Planung, Aufbau und Evaluation einer Membranadsorber-basierten Periodic-Counter-Current-Chromatographie (PCCC)-Anlage für die kontinuierliche Aufreinigung von Proteinen

Abstract

Obwohl Batch-Chromatographie viele Nachteile wie die ineffiziente Nutzung der Kapazität und hohe Leerlaufzeiten aufweist, überwiegt bisher der Einsatz im Vergleich zur kontinuierlichen Chromatographie. Vor allem unter dem Gesichtspunkt der hohen Prozesskosten im Bereich des Downstream Processings, würde der Einsatz von kontinuierlichen Methoden zu Produktivitätssteigerungen und damit zur Senkung der Prozesskosten führen. In dieser Arbeit wurde ein kontinuierliches Chromatographie-System entwickelt und nach dem Periodic-Counter-Current-Chromatographie (PCCC)-Prinzip in Betrieb genommen. Das System wurde für (Einweg-)Membranadsorber als Alternative zu Säulen ausgelegt und soll damit aufgrund des erhöhten konvektiven Massentransports zu weiteren Produktivitätssteigerungen führen. Zunächst wurde das System mit drei Membranadsorbern und schließlich mit vier Membranadsorbern zur Optimierung des Systems und Steigerung der Flexibilität betrieben. Durch das Beladungsprinzip der PCCC können die Membranadsorber über die dynamische Bindungskapazität hinaus beladen werden. Das führt z. B. zur besseren Kapazitätsnutzung, verringertem Pufferverbrauch und zur Steigerung der Raum-Zeit-Ausbeute. Im Rahmen dieser Arbeit wurden drei Applikationsbeispiele zur kontinuierlichen Aufreinigung mit dem PCCC-System untersucht: die Aufreinigung einer Candida antarctica Lipase B, einer Patchoulolsynthase und eines monoklonalen Antikörpers. Das System eignet sich vor allem für die Aufreinigung mittels Affinitätschromatographie, da hier das Prinzip der PCCC bestmöglich ausgenutzt wird. Für die drei Applikationsbeispiele wurden Produktivitätssteigerungen zwischen 20 und 50 % sowie eine Steigerung der Kapazitätsnutzung von 20 % erreicht. Generell kann jedoch keine pauschale Aussage über die zu erzielenden Steigerungen getroffen werden, sodass jeder Prozess individuell bewertet werden sollte.