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Titelaufnahme

Titel
Controlled physiological dynamics for quantification of physiological capacities and influencing inclusion body properties & the specific product titer / submitted by: Markus Brillmann
VerfasserBrillmann, Markus
Betreuer / BetreuerinHerwig, Chrisoph ; Reichelt, Wieland Norbert
ErschienenVienna, 2016
Umfang61 Blätter : Diagramme
HochschulschriftUniversität für Bodenkultur Wien, Univ., Masterarbeit, 2016
Anmerkung
Mit deutscher Zusammenfassung
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)physiologische Prozesskontrolle, Quantifizierung physiologischer Kapazitäten, Oszillationen der spezifischen Substrataufnahmerate qs, dynamische Bioprozesskontrolle, Beeinflussung von Inclusion Body Eigenschaften
Schlagwörter (EN)physiological process control, quantification of physiological capacities, dynamic bioprocess control, oscillations in specific substrate uptake rate qs, influencing inclusion body properties
Schlagwörter (GND)Rekombinantes Protein / Schwingung / Physiologie
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-20478 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
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Controlled physiological dynamics for quantification of physiological capacities and influencing inclusion body properties & the specific product titer [4.52 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Technologische Fortschritte der letzten Jahre im Bereich der Herstellung pharmazeutischer Produkte in Bioprozessen führten dazu dass die Effizienz der Prozesse welche direkt der Stoffumwandlung dienen (upstream processing, USP) die Effizienz der nachgeschalteten Aufreinigungsprozesse (downstream processing, DSP) überstieg. Diese Diplomarbeit arbeitet an dieser Schnittstelle zwischen USP und DSP. Im Zuge dieser Arbeit wurde der Einfluss von kontrollierten dynamischen Änderungen in der Physiologie auf Produkteigenschaften und den spezifischen Produkttiter eines rekombinanten Proteins, produziert in Escherichia coli untersucht. In diesem Prozess war das Produkt in Form von intrazellulären Proteinaggregaten, sogenannten inclusion bodies (IB) vor welche im DSP zunächst aufgelöst und anschließend in die native Konformation gebracht werden (solubulization & refolding). Zu den untersuchten Produkteigenschaften zählten folglich die Kinetik und Ausbeute des Auflösungsprozesses. Weiters wurde die Reinheit der IBs, als auch der spezifische Produkttiter untersucht. Die dynamischen Änderungen wurden anhand von Oszillationen der spezifischen Substrataufnahmerate (qs) nach Induktion ausgeführt. Mit Hilfe der Oszillationen sollte auch die Abnahme physiologischer Maxima über die Induktionszeit untersucht werden. Die Effekte der Oszillationen wurden mit Hilfe statistischer Versuchsplanung untersucht (design of experiment). Es wurde eine negative Korrelation zwischen der qs Amplitude und der Kinetik des Auflösungsprozesses der IBs und eine negative Korrelation zwischen qs mean und dem spezifischen Produkttiter gezeigt. Diese Korrelationen können einerseits genutzt werden um die Kinetik der IB solubilization bereits im USP zu beeinflussen und andererseits einen möglichst hohen spezifischen Produkttiter zu erzielen. Zusätzlich wurde die Abnahme der maximalen spezifischen Substrataufnahmerate ohne Substratakkumulation und Metabolitbildung (qs crit) über die Induktionszeit quantifiziert.

Zusammenfassung (Englisch)

A bottleneck of downstream process efficiency in bioprocesses for production of pharmaceuticals was evoked by the established approach of separating up- and downstream development in pharmaceutical industry. This bottleneck could be targeted using an integrated approach to bioprocess development aiming for an overall efficiency increase of protein production processes in pharmaceutical industry. In this context, this work attempted to bridge the gap between USP and DSP development by trying to affect product attributes and the specific product titer by imposing controlled dynamic physiological changes in USP. For this purpose a recombinant protein production process using Escherichia coli (E. coli) as a host with a product in form of intracellular protein aggregates, so called inclusion bodies (IB) was used. The effect of the dynamics on the IB properties namely solubility and purity of the IBs as well as the specific product titer was investigated. Regarding the controlled physiological dynamics, controlled oscillations in the specific substrate uptake rate qs were carried out. The oscillations were described by their qs mean, qs amplitude and the frequency of the feed rate changes. These descriptors of the oscillations were used as factors in a 2 level full factorial design of experiment (DoE). The specific product titer, together with the solubility kinetics, the solubilisation yield and the IB purity were responses of this DoE. A correlation of the solubilisation kinetics and the amplitude of qs oscillations was shown within this thesis. This finding implies a possibility to affect the IB solubility kinetics already in USP. Furthermore the qs mean of the oscillations negatively affected the specific product titer. A decline in maximal physiological capacity without metabolite formation (qs crit) over time after induction was quantified. In respect of this a significant correlation between the decline in qs crit and the qs mean of the culture was shown.