Überwachung und Regelung von Hochzelldichtekultivierungen in der Influenza-Impfstoffproduktion

Das Thema dieser Arbeit war die Überwachung und Regelung von Hochzelldichtekultivierungen in der Influenza-Impfstoffproduktion. Adhärente Säugerzellen wurden in serumhaltigem und serumfreiem Medium bei Microcarrierkonzentrationen bis zu 12,5 [g/L] kultiviert. Infolge der hohen Zellkonzentration wurden Mediumwechselstrategien wie Perfusion und „repeated'' Fedbatch genutzt. Um den Bedarf an Medium zu minimieren wurde die Zufütterungsrate proportional zur lebenden Zellkonzentration (zell-spezifische Zufütterung) erhöht. Zur Untersuchung von Unterschieden in den spezifischen Virusausbeuten wurden basierend auf einem Monte-Carlo Ansatz Vertrauensbereiche berechnet. Damit konnte gezeigt werden, dass die spezifischen Virusausbeuten in Hochzelldichtekultivierungen auf einem vergleichbaren Niveau waren wie Kultivierungen bei niedriger Zellkonzentration. Im Durchschnitt wurden für zwei Virusvarianten von Influenza A/PR/8/34 (PR8-NIBSC und PR8-RKI) Ausbeuten von 2000 bzw. 6000 [Viren/Zelle] erzielt. Der höchste Absoluttiter für die Variante PR8-NIBSC (HA-Aktivität = 1778 [HAU/100 µL]) wurde in einer Kultivierung erreicht, in der die Zellen vor dem Erreichen der dichte-abhängigen Wachstumsinhibierung infiziert wurden. Es wurde deshalb angenommen, dass der physiologische Zustand der Zellen die spezifische Virusausbeute positiv beeinflusst.

Neben der experimentellen Arbeit war ein weiterer Schwerpunkt dieser Dissertation die Entwicklung und Verbesserung von mathematischen Modellen mit unterschiedlicher Komplexität, welche die Zellteilung, den Metabolismus und die Virusreplikation beschrieben. Die Simulationen der mathematischen Modelle wurden verglichen mit experimentellen Ergebnissen von Kultivierungen mit niedriger Zellkonzentration (2,0 [g/L] Microcarrierkonzentration) und Hochzelldichtekultivierungen. Die Zunahme der Zellkonzentration auf Microcarriern und der HA-Aktivität wurde für beide Fälle gut durch die Modelle wiedergegeben. Die Gültigkeit der Modellprognosen wurde gezeigt für veränderte Kultivierungsbedingungen.

Abschließend wurde das Konzept einer Prozessführungsstrategie zur Optimierung des Infektionszeitpunktes in der Influenza-Impfstoffproduktion vorgestellt. Zur Vermeidung der dichte-abhängigen Wachstumsinhibierung während der Impfstoffproduktion wird ein Infektionszeitpunkt auf der Basis der bekannten experimentellen Daten berechnet.