Entwicklung eines Fed-Batch-Reaktors zur Analyse und Sensitivitätsbetrachtung von zellfreien Expressionssystemen in vitro

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Die in-vivo-Proteinherstellung in Säugetierzelllinien oder Mikroorganismen ist der Goldstandard für die industrielle Synthese biologischer Substanzen wie Medikamente oder Antikörper. Diese Methode hat jedoch Nachteile, die sich kosten- und zeitintensiv auswirken. Zellfreie in-vitro-Expressionssysteme bieten eine Lösung, indem sie nur die notwendigen Komponenten aus der Zelle extrahieren, um die Proteinproduktion zu ermöglichen. Dadurch kann die Proteinbiosynthese kontrolliert und selektiv außerhalb der Zelle durchgeführt werden. Der Autor dieser Dissertation konzentrierte sich auf die Entwicklung eines Reaktors für zellfreie Proteinsyntheseprozesse. Es entstand ein Prototyp mit einem Reaktionsvolumen von bis zu 50 ml und einem Verfahren zur blasenfreien Sauerstoffzufuhr. Zudem wurden verschiedene mathematische Modelle, wie zur Festkörperdiffusion von Sauerstoffmolekülen, sowie mehrere FEM-Simulationen zur Reaktorauslegung umgesetzt. Im Reaktor wurde eine starke Sauerstoffabhängigkeit des Reaktionsansatzes nachgewiesen, was auf aktive Atmungskettenenzyme im Zellextrakt hinweist. Diese Erkenntnisse führten zur Erstellung einer Studie für einen verbesserten Flussreaktor, der durch Simulationen auf optimale Geometrie ausgelegt wurde.