Implementierung einer kontinuierlichen Prozessführung zur Produktivitätssteigerung bei der Kultivierung tierischer Zellen

Abstract

Durch technologische Innovationen in der Prozessüberwachung und die Entwicklung von Single-Use Ausrüstung rücken kontinuierliche Kultivierungsprozesse zur Herstellung monoklonaler Antikörper (mAK) zunehmend in den Fokus der biopharmazeutischen Industrie. Daher existieren neben zahlreichen Design of Experiment (DoE) Ansätzen zur Produktivitätssteigerung im etablierten Fed Batch Betrieb vermehrt auch Transferprotokolle in Perfusionsprozesse, bei denen vielfach höhere Umsätze durch Hochzelldichte-Kultivierungen erreicht werden. Hierbei werden derzeit die Kapazitätsgrenzen der verwendeten membranbasierten Zellretentionssysteme im Hinblick auf die Trenneffizienz und die Produktausbeute erreicht, sodass der Bedarf nach neuen Methoden zur Zellabtrennung steigt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden mehrere Ansätze zur Produktivitätssteigerung einer CHO-Zelllinie untersucht. Eine Steigerung der zellspezifischen Produktivität um 8 % in einem etablierten Fed Batch Prozess wurde durch eine pH-Wert Erhöhung innerhalb der exponentiellen Wachstumsphase erreicht. Zusätzlich besteht ein nicht-linearer Zusammenhang zwischen der induzierten Produktivität und einer Zunahme des Zelldurchmessers. Die maximale Lebendzellzahl konnte außerdem durch eine semi-kontinuierliche Fütterungsstrategie um 3,1 Mio. Zellen/mL gesteigert werden. Im zweiten Ansatz wurde ein kontinuierlicher quasi-Steady State im Chemostaten bei 8 Mio. Zellen/mL mit einer mAK-Ausbeute von 0,2 g/L*Tag erreicht. Zusätzlich konnte eine reversible glucoseinduzierte Wachstumsinhibierung der Zellen bei > 8 g/L (+1 Tag) mit erhöhter spezifischer Produktivität detektiert werden. Für eine Steigerung der kontinuierlichen mAK-Ausbeute durch erhöhte Zelldichten wurde ein Perfusionsprozess mittels einer 3D-gedruckten Zellseparationsspirale im Hinblick auf die Trenneffizienz und die Stabilität der Zellretention evaluiert. Neben einer Designoptimierung wurde die Prozessstabilität durch die Implementierung einer automatischen Spülung und einer Flussratenüberwachung mit webbasierter Steuerung gesteigert. Die Langzeitstabilität des verwendeten Druckmaterials sowie die Scherstressbildung wurden in einem Perfusionsprozess > 500 h evaluiert.