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Simulation Das bringt Simulation im Bioprocess-Engineering

Autor / Redakteur: Ansgar Goeke / Anke Geipel-Kern

Zeit ist Geld – das gilt auch in der Bioprozesstechnik. Ein neues Simulationswerkzeug verspricht das Ende des Trial-and-Error-Verfahrens bei der Entwicklung biopharmazeutischer Produktionsprozesse.

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Simulationsverfahren können in der Biotechnologie die Prozessentwicklung verkürzen.
Simulationsverfahren können in der Biotechnologie die Prozessentwicklung verkürzen.
(Bild: Fotolia)

Jeder Tag, den sich die Einführung eines Medikamentes durch ein nicht ausgereiftes Produktionsverfahren verzögert, kostet bares Geld, denn die Patentuhr tickt vom Zeitpunkt der Erteilung an. Wie Simulationsverfahren die Entwicklung eines biopharmazeutischen Produktionsverfahrens beschleunigen können, zeigt eine Wissenschaftlergruppe an der Technischen Universität Dortmund am Beispiel eines Produktionsverfahrens für Taxane.

Aufreinigungsprozess steht im Vordergrund

Die Wissenschaftler setzen auf eine systematische Methodik, bei der die Bioprozessentwicklung durch den gezielten Einsatz von Heuristiken, Experimenten, Simulation und Optimierung erreicht wird. Der Dortmunder Ansatz zielt dabei vor allem auf die Entwicklung des Aufreinigungsprozesses, die sich in die folgenden Schritte gliedern lässt:

  • Definition des Aufreinigungsziels;
  • Analyse vorhandener Prozessbeschreibungen;
  • Theoretische Bestimmung von alternativen Aufreinigunsprozessen;
  • Experimentelle Überprüfung der Alternativen;
  • Simulation der resultierenden, erfolgversprechenden Alternativen;
  • Optimierung der verbliebenen Alternativen.

Die Entwicklung eines biotechnologischen Verfahrens zur Gewinnung des Krebswirkstoffs Taxan aus Pflanzenzellkulturen verdeutlicht dieses Vorgehen am Praxisbeispiel.

Der Taxan-Ausgangsstoff Baccatin III lässt sich aus entsprechend genetisch veränderten Pflanzenzellen in hoher extrazellularer Konzentration isolieren. Doch der anschließende Prozess der Aufreinigung verursacht hohen Aufwand und Kosten. Mithilfe der Simulations-Software INOSIM Professional sollte deshalb in einem Forschungsprojekt der TU Dortmund ein optimiertes Aufreinigungsverfahren gefunden werden.

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