Entwicklung eines Fed-Batch-Reaktors zur Analyse und Sensitivitätsbetrachtung von zellfreien Expressionssystemen in vitro

Die in-vivo-Proteinherstellung in Säugetierzelllinien oder in Mikroorganismen stellt heute den Goldstandard in der industriellen Synthese von biologischen Substanzen wie Medikamenten oder Antikörpern dar. Doch diese Art der Proteinerzeugung hat einige Nachteile, die sich kosten- und zeitintensiv auswirken. Viele dieser auftretenden Schwachstellen und Limitationen können durch den Einsatz von zellfreien in-vitro-Expressionssystemen umgangen werden. Bei dieser Methode werden nur die relevanten Komponenten aus der Zelle extrahiert, die zur Proteinherstellung benötigt werden. So ist es möglich, die gewünschten innerzellulären Prozesse aus den Zellen auszulagern und die Proteinbiosynthese kontrolliert und selektiv außerhalb der Zelle ablaufen zu lassen. Der Autor dieser Arbeit befasste sich im Rahmen seiner Dissertation mit der Reaktorentwicklung für zellfreie Proteinsyntheseprozesse. Dabei entstand ein Reaktorprototyp mit einem Reaktionsvolumen von bis zu 50 ml und ein Verfahren zum blasenfreien Eintrag von Sauerstoff ins Volumen. Weiterhin war es möglich, verschiedene mathematische Modelle, beispielsweise zur Festkörperdiffusion von Sauerstoffmolekülen, und mehrere FEM-Simulationen zur Reaktorauslegung zu verwirklichen. Im Reaktor ließen sich eine starke Sauerstoffabhängigkeit des Reaktionsansatzes und somit aktive Atmungskettenenzyme im Zellextrakt nachweisen. Mit den gewonnenen Erkenntnissen konnte abschließend eine Studie für einen verbesserten Flussreaktor erstellt und durch Simulationen auf optimale Geometrie ausgelegt werden.