Methoden zur Integration von Upstream und Downstream Processing für Biologics hinsichtlich Prozessentwicklung, Digital Twin und Process Analytical Technology
Martin Lukas Kornecki
Die hier präsentierte Integration von Upstream (USP) und Downstream Processing (DSP) zur Produktion von Biologics am Beispiel monoklonaler Antikörper evaluiert die Trennleistung des DSP anhand einer Charakterisierung der physikochemischen Eigenschaften der im DSP abzutrennenden Nebenkomponenten (NK). Während der Herstellung der rekombinanten Proteine mittels geeigneter Wirtszellen im USP werden eine hohe volumetrische Produktivität und Produktqualität entsprechend dem systematischen Ansatz der Prozessentwicklung Quality-by-Design (QbD) angestrebt. Hierbei sind erweiterte Prozesskontrollstrategien im USP notwendig, um die für die Wirtszellen nötigen Umgebungsbedingungen zu schaffen, konstant zu halten und die zuvor im DSP definierten, kritischen NK zu minimieren. Digitale Prozessmodelle in Kombination mit der Process Analytical Technology (PAT) Initiative werden prozessunterstützend eingesetzt, um erweiterte Kontrollstrategien zu implementieren.
Hierfür wurde die optische Dichte der Biosuspension durch den Einsatz einer Trübungssonde mit der viablen Zellzahlkonzentration korreliert. Die Anwendung der Raman-Spektroskopie führte zu einer Beschreibung der viablen Zellzahlkonzentration über die vollständige Prozesszeit. Die Kombination der online gemessenen Trübungsdaten mit einem makroskopisch kinetischen digitalen Prozessmodell führte zu einer Voraussage der offline gemessenen Glucose- und Lactatkonzentration während des diskontinuierlichen Betriebs der Kultivierung von Chinese Hamster Ovary Zellen.
Medienkomponenten und Prozessparameter im USP beeinflussen die Entstehung und Art der im DSP abzutrennenden NK. Hierfür wurden die physikochemischen Eigenschaften der NK und deren Abtrennbarkeit im Verlauf des DSP beschrieben, klassifiziert und quantitativ erfasst.
