代謝物アナライザーとは？項目の多い1台で足りないのはなぜか

開発の小さな培養槽を8本並べ、毎日グルコースと乳酸を測っている。16項目を1台で測れる装置に入れ替えれば楽になるはず、と仕様を比べ始めた人は、肝心の毎日の使い勝手がカタログの項目数では決まらないことに気づきます。

代謝物アナライザーとは、培養液のグルコースや乳酸などの濃さを測り、フィードフェドバッチで追い足す濃縮した栄養液。いつ・どれだけ・どう入れるかが生産性と品質を左右する。詳しく →（追加の栄養）をいつ、どれだけ入れるかを決めるための装置です。ただし、多くの項目を1台で測れても、それだけで足りるとは限りません。

この記事では、装置が何を決めるために測るのか、項目の多い1台で足りない理由、選ぶ基準、値がずれる原因、自分の場合に確かめる順番を順に説明します。

1. 代謝物アナライザーが出す数字は、何を決めるのか

出すのはフィードを入れる時期と量です。培養液のグルコース・乳酸・グルタミン・アンモニアといった栄養と老廃物の濃さを測って、その判断の材料にします。 バイオプロセスアナライザーとも呼ばれます。

抗体などを作る流加培養（フェドバッチ）では、細胞がグルコースを使って減った分を、フィードで補います。ここで測った値が実際より高く出ると、補給が遅れ、細胞は栄養切れで弱る。低く出れば入れすぎになり、乳酸のような老廃物が増えたり、浸透圧溶液中の溶質濃度で決まる、水を引き込む圧。培養では上昇が細胞ストレスになる管理項目。詳しく →が上がったりします。

測り方は、大きく2通りに分かれます。

• オフライン（アットライン）：培養槽から液を抜き、別の場所に置いた装置で測ります。多くの項目を一度に測れる装置が多い方式です。
• オンライン⁠：培養槽につないだまま、決まった項目を測り続けます。人が液を抜きに行く手間がない代わりに、測れる項目は限られます。

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同じ装置でも、使う場面で求める性能は変わります。開発では小さな槽を何本も並べて条件を振り、1日に何十本もの液を測ることがある。製造では本数は少なくても、測った記録をGMP（医薬品の製造管理と品質管理原料・資材・中間体・製品を規格に照らして試験し、使ってよいか、出荷してよいかの合否を決める仕事です。GMPでは製造部門から独立させます。詳しく →の基準）の記録として残します。

だから選ぶときの出発点は、装置を比べる前に、1日に何本、何槽分を、誰が測るのかを数えておくことです。 フィードの決め方そのものはフィード設計の解説に、乳酸の振る舞いは乳酸の代謝シフトにある。

2. 重要：項目の多い1台だけでは、なぜ足りないのか

測る方式ごとに保守と消耗品の形が違い、使い方によっては項目の数よりそちらが重くなるからです。 メーカーの資料には、グルコースから浸透圧、細胞数まで、最大16項目を1台で測れる機種もあります。それでも現場では、グルコースと乳酸に絞った装置や、槽につないだままの装置が並んで使われています。

代謝物を見分ける仕組みは、主に次の4つです。

センサーカード式なら、血液ガス分析計・生化学分析計・浸透圧計溶液に溶けた成分の総量に相当する浸透圧を測る計器です。培地や製剤の濃さが適切かを確認し、細胞環境や品質の管理に使います。詳しく →・細胞計数装置に分けて測っていた項目を、1回の採取でまとめて測れます。酵素膜は使うほど少しずつ働きが落ちるので、定期的に膜を交換して校正し直す。

カード式は「保守が要らない」と紹介されることがあります。でも、手間が消えたわけではありません。保守の単位が、装置から消耗品のカードへ移っただけです。⁠どの方式にも、それぞれの形の保守と消耗品が残ります。

項目の数だけで比べると、毎日の運用で効いてくる違いを見落とします。では、何を物差しにして選ぶのか。

3. 代謝物アナライザーは、何を物差しに選ぶのか

• 保守⁠：条件を頻繁に振る開発では、膜の交換や校正で装置が止まると、その時間だけ実験が遅れます。メーカーには、センサーや膜の交換の頻度と、1回の交換で何時間止まるかを聞きます。
• 検体の数⁠：1時間にさばける検体の数は、メーカーよりも機種で決まります。同じ試薬カートリッジ式の系列でも、検体の少ない工程向けの機種と、96ウェルのプレートから検体を吸える多検体向けの機種が分かれています。
• 抜く液の量⁠：作動容量が十数 mL ほどの小さな槽を何本も並べる開発では、測るたびに抜く液が、そのまま培養の液を減らします。1回の採取で多くの項目を測れる機種や、小型の並列培養装置と自動でつながる機種が、この場面では有利です。

小さな槽の運用はマイクロ／ミニバイオリアクターで詳しく読めます。

GMP製造の工程内管理工程の途中で中間体の力価や純度などを確認する管理。最終規格の前に品質を作り込む要素。詳しく →に使うなら、もう1つ確かめることがある。記録と監査証跡いつ誰が何をしたかを記録し、改ざんや削除ができないようにした操作履歴。記録の信頼性を支える。詳しく →（誰がいつ何を操作したかを残す仕組み）、装置のバリデーション（意図どおりに動くことを確かめて記録すること）に対応できるかです。候補を絞る早い段階で聞いておきます（コンピュータ化システムのバリデーション）。

重くなりやすいのは、開発なら止まる時間と抜く液の量、製造なら記録と確認のしやすさです。 そこが決まれば、候補はかなり絞れます。

4. 測った値は、どこでずれるのか

値がずれる原因の多くは装置の性能ではなく、液を抜いてから測るまでの扱いと、装置を替えたときの確認の抜けにあります。

• 抜いた液を置いてから測る⁠：試料に細胞が入ったままなら、試験管の中でも細胞はグルコースを使い、乳酸を出し続けます。抜いてから測るまでの時間と扱いを毎回そろえないと、同じ培養でも日によって値がぶれます。
• 装置を替えたときの値の段差⁠：測る仕組みが違えば、同じ液でも値が少しずれます。古い装置の値で決めたフィードの基準を新しい装置の値に当てはめると、補給の量がずれます。
• 測定範囲を超えた液の薄め方⁠：濃いフィード液や濃度の高い試料は、薄めてから測ることがあり、薄め方の誤差がそのまま値に乗ります。倍率は希釈計算ツールで確かめられます。
• オンラインの値だけを信じる⁠：槽につないだセンサーや、ラマン分光のように光で中身を推定する方法は、時間とともに少しずつずれます。定期的にオフラインの装置の値と突き合わせれば、ずれに気づけます（ラマン分光による工程の監視）。

装置を入れ替えるときは、しばらく新旧の両方で同じ液を測り、ずれの大きさを確かめてから切り替えます。液の抜き方は培養槽の無菌サンプリングで読めます。

血液ガス分析装置を、pHや溶けたガス、電解質の測定に使う例もあります。ただし臨床検体向けに作られた装置なので、培養液で正しく測れるかを自社で確かめることが前提です。

装置を替える前に、採取から測定までの手順をそろえる。それだけで値のぶれが減ることもあります。

5. 自分の場合は、何から確かめるのか

まず、いまの運用を数えます。 1日に測る本数、つないでいる槽の数、必要な項目、1回に抜いている液の量。この4つが、そのまま装置を選ぶ条件の表です。そのうえで、次の順に確かめます。

• 液を抜いてから測るまでの扱いを決める⁠：作業手順書作業の手順を定めた文書。品質システムの要素を具体化し、査察でも運用が確認される。詳しく →で、抜いてから測るまでの時間と扱いが決まっているかを確かめます。決まっていなければ、装置を選ぶ前にここをそろえます。
• 測りたい項目が1台に収まるかを見る⁠：1台に収まらない項目は、どの装置に残すかを決めます。
• 保守で止まる時間を聞く⁠：センサーや膜の交換の頻度と、1回の交換で止まる時間、消耗品（カード・膜・試薬）の使用期限と在庫の持ち方を、メーカーに聞きます。
• 検体の数と抜く液の量を照らす⁠：1日にさばける検体の数が自社の本数に足りるか、1回に抜く液の量がいちばん小さな槽の運用に収まるかを確かめます。同じ系列に上位機種があるかも見ます。
• ほかの装置とのつながりを見る⁠：自動サンプリングや並列培養装置、LIMS検体・試験・結果などラボの情報を一元管理するシステムです。データの追跡性を確保し、記録の正確さと業務の効率化を支えます。詳しく →（検体・試験結果の管理システム）とつながるかを見ます。
• GMP医薬品を一定の品質で安全に造るために守るべき製造・品質管理の基準（適正製造規範）です。詳しく →（医薬品の製造管理と品質管理の基準）で使うなら記録を確かめる⁠：監査証跡（誰がいつ何を操作したかの記録）とバリデーションに対応できるかを聞きます。
• 入れ替えなら新旧の比べ方を決める⁠：両方の装置で同じ液を測る期間と、ずれを判断する方法を先に決めます。

候補の機種はバイオプロセスアナライザと代謝物・培地成分分析の製品ガイドで、多項目を1台で測る機種の例は製品トピックで、槽から自動で液を採る仕組みは自動サンプリングで見られます。

参考文献

• Nova Biomedical, BioProfile FLEX2（MicroSensorカード、測定項目、多項目を1台で測る構成）
• YSI（Xylem）, 2900D Biochemistry Analyzer（酵素膜による測定と測定項目）
• Roche CustomBiotech, Cedex Analyzer Family（Cedex Bio と Cedex Bio HT の位置づけ）
• Sartorius, BioPAT Trace（グルコース・乳酸のオンライン監視）