Forschungsschwerpunkte der AG Zellkulturtechnik

Trotz aller Fortschritte ist die Entwicklung von Fermentations-prozessen mit Säugerzellen in vielen Bereichen immer noch ein empirischer, auf Erfahrungen basierender Prozess, da das qualitative, insbesondere aber das quantitative Verständnis für die intrazellulären Vorgänge sowie deren Regulation nach wie vor sehr lückenhaft ist. Gleichzeitig besteht vor dem Hintergrund des steigenden Kostendrucks im Gesund-heitswesen und des zunehmenden Wettbewerbs zwischen den pharmazeutischen Unternehmen (z.B. durch das Auslaufen des Patentschutzes einiger umsatzstarker Wirkstoffe und die Entwicklung von Biogenerika) ein hohes wirtschaftliches und gesellschaftliches Interesse an einer deutlichen Effizienzsteigerung in der Entwicklung und Herstellung pharmazeutischer Wirkstoffe mit tierischen Zelllinien.      
Die Verknüpfung klassisch biotechnologischer Methoden mit der funktionellen Genomanalyse und der Bioinformatik begann vor einigen Jahren in der mikrobiellen Biotechnologie und führte inzwischen zu deutlichen Fortschritten bei der rationalen Generierung von Hochleistungsstämmen und der zielgerichteten Entwicklung optimierter Fermentationsverfahren.       
Aufgrund der deutlich höheren Komplexität tierischer Zellen haben entsprechende Technologien in der Produktion pharmazeutischer Wirkstoffe mit tierischen Zelllinien bisher noch keine Verwendung gefunden, obwohl sich in einzelnen wissenschaftlichen Veröffentlichungen punktuell das Potential einiger der genannten Methoden abzeichnet.

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.