Módszerfejlesztés emlőssejt-tenyészet glükóz tartalmának Fourier-transzformációs közeli infravörös spektroszkópiai alapú meghatározására

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Módszerfejlesztés emlőssejt-tenyészet glükóz tartalmának Fourier-transzformációs közeli infravörös spektroszkópiai alapú meghatározására"

Miklós Kis
6 évvel ezelőtt
Látták:

Módszerfejlesztés emlőssejt-tenyészet glükóz tartalmának Fourier-transzformációs közeli infravörös spektroszkópiai alapú meghatározására Kozma Bence 1 Dr.

1 Módszerfejlesztés emlőssejt-tenyészet glükóz tartalmának Fourier-transzformációs közeli infravörös spektroszkópiai alapú meghatározására Kozma Bence 1 Dr. Gergely Szilveszter 1 Párta László 2 Dr. Salgó András 1 1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék 2 Richter Gedeon Nyrt., BTCH NIR Klub Április 18.

2 Kutatómunkánk témája Emlőssejt-tenyészet modellrendszer vizsgálata in-line Fourier-transzformációs közeli infravörös (FT-NIR) spektroszkópiával. Elsődleges cél: a NIR spektrumok és a referencia adatok alapján mennyiségi kalibráció készítése az oldat glükóz tartalmára, amelyet később a reaktoros rendszerbe átültethetünk. Egyéb vizsgálati irányok: a NIR alkalmazási határainak feltérképezése az emlőssejttenyészetekben és a kísérleti rendszerben, spektrális előkezelések optimálása, tenyészet fiziológiai paramétereinek hatása a NIR spektrumokra. 2

3 A Process Analytical Technology és az infravörös spektroszkópia PAT: az FDA új szemléletű gyógyszergyártásellenőrzési módszere. (2004) Az infravörös spektroszkópia ennek egyik lehetséges módja. Számos helyen már bizonyított a biotechnológia területén. Mérések elrendezési lehetőségei. 3

Kísérleti modellrendszerünk Rázatott lombikban, szakaszos, rátáplálásos módon tenyésztettünk sejteket, majd glükóz hígítási sort készítettünk kívülről hozzáadott glükóz oldattal.

4 Kísérleti modellrendszerünk Rázatott lombikban, szakaszos, rátáplálásos módon tenyésztettünk sejteket, majd glükóz hígítási sort készítettünk kívülről hozzáadott glükóz oldattal. Ötvöztük az előnyeit az in-vivo (tenyésztés bioreaktorban) és in-vitro (sejtmentes glükóz oldat) rendszereknek, mert: sejtes rendszert, valódi tenyésztést, ezért hasonló mátrixot, kisebb térfogatot, ezért alacsonyabb költségeket értünk el, de utólag beállítottuk a glükóz-koncentrációt. 4

5 Bemutatásra kerülő kísérletek lombik NOVA referencia Mérőlombik száma Beállított c glükóz [mm] Mért c glükóz [mm] 1 Nincs 8,0 2 10,0 11,0 3 15,0 15,3 4 20,0 22,3 5 30,0 32,3 6 40,0 36,4 7 50,0 47, lombik NOVA referencia DIA referencia Mérőlombik száma Beállított c glükóz [mm] Mért c glükóz [mm] Mért c glükóz [mm] 1 Nincs 9,6 10,1 2 15,0 16,3 16,2 3 20,0 20,9 21,4 4 30,0 31,6 32,3 5 40,0 37,8 43,2 6 50,0 47,2 54,2 Két lombik eltérő mennyiségű, de azonos minőségű táplálással. Különböző tenyésztési idők. Szaporítás végén glükóz-koncentráció beállítása a táblázatok szerint. Spektrumfelvétel és referencia mérések: Bruker Matrix-F fotométer, cm -1, azaz 834, ,3 nm tartományban. INGOLD IN271P transzflexiós, bemerülő szonda, 2 mm-es optikai úthossz. NOVA StatStrip Xpress Meter és DIA-GM8 glükóz referenciák. 5

6 Értékeléshez használt számítógépes programok és matematikai előkezelések Programok: Unscrambler X 10.2 Microsoft Office Excel 2010 Matematika: Standard Normal Variate (SNV) Multiplicative Scatter Correction (MSC) Spektrumok első és második deriválása Savitzky Golay-algoritmussal y 0 y' , ,5 25 y 20 0 y'' 15-0, , x (Az ábrák csak illusztrációk.) x 6

7 Mennyiségi kalibráció készítése és értékelése 7

8 3,5 3,5 2,5 2,5 A = log (1/T) A = log (1/T) Általános értékelés, spektrumok 1,5 1,5 0,5 0,5-0,5-0, Hullámhossz [nm] Hullámhossz [nm] tenyészet tenyészet A = log (1/T) 0,62 0,61 0,6 0,59 0,58 0,57 0,56 0,55 0,54 0,53 0,52 A = log (1/T) 0,70 0,68 0,66 0,64 0,62 0,60 0,58 0,56 0,54 0,52 0, Hullámhossz [nm] Hullámhossz [nm]

9 Szóráskorrekciókkal kapott legjobb eredményeket adó spektrumok kinagyítva 0,56 0,555 0,55-0,214-0,216-0,218 log(1/t) 0,545 0,54 0,535 0,53 SNV -0,22-0,222-0,224-0,226-0,228 0, , Hullámhossz [nm] Hullámhossz [nm] 0,538 MSC log(1/t) 0,533 0,528 0,523 0, Hullámhossz [nm] A spektrumban található két törés jelzi a glükóz jelenlétét. Ezekre alacsony hibával, jó illeszkedéssel készült kalibráció. 9

10 Első deriváltak és azok szóráskorrekciókkal kombináltjai A legjobb kalibrációs eredményeket szolgáltatták. Legpontosabb illeszkedés: R 2 = 0,998 Legkisebb hiba: RMSE = 1,3 mm 10

11 Második deriváltak és azok szóráskorrekciókkal kombináltjai Erős simító hatás figyelhető meg, de gyengébb kalibrációt eredményezett, mint az első deriváltak. 11

12 Egyesített spektrumok A tenyészetek spektrumainak összevonása, majd újabb kalibrációk készítése. A legjobban a szóráskorrekciókkal kezelt spektrumok teljesítettek. De így is elmaradtak a tenyészetenként különkülön készített kalibrációktól. R 2 = 0,993; RMSE = 2,4 mm 12

13 Független kereszt validálás 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 R 2 0,5 0,4 0,9878 0,4924 0,9026 0,9076 0,9454 0,9834 RMSEP [mm] SEP [mm] ,97 27,73 26_S 25&26_S PLS_26_MSC(a)_D1_21_N 25_S PLS_26_MSC(a)_D1_21_N 25&26_S 25_S 26_S ,54 1,57 PLS_25_S 26_S PLS_25_S 25&26_S 6,10 5,44 PLS_26_M SC(a)_D1_ 25_S 4,58 4,32 PLS_26_M SC(a)_D1_ 2,20 2,25 PLS_25&2 25_S 1,69 1,74 PLS_25&2 26_S 10 8,98 8,18 8 6,28 A külön-külön készített kalibrációkból a legjobbakat kiválasztva készítettem a független validálásokat. RPD ,77 2,26 3,02 Egy gyengébb predikció van, több ok miatt. 26_S 25&26_S PLS_26_MSC(a)_D1_21_N 25_S PLS_26_MSC(a)_D1_21_N 25&26_S 25_S 26_S 13

14 Eltérő predikciós képesség A = log (1/T) 0,595 0,585 0,575 0,565 0,555 0,545 0,535 0, hullámhossz 1680 (nm)

15 Összefoglalás, kitekintés Az FT-NIR alkalmas emlőssejt-tenyészetek glükóztartalmának vizsgálatára. A kísérleti rendszer további vizsgálati, kutatási munkát igényel a folyamatszabályozásba való átültetés előtt. Lehetőség van más anyagok (pl. egyéb kulcs metabolitok) vizsgálatára hasonló kísérleti rendszerben. 15

16 Köszönöm a megtisztelő figyelmüket!

Hasonló dokumentumok

ALKALOIDOK MEGHATÁROZÁSAMÁKGUBÓBAN

ALKALOIDOK MEGHATÁROZÁSAMÁKGUBÓBAN DISZPERZIÓS ÉS FOURIER-TRANSZFORMÁCIÓS KÖZELI INFRAVÖRÖS SPEKTROSZKÓPIAI MÓDSZEREKKEL 1 Izsó Eszter -Dr. Gergely Szilveszter A MÁK A mák egyéves, lágyszárú, 5-15 cm magas