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

Fachliche Zuordnung Bioverfahrenstechnik
Förderung Förderung von 2017 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 346772917
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Vorteile kontinuierlicher Kultivierungs- und Produktionsprozesse wurden in den letzten Jahren von einer Vielzahl biopharmazeutischer Industrien weithin demonstriert. Mit der steigenden Nachfrage nach Biopharmazeutika, höherer Produktivität und dem immer größer werdenden Druck, die Herstellungskosten zu senken, zeigt die Biotech-Branche ein anhaltendes Interesse an der Entwicklung von kontinuierlichen Produktionssystemen. Obwohl es auf dem Markt aufkommende kontinuierliche Bioprozesstechnologien gibt, gibt es fast keine konkreten Beispiele für die erfolgreiche Implementierung eines vollständig kontinuierlichen Prozesses für biologische Produkte. Um die Prozessoptimierung zu beschleunigen, ist es von Vorteil, den Bioreaktor mit geeigneten Sensoren und Technologien zur kontinuierlichen Überwachung und Regelung kritischer Kultivierungsparameter zu implementieren. Darüber hinaus sucht der Markt nach Technologien, die eine flexible Produktion von individuellen Zielproteinen und eine Parallelisierung der Produktionsprozesse ermöglichen. Um diese Entwicklungsprozesse weiter voranzutreiben, wurde mit diesem Projekt die Entwicklung eines innovativen, kontrollierten und kontinuierlichen Zelltransfektions- und Kultivierungssystems für die rekombinante Proteinproduktion und das gleichzeitige Monitoring (z. B. von Produkt und Kontaminationen) durch Integration verschiedener funktioneller mikrofluidischer Lab-on-a-Chip (LOC)-Systeme vorgeschlagen. LOC-Systeme bieten viele Vorteile für Bioprozesse, wie z. B. ein geringes Probenvolumen, definierte und reproduzierbare Arbeitsbedingungen, Portabilität, Point-of-Use-Diagnostik und das Potenzial zur Reduzierung der Prozesskosten. Hauptherausforderungen für die kontinuierliche Bioreaktorkultivierung sind die Entwicklung und Integration von Funktionseinheiten und Überwachungssystemen, die sowohl für Upstream- als auch Downstream-Prozesse geeignet sind. Daher lag der Fokus in diesem Projekt auf der Entwicklung mikrofluidischer Systeme und neuer Biosensoren, die direkt in einen Bioprozess integriert werden können. Als wichtiger Teil des Upstream-Prozesses wurde im Rahmen dieses Projekts ein LOC-System für den kontinuierlichen und kontrollierten transienten Gentransfer in Wirtszellen entwickelt und direkt im Zellkulturprozess eingesetzt, wodurch eine flexible Produktion rekombinanter Proteine ermöglicht wird. Darüber hinaus wurden neue, auf photonischem Silizium basierte sowie Aptamer-basierte Biosensoren entwickelt, die zur schnellen Überwachung von Zielproteinen sowie zur frühzeitigen Erkennung einer potenziellen mikrobiellen Kontamination im Zellkultursystem genutzt werden können. Ein Teil der entwickelten Biosensoren konnte ebenfalls erfolgreich zur Biomarker-Detektion im Bereich der Point-of-Care Diagnostik zum Einsatz kommen. Durch die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts konnte zudem das große Potential der hochauflösender 3D-Drucktechnologie mittels biokompatibler Materialien für die flexible Systementwicklung, Systemminiaturisierung und -integration sowie für individuelle Anwendungen im Bereich der Bioprozess- und Zellkulturtechnik genutzt und erfolgreich demonstriert werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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