Entwicklung einer disposable-Durchflussmesszelle zur spektroskopischen Bioprozessüberwachung

Abstract

Biopharmazeutische Produktionsprozesse dienen der Herstellung komplexer Biomo- leküle zu therapeutischen Zwecken. Wachstumsfaktoren, Impfstoffe oder monoklo- nale Antikörper sind nur einige Beispiele für biotechnologisch hergestellte Produk- te. Die große Mehrheit, der in der Vergangenheit etablierten Herstellungsverfahren, nutzt Equipment aus Edelstahl zur Durchführung der einzelnen Unit-Operations. Im Gegensatz dazu setzen moderne Produktionsprozesse vermehrt auf vorsterilisiertes Single-Use-Equipment. Dadurch entfallen zuvor notwendige Reinigungsschritte und Validierungen zwischen den Produktionszyklen und die Produktionsanlagen lassen sich deutlich flexibler einsetzen. Damit einhergehend steigt auch der Bedarf für kom- patible Sensoren, die ihrerseits ebenfalls Einwegprodukte sind oder einzelne Single- Use-Komponenten besitzen. Daher wurde in dieser Arbeit eine Einweg-Durchflussmesszelle zur spektroskopischen Bioprozessüberwachung im Up- und Downstream entwickelt. Sie ist für den Einsatz an Single-Use-Systemen optimiert und ermöglicht sowohl die Aufnahme von Absorp- tionsspektren im UV/VIS-Spektralbereich als auch die Messung von Streulicht in ver- schiedenen Detektionswinkeln. Die Messzelle besteht aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und wird additiv im fused filament fabrication (FFF)-Verfahren gefertigt. Dabei konnte die Biokompatibilität des Druckmaterials gemäß ISO 10993-5:2009 nachge- wiesen werden. Zur Messung dient ein faseroptisches Spektrometer oder eine in den Messzellenhalter integrierte LED-Messtechnik. Für Pfadlängen (>3 mm) konnte eine hohe Genauigkeit des Fertigungsprozesses gezeigt werden. Der lineare Messbereich erstreckt sich bei Pfadlängen von <5 mm auf bis zu 8 AU*cm−1. Darüber hinaus wurde die Messzelle zur Überwachung von verschiedenen fed-batch- Prozessen und einem Perfusionsprozess eingesetzt. Insbesondere wurde dabei das Zell- wachstum von CHO-Zellen in verschiedenen Reaktorsystemen überwacht. Um den ho- hen Dynamikbereich der Messmethode zu zeigen, wurde auch eine Hochzelldichtekul- tivierung mit Komagataella phaffii durchgeführt. Dabei konnte für die verschiedenen Anwendungen das Zellwachstum erfolgreich mithilfe der gemessenen Streulichtinten- sität abgebildet werden. Des Weiteren wurde die Messzelle zur Überwachung der Auf- reinigung eines monoklonalen Antikörpers eingesetzt. Hier konnte durch Aufnahme von Absorptionsspektren der Aggregatanteil des Antikörpers bestimmt werden.