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Karlsruhe Institut für Technologie

Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik

Teilinstitut IV: Molekulare Aufarbeitung von Bioprodukten

Fritz-Haber-Weg 2

76131 Karlsruhe

Tel: +49 721 608 42557
Fax: +49 721 608 46240

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Bioprinting und Labor Prototyping

Printing

Bei der Entwicklung und Optimierung von Prozessen und Prozessschritten ist es wichtig schnell und einfach neue Ideen um- und einsetzen zu können. Hierfür können Rapid Prototyping Techniken eingesetzt werden, die es erlauben, vom Entwurf bis zum einsatzbereiten Prototypen in wenigen Stunden zu gelangen. In der Arbeitsgruppe Hubbuch stehen hierfür verschiedene 3D Drucker (FDM und Stereolithography) zur Verfügung. Diese eröffnen eine neue Dimension in der Hochdurchsatz-Prozessentwicklung.

Darüber hinaus ist ein sogenannter 3D-Bioscaffolder im Einsatz, der es ermöglicht sowohl hochviskose Materialien als auch Biomoleküle auf technische Oberflächen zu drucken.

 

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Charakterisierung von Proteinlösungen

Protein Charakterisierung

Die genaue Charakterisierung von Proteinlösungen ist für eine optimale Prozessauslegung sowie Formulierungsentwicklung unabdingbar.  Ein kritischer Parameter in der Entwicklung von Biopharmazeutika ist die Löslichkeit des Moleküls während des Prozesses und die Langzeitstabilität der pharmazeutischen Formulierung. Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich deshalb intensiv mit der Untersuchung von Protein-Protein Wechselwirkungen, dem daraus resultierenden Phasenverhalten, der Vorhersagbarkeit des Phasenverhaltens und dessen Manipulation. Untersucht werden Modellproteine, pharmazeutisch relevante Moleküle wie beispielsweise Antikörper, unterschiedliche Enzymklassen, sowie Viren und virenähnliche Moleküle in ideal verdünnter Lösung sowie in hochkonzentrierten Formulierungen.

 

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Experimentelle Prozessentwicklung

Die biopharmazeutische Produktion basiert auf einer Vielzahl komplexer Prozesse mit hohem experimentellem Aufwand. Um den Regularien der Behörden (EMA, FDA, usw.) gerecht zu werden ist ein hohes Maß an Prozessverständnis und Optimierung erforderlich. Im Bereich der experimentellen Prozessentwicklung sind insbesondere Hochdurchsatzmethoden ein immer stärker werdendes Forschungsgebiet. Durch High-throughput Systeme (HTS) unter Verwendung von Pipettierrobotern können Entwicklungszeiten und Arbeitskosten durch Miniaturisierung, Parallelisierung und Automatisierung stark reduziert werden. Am Lehrstuhl werden HTS Methoden im Bereich der Produktbildung und mikrobiellen Zellkultivierung (Upstream Processing) als auch im Bereich der Aufarbeitung (Downstream Processing) verwendet. Beispiele für roboterbasierte Aufreinigungsverfahren beinhalten Präzipitationsscreenings, Charakterisierung wässriger Zweiphasensysteme sowie Chromatographie im Batch und Säulen Betrieb.

 

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Modellbasierte Prozessentwicklung

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Modellierung biomolekularer Systeme bietet die Möglichkeit, Verhalten von Proteinen auf Molekül- und Prozessebene besser zu verstehen. Wir beschäftigen uns mit zwei unterschiedlichen Ansätzen. Mit der Moleküldynamiksimulation (MD Simulation) können einzelne Proteine in ihrer atomaren Umgebung simuliert und deren Verhalten während diverser Aufreinigungsschritte vorhergesagt werden. Mit der mechanistischen Modellierung chromatographischer Systeme wird der Aufreinigungsprozess makroskopisch betrachtet. Transport, Bindung und Diffusion werden mit Differentialgleichungen beschrieben. Hiermit wird eine optimale Prozessauslegung ermöglicht.

 

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Prozesskontrolle

Process Control

In der Produktion von therapeutischen Proteinen ist eine effiziente Prozessüberwachung  für einen ökonomischen Prozess entscheidend. Die Gruppe Molekulare Aufarbeitung von Bioprodukten befasst sich mit dem Einsatz chemometrischer Methoden für die Überwachung von chromatographischen Prozessen zur Proteinaufreinigung. Wir forschen auf den Gebieten der Echtzeitprozessüberwachung mittels Spektroskopie, Echtzeitprozesskontrolle und der rückwirkenden Fehleranalyse.

 

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