Herstellung zelleigener Produkte mittels Escherichia coli in unterschiedlichen Bioreaktorsystemen

Abstract

Polysialinsäure (PolySia) ist eine homopolymere Zuckersäure und ein vielversprechendes Molekül für unterschiedliche medizinische Anwendungen. Das Polymer ist ein potentielles Arzneimittel gegen entzündungsbedingte neurodegenerative Erkrankungen (z.B. altersbedingte Makuladegeneration) und andere chronische entzündungsbedingte Erkrankungen. In der vorliegenden Arbeit ist ein kompletter Produktionsprozess für humanidentische α-(2,8)-verknüpfte PolySia unter Verwendung in GMP-Umgebungen akzeptierter single-use Prozesselemente gezeigt. Die Kultivierung erfolgte in einem welleninduziert durchmischten Einweg-Beutel-Reaktor und vergleichend in einem Edelstahlrührkesselreaktor bis zu einem Volumen von 30 Litern. Die schonende welleninduzierte Durchmischung hatte keinen Einfluss auf die PolySia-Ablösung von der Zelloberfläche, 54 ± 7 % der PolySia lag im Kulturüberstand vor (Konzentration: 300,9 ± 19,8 mg/L). Durch einen fed-batch-Prozess konnte die PolySia-Konzentration im Einweg-Beutel-Reaktor auf bis zu 1,05 g/L gesteigert werden. Nach dem Aufreinigungsprozess lag die PolySia langkettig (Polymerisationgrad: 90 – 100 DP) und hoch rein vor (keine Protein- und DNA-Verunreinigungen nachweisbar, Endotoxingehalt < 3 EU/mg). Aus einer 10 L-batch-Kultivierung konnte mit dem entwickelten Prozess etwa 1 g reine PolySia gewonnen werden, dies entspricht einer Ausbeute von 29 ± 7 %. Kurzkettige PolySia für spezielle Anwendungen konnte durch eine thermische Hydrolyse gewonnen werden.