para a fabricação farmacêutica e biotecnológica.

É importante destacar que essa abordagem é totalmente transferível para outras aplicações nas quais a quantificação em tempo real durante a purificação ou formulação é crítica, como anticorpos, proteínas recombinantes, vacinas, metabólitos e outros ingredientes farmacêuticos ativos. Como parte de uma estratégia PAT mais ampla, um analisador de processo Raman fornece uma visão contínua do processo, permitindo maior eficiência, melhor controle de qualidade e operações de fabricação mais robustas.