Research Areas

Despite all progress the development of fermentation processes with mammalian cells is to a large extend still based on empirical knowledge and historical experience. This is mainly due to missing qualitative and especially quantitative data and understanding of intracellular mechanisms under bioprocess conditions. Concomitantly there is an increasing economical and social interest in efficient processes for the production of biopharmaceuticals to ensure the supply of the public with modern, highly efficient and safe therapeutic and diagnostic proteins. In microbial research the combination of classical biotechnological methods with functional genomics and bioinformatics has led to substantial progress in the rational development of high performance production strains and optimized fermentation processes. Due to the much higher complexity of mammalian cells these technologies have not been applied in cell culture technology, although the potential of these methods has been shown in an increasing number of scientific publications.

In this context we are working on the development and optimization of functional genomics techniques and their application in bioprocess and cell line development.

This includes the sequencing of CHO cDNA (jointly with the University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna) and the development of a proprietary CHO microarray, as well as the generation of a CHO proteom 2D-master gel and data base for the differential analysis of process parameters on the cellular proteom. We have successfully used this approach to identify the reasons for the increase in cell-specific productivity in substrate limited perfusion culture. For intracellular metabolomics several methods have been developed for a rapid and gentle quenching of the cellular metabolism based on microstructure heat exchanger or on filtration. Rapid quenching is necessary to conserve the intracellular metabolic situation of cells in bioprocesses until analysis. This has been used to investigate the influence of process conditions on the central metabolism and on the glycosylation machinery of production cell lines.

 

 

In diesem Kontext hat sich unsere Gruppe in den vergangenen Jahren intensiv mit der Entwicklung und Anwendung von Methoden der funktionellen Genomforschung zur Untersuchung von Produktionszelllinien (CHO und human) unter Prozessbedingungen beschäftigt. Dazu gehören zum Beispiel die gemeinsam mit der Universität für Bodenkultur in Wien (Prof. N. Borth) durchgeführte CHO cDNA-Sequenzierung und die Entwicklung eines eigenen CHO-Microarrays, der es erlaubt Transkriptomanalysen zur Aufklärung des zellulären Verhaltens in Fermentationen zu untersuchen.

Auf Proteomebene erstellen wir eine CHO Proteinsequenzdatenbank, die in Kombination mit unserem CHO-Proteom-Mastergel eine differentielle Analyse des Proteoms von CHO-Zellen erlaubt. Damit gelang es uns, die molekularen Mechanismen der überraschenden Steigerung der zellspezifischen Produktivität in einem von uns entwickelten Glukose-limitierten Perfusionsverfahren aufzuklären.

Für die Quantifizierung intrazellulärer Metabolite konnten wir in den vergangenen Jahren mehrere Methoden zur schonenden schnellen Probenahme entwickeln, die ein rasches Quenching des zellulären Stoffwechsels zum ‚Einfrieren‘ der intrazellulären Situation in Produktionsprozessen erlauben. Diese Methoden wurden erfolgreich eingesetzt, um den Einfluss relevanter Prozessparameter auf den Zentralstoffwechsel und die Proteinglykosylierung von Produktionszelllinien zu untersuchen.

Im Aufbau befinden sich aktuell Aktivitäten zur gezielten Modifikation von Produktionszelllinien mittels siRNA zur Verbesserung der Wachstums- und Produktionseigenschaften der Zellen. Damit steht uns das gesamte Instrumentarium zur Verfügung, um fermentative pharmazeutische Produktionsprozesse auf zellulärer und molekularer Ebene zu verstehen und aus den Erkenntnissen abgeleitet, optimierte Kultivierungsverfahren und optimierte Zelllinien zu entwickeln.