Laboreinheit zum Screening von biologischen Lösungen und Zweiphasensystemen
Final Report Abstract
Mithilfe der Laboreinheit zum Screening von biologischen Lösungen und Zweiphasensystemen wurden umfangreiche Messungen zum Verteilungsverhalten von Proteinen in der wässrigen Zweiphasenextraktion, der Proteinkristallisation, sowie zum Screening von biopharmazeutischen Formulierungen durchgeführt. Hinsichtlich der wässrigen Zweiphasenextraktion wurde eine Methode entwickelt, die die automatisierte Vermessung der Phasenzusammensetzung (des flüssig-flüssig Gleichgewichtes) mit und ohne Protein erlaubt. Hierbei werden die wässrigen Zweiphasensysteme aus bis zu 10 verschiedenen Stammlösungen auf der integrierten Präzisionswaage eingewogen. Es wurde eine umfassende Klassifizierung der zu pipettierenden Lösungen vorgenommen, um das spezifische Pipettierverhalten (aufgrund unterschiedlicher Viskosität der zu pipettierenden Lösungen) zu berücksichtigen. Hierdurch ist ein genaues und reproduzierbares Pipettieren der eingesetzten Lösungen möglich. Es wurde eine Methode entwickelt, die eine vollständige Durchmischung (auch bei hochviskosen Lösungen), automatisierte Trennung mithilfe der integrierten Zentrifuge sowie eine nachgeschaltete automatisierte Analytik im Well-Plate Reader erlaubt. Auf Basis dieser Methode wurden umfangreiche Experimente zum Verteilungsverhalten von drei verschiedenen Proteinen (Immunoglobulin G, Humanserum Albumin [HSA], Rinderserumalbumin [BSA]) in der wässrigen Zweiphasenextraktion durchgeführt. Variiert wurden hierbei die Zusammensetzung des wässrigen Zweiphasensystems (Phasenbildner, pH) sowie die Temperatur. In einer Messreihe können drei Mikrotiterplatten mit jeweils 96 Kavitäten (Proben) simultan genutzt werden. Dies erlaubte die automatisierte Bestimmung von 96 Phasengleichgewichtspunkten bzw. 48 Verteilungskoeffizienten. Die hohe Anzahl an Datenpunkten war notwendig, um eine möglichst große Datenbasis zur Validierung von Modellierungsergebnissen bereitstellen zu können. Dies betrifft sowohl Phasendiagrammen wässriger Zweiphasensysteme sowie die Verteilungskoeffizienten von Proteinen in der wässrigen Zweiphasenextraktion. Darüber hinaus wurde Arbeiten zur Bestimmung der Proteinlöslichkeit in verschiedenen Systemen durchgeführt. Hierbei wurden neben den bereits genannten Proteinen auch noch Glukoseisomerase und Lysozym betrachtet. Ziel dieser Arbeiten war es, die Proteinlöslichkeit in Abhängigkeit unterschiedlicher Additive/Solute, Additiv-/Solutkonzentrationen und pH Bereiche zu untersuchen. Insgesamt konnten mehr als 10 verschiedene Additive/Solute bei unterschiedlicher Konzentration, pH Werten und Temperaturen untersucht werden. Die so erhaltenen Messdaten dienten zum einen der Parameteranpassung in neu entwickelten Modellen, wie auch der Validierung von Vorausberechnungen zur Proteinlöslichkeit. Aktuelle Forschungsaktivitäten unter Verwendung des Gerätes beschäftigen sich zusätzlich mit dem Design biopharmazeutischer Formulierungen. Hierbei wird der Einfluss einer Vielzahl von unterschiedlichen Formulierungsbedingungen auf die Langzeitstabilität der Formulierungen untersucht. Des Weiteren werden auch sogenannte „Stress-Tests“ durchgeführt, bei denen die Proteinformulierungen unterschiedlichen mechanischen Beanspruchungen (Zentrifugation, turbulenter Eintrag von Luftblasen) unterzogen werden.
Publications
- "Osmotic Virial Coefficients as Access to the Protein Partitioning in Aqueous Two-Phase Systems ", Journal of Pharmaceutical Sciences 2015, vol. 104, pp. 3703-37
Kress, Brandenbusch
(See online at https://doi.org/10.1002/jps.24602) - "Novel displacement agents for aqueous 2-phase extraction can be estimated based on hybrid shortcut calculations ", Journal of Pharmaceutical Sciences 2016, vol. 105, pp. 3030-3038d
Kress, Sadowski, Brandenbusch
(See online at https://doi.org/10.1016/j.xphs.2016.06.006) - "Protein partition coefficients can be estimated efficiently by hybrid shortcut calculations ", Journal of Biotechnology 2016, vol. 233, pp. 151-159
Kress, Sadowski, Brandenbusch
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2016.06.032) - "Solubilization of proteins in aqueous two-phase extraction through combinations of phase-formers and displacement agents ", European Journal of Pharmaceuticals and Biopharmaceuticals 2017, vol. 112, pp. 38-44
Kress, Sadowski, Brandenbusch
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ejpb.2016.11.016)
