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Modellgestützte Entwicklung der transienten Genexpression in Zellkulturen

Subject Area Biological Process Engineering
Term from 2008 to 2014
Project identifier Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 63551019
 
Final Report Year 2014

Final Report Abstract

Die Produktion von pharmazeutischen Proteinen mittels transienter Genexpression in Mammaliazellen ist von industrieller Bedeutung und stellt eine schnelle und effiziente Alternative zur herkömmlichen, langwierigen Etablierung von stabil exprimierenden Zelllinien dar. Für Suspensionszellkulturen liegen allerdings noch nicht genügend systematische und quantitative Untersuchungen hinsichtlich der Transfektionsmechanismen und -effizienz vor. Das Projekt „TransExpress“ („Modellgestützte Entwicklung der transienten Genexpression in Zellkulturen“) behandelt die systematische modellgestützte Untersuchung transienter Transfektionsvorgänge in Suspensions-Säugerzelllinien. Hierbei kommen dynamische, stochastische und räumlich aufgelöste Modellierungs-Methoden zum Einsatz, wobei insbesondere Aktivtransport, Zellmorphologie und Zellpopulation berücksichtigt werden. Zur Untersuchung zellzyklusspezifischer Parameter sind synchronisierte Kultivierungen notwendig, um den Einfluss einzelner Zellzyklus-Phasen identifizieren zu können. Dabei ist besonderes Augenmerk auf die valide Synchronisierung der Kultur gelegt worden, da bekannte und sehr häufig verwendete chemische Verfahren meist nicht zu tatsächlich synchronisierten Kulturen führen und auch physikalische Verfahren starke Artefakte erzeugen können, welche nachfolgende Messungen beeinträchtigen. An die mit hoher zeitlicher Auflösung (mindestens 4 Proben pro Zellzyklus) gewonnenen Daten kann das kombinierte populationsaufgelöste Modell angepasst und somit zellzyklusspezifische Parameter bestimmt werden. Im Rahmen des Projektes wurde für mehrere Säuger-Produktionszelllinien erfolgreich ein kombinierter experimenteller und nummerischer Ansatz etabliert, der folgende Vorgehensweise/Arbeiten beinhaltet: 1. Entwicklung einer Synchronisierungsmethodik mit hoher Zellausbeute, 2. Charakterisierung der Synchronisationsqualität, 3. Kultivierung im geregelten Bioreaktor (auch unter Hochzelldichtebedingungen), 4. numerische Anpassung zellzyklusspezifischer Parameter und Überprüfung der Anpassungssignifikanzeneines räumlich aufgelösten Modells. Diese Kombination ermöglicht erstmalig die systematische und modellgestützte Untersuchung und Optimierung dynamischer Prozessein variierend zusammengesetzten Suspensions-Säugerzellkulturen unter physiologischen, also produktionsrelevanten Bedingungen. Für transiente Transfektionsvorgänge in synchronisierten Kulturen zeigt sich eine deutliche Abhängigkeit der Transfektionseffizienz von der Phasenverteilung der Kultur zum Transfektionszeitpunkt. Der umgekehrte Einfluss des Transfektions- und Produktionsprozesses auf die Synchronität der Kultur kann außerdem gut modellbasiert vorhergesagt werden.

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