Ganzheitliche Überwachung eines CHO-K1 Zellkulturprozesses mit multimodalen spektroskopischen Methoden

Abstract

Die moderne biopharmazeutische Industrie beschäftigt sich mit der Herstellung von Wirkstoffen, die in Bioprozessen produziert werden. Ein breites Anwendungsgebiet haben Biopharmaka, zu denen Impfstoffe, therapeutische Proteine und biologische Moleküle gehören. Säugetierzellen bilden eine wichtige Gruppe der Wirtszellen in der Bioproduktion. Der Zellkultivierungsprozess der Säugetierzellen ist komplexer als andere Grundoperationen (Engl. unit operations), daher sind hierbei umfangreiche Prozessüberwachung und -kontrolle notwendig, um eine hohe Qualität und Sicherheit der Biopharmaka zu gewährleisten. Im Rahmen der PAT-Initiative (Engl. Process Analytical Technology) setzen sich die biopharmazeutische Industrie und die regulatorischen Behörden dafür ein, dass der Bioprozess genauer überwacht und verstanden wird. Auf Basis von Multivariate Datenanalyse (MVDA) und Sensorik mit modernen Prozessanalysetechniken, zwei PAT-Elemente, stellt die Methode der Spektroskopie zur Bioprozessüberwachung als geeignet dar. Die Arbeit behandelt die Evaluierung der MIR-, 2DF- und UV/VIS-Spektroskopie zur Überwachung eines Zellkultivierungsprozesses mit CHO-Zellen. Methoden aus der MVDA wurden stets verwendet. In erstem Teil der Arbeit wurde mit Hilfe der MIR- und 2DF- Spektroskopie fünf CPPs (Engl. critical process parameters) untersucht: Glucose-, Laktat- und Glutamin-Konzentrationen, sowie Gesamtzellzahl und Lebendzellzahl. Es konnte gezeigt werden, dass die beiden spektroskopischen Methoden parallel zu einander verschiedene Zielanalyten simultan detektieren können. In zweitem Teil der Arbeit wurde eine Methode zur gezielten Induktion von Apoptose in CHO-Zellen entwickelt. Es konnten mit der Methode Zellkulturen mit verschiedenem Anteil apoptotischer Zellen generiert werden. Die induzierte Apoptose wurde als ein neuer Prozessparameter im letzten Teil der Arbeit eingeführt. Die 2DF- und UV/VIS-Spektroskopie diente hierbei erfolgreich der Überwachung, um den Anteil apoptotischer Zellen sowie die Gesamtzellzahl im Bioreaktor zu detektieren.