Kernbiologische Vorteile
1. Ultra-hohe Zelldichte:
Erreicht 10⁷–10⁸ Zellen/mL, das ist 100–1.000-mal höher als bei Rollflaschen und führt zu einer deutlichen Steigerung der Ausbeute an Virusimpfstoffen und rekombinanten Proteinen.
2. Optimierung der Impfstoffproduktion:
Speziell für Vero- und MDCK-Zellen entwickelt, die in der Impfstoffherstellung üblich sind. Die Kontrolle der Mikroträger-Sedimentation gewährleistet eine gleichmäßige Suspension und verhindert Wachstumsheterogenität bei der Skalierung.
3. Hervorragende Skalierbarkeit:
Validiert bis zu 5.000 L – einer der größten Anhaftungskultur-Plattformen in der Biopharma-Industrie. Durch segmentierte Flüssigkeitszugabestrategien und Optimierung der Rührung wird die Sedimentation von Mikroträgern während der Skalierung reduziert, um die Prozesskonsistenz sicherzustellen.
4. Verbesserte Stoff- und Wärmeübertragung:
Das Sechs-Flügel-Rührorgan plus Leitblech-Design verbessert die Durchmischung und die Sauerstoffübertragungseffizienz und erhöht den kLa-Wert um 30–40 %, um hohe metabolische Anforderungen zu erfüllen.
5. Verbesserte Produktexpression auf Mikroträgern:
Viele Zelllinien weisen deutlich höhere Produktivität bei adhärentem Wachstum auf. So produzieren CHO-Zellen auf Mikroträgern 12–27-mal mehr monoklonalen Antikörper als in Suspensionskultur.
6. Chargenkonstanz und Datenmanagement:
Unterstützt den Vergleich von Mehrfachchargen sowie die automatisierte Ausführung einer „Referenzcharge“. Die Zelldichte-Varianz zwischen den Chargen bleibt innerhalb von ±8 %.
7. Umgebung mit geringer Scherspannung:
Die Rührdrehzahl (20–200 U/min) in Kombination mit dem Rührorgan-/Leitblech-Design hält die Scherspannung bei ≤50 dyn/cm², wodurch eine ausgewogene Aufhängung der Mikroträger und gleichzeitig ein optimaler Zellschutz gewährleistet werden.
Anwendungen 1. Herstellung viraler Impfstoffe:
Ideale Plattform für die großtechnische Produktion von Impfstoffen gegen Poliomyelitis, Influenza und SARS-CoV-2. Während der Pandemie wurde das System erfolgreich für die Herstellung von mRNA-Impfstoffen eingesetzt, wobei eine einzelne Charge Millionen von Impfdosen lieferte.
2. Vermehrung mesenchymaler Stammzellen (MSC):
In einer 1-L-Kultur mit Cytodex-1-Mikroträgern werden innerhalb von 3 Tagen 7 × 10⁸ MSCs erreicht. Im Vergleich zu Rollflaschen wird die belegte Fläche um 90 % reduziert und die volumetrische Zellausbeute um das 4,67-Fache gesteigert.
3. Entwicklung von Zelltherapien:
Geeignet für CAR-T-Zellen, induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) sowie andere fortgeschrittene therapeutische Arzneimittel (ATMPs); nutzt Mikroträger, um ausgedehnte Wachstumsflächen bereitzustellen und die Zellproduktion für die personalisierte Medizin zu steigern.
4. Biokatalyse und Abwasserbehandlung:
Ermöglicht die Immobilisierung von Mikroorganismen in hoher Dichte auf Mikroträgern, um die biokatalytische Effizienz sowie den biologischen Abbau von Abwasser zu verbessern; anwendbar in Umwelt- und Bioenergiesektoren.
Empfehlungen zur Prozessoptimierung
1. Vorbehandlung der Mikroträger:
Mikroträger in PBS equilibrieren und sterilisieren. Beladung mit 2–5 g/L. Während der Vorbereitung einen stabilen pH-Wert (7,2–7,4) und eine konstante Temperatur (37 °C) einhalten, um Aggregation oder Absinken zu vermeiden.
2. Aussaat und Anheftung der Zellen:
Anfängliche Aussaatdichte: 1,5 × 10⁵ Zellen/mL
Nach der Inokulation statische Inkubation für 30 Minuten, um den Kontakt zwischen Zellen und Mikroträgern zu fördern
Während der Anheftungsphase Agitation mit 39 U/min aufrechterhalten, um die Träger in Suspension zu halten und gleichzeitig die Scherbelastung auf neu angeheftete Zellen zu minimieren
3. DO- und pH-Regelungsstrategie:
DO > 40 % und pH 7,2–7,4 aufrechterhalten
Zweimodige DO-Regelung anwenden:
Anheftungsphase: DO > 50 % zur Unterstützung der Adhäsion
Wachstumsphase: DO dynamisch an den metabolischen Bedarf anpassen (30–50 %), um die Produktexpression zu verbessern
4. Kulturüberwachung:
Echtzeitüberwachung von Temperatur, pH und DO mittels Dual-PID-Regelung. Regelmäßige Bestimmung von Glukose, Laktat und anderen Metaboliten zur Optimierung der Zuführstrategien.
5. Skalierungsstrategie:
Bewältigung des Risikos der Abscheidung von Mikroträgern durch:
Segmentierte Flüssigkeitszugabe (jeweils 1/3 des Volumens alle 5 Tage)
Abstufung der Rührdrehzahl (z. B. von 30 U/min auf 25 U/min)
Begrenzung der Mikroträgerkonzentration auf ≤ 5 g/L, um eine unzureichende Durchmischung und erhöhte Scherbelastung zu vermeiden
6. Optimierung der Ernte:
Adhärente Zellen lassen sich aufgrund ihrer Oberflächenfixierung leicht ernten. Das alte Medium kann dekantiert, anschließend gewaschen und frisches Medium zugegeben werden. Bei Mikroträgersystemen wird die Lyse mit Triton X-100 in Kombination mit einer Zellzählung zur Gewährleistung einer effizienten Rückgewinnung eingesetzt (Variationskoeffizient ≤ 5,17 %).
7. Optimierung der Virusimpfstoffproduktion:
Inokulation des Virussamens bei maximaler Zelldichte (10⁷–10⁸ Zellen/mL)
Temperaturwechsel in den für das Virus optimierten Bereich (typischerweise 33–37 °C)
Anwendung einer Strategie mit niedriger Aussaatdichte und hoher Expansionsdichte, um die Virusausbeute zu maximieren
