Entwicklung von integrierten kontinuierlichen Fließsystemen für transiente Transfektion, Kultivierung und Überwachung von tierischen Zellen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Janina Bahnemann
• Fachliche Zuordnung: Bioverfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 346772917

Die Vorzüge von kontinuierlichen Kultivierungs- und Produktionsprozessen wurden in den vergangen Jahren durch verschiedenste Fertigungsindustrien aufgezeigt. Mit steigender Nachfrage an Biopharmazeutika, höherer Produktivität und dem stetig steigenden Druck die Herstellungskosten zu senken, scheint die Biotech-Industrie ein bestehendes Interesse in der Entwicklung von kontinuierlichen Bio-Herstellungssystemen zu haben. Obwohl kontinuierliche Bioprozesstechnologien zunehmend auf dem Markt erhältlich sind, konnten bislang kaum vollständig kontinuierliche Prozesse für biologische Produkte umgesetzt werden. Um die Prozessoptimierung voranzutreiben ist es von Vorteil, den Bioreaktor mit geeigneter Technik für eine kontinuierliche Kontrolle und Regelung kritischer Kultivierungsparameter auszurüsten. Darüber hinaus ist die Industrie auf der Suche nach schnellen Gentransfermethoden, welche eine flexible Produktion von individuellen Zielproteinen sowie einen parallelen Herstellungsprozess erlauben. Für die Förderung dieses Entwicklungsprozesses wird die Entwicklung eines neuen, kontrollierten und kontinuierlichen Zelltransfektions- und Kultivierungssystems für die Herstellung rekombinanter Proteine und gleichzeitiger Überwachung von Analyten durch die Integration verschiedener, funktioneller, mikrofluidischer Lab-on-a-Chip (LOC) Einheiten beabsichtigt. LOC Geräte bieten viele Vorteile für den Bioprozess, wie beispielsweise kleine Probevolumina, definierte und reproduzierbare Arbeitsbedingungen, Beweglichkeit, Point-of-care Diagnostik sowie das Potential die Herstellungskosten zu reduzieren. Die größten Herausforderungen für die kontinuierliche Bioreaktorkultivierung liegen in der Entwicklung und der Integration von funktionellen Einheiten und Kontrollsystemen, die sowohl für den Upstream als auch den Downstream-Prozess geeignet sind. Der Fokus dieses Projekts liegt auf dem Upstream-Prozess und der Entwicklung neuer Sensoren für die Überwachung von Zellkultursystemen. Als ein wichtiger Aspekt des Upstreams sind das Design, die Herstellung und Integration eines LOCs beabsichtigt, welcher einen kontinuierlichen, kontrollierten transienten Gentransfer in Wirtszellen für die Produktion rekombinanter Proteine ermöglichen soll. Darüber hinaus wird ein neuer, elektromechanischer, Aptamer-basierter Biosensor für eine schnelle Analyse von Zielproteinen sowie für die Früherkennung potentieller mikrobieller Kontaminationen vorgeschlagen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Internationaler Bezug: Israel, USA
• Großgeräte: High-resolution 3D printer
• Gerätegruppe: 2110 Formen-, Modellherstellung und gießereitechnische Maschinen
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Michael R. Hoffmann; Professorin Dr. Ester Segal