Zell-Kultivierung Zellrückhaltesysteme für Perfusionsprozesse

Redakteur: Anke Geipel-Kern

Perfusionsprozesse sind das Mittel der Wahl, wenn es gilt Therapeutika oder Vakzine kostengünstig innerhalb kürzester Zeit zu produzieren. Lesen Sie, wie Sie das richtige Zellrückhaltesystem finden.

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Funktionsprinzip eines Settlers (Bild: IUL)
Funktionsprinzip eines Settlers (Bild: IUL)

In Perfusionsprozessen werden Zellen in hohen Dichten in verhältnismäßig kleinen und so kostengünstigen Bioreaktorsystemen kultiviert. Perfusionssysteme benötigen jedoch Systeme zur Rückhaltung der Zellen, um verbrauchtes Medium möglichst zellfrei aus dem Reaktor abzuziehen. Das optimale Zellrückhaltesystem sollte eine hohe Perfusionskapazität mit einer hohen Zellrückhalte-Effizienz kombinieren. Außerdem sollte die Zellrückhaltung die Vitalität der Zellen möglichst wenig beeinflussen. Das System müsste robust und stabil laufen und, wenn extern am Reaktor angebracht, die zurückgehaltenen Zellen nur zu einer kurzen Verweilzeit zwingen. Außerdem sollte im Hinblickauf die industrielle Produktion eine sehr gute Skalierbarkeit gewährleistet sein.

Alle auf dem Markt verfügbaren Techniken der Zellrückhaltung funktionieren im kleinen Maßstab gut, allerdings gibt es hinsichtlich der Skalierbarkeit, der Funktionalität im großen Maßstab und der stressarmen Separation der Zellen erhebliche Unterschiede. Zu den wichtigsten und auf dem Markt verbreiteten Systemen zählen u.a. die Spinfilter, Settler, akustische Settler, Crossflow-Filtration, Zentrifugen und die „Alternierende Tangentiale Fluss Technik“ – kurz ATF-System genannt.

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Zentrifugen – gute Skalierbarkeit, aber Stress für die Zellen

Bei Perfusionsprozessen, die Zentrifugensysteme nutzen, wird zellhaltiges Medium aus dem Bioreaktor in eine Zentrifuge gepumpt, in der die Zellen abgetrennt und konzentriert zurück in den Bioreaktor geführt werden. Durch die gute Zellrückhaltung sind mittlere Zelldichten im Reaktor realisierbar und das System ist gut auf hohe Perfusionsraten skalierbar. Die Kosten für Anschaffung und Unterhalt sind allerdings im Verhältnis zu allen anderen Systemen höher.

Die Verweildauer der Zellen außerhalb des Bioreaktors kann bei Zentrifugensystemen bis zu zehn Minuten betragen, was maßgeblich die Vitalität der Zellen beeinflusst. Ebenso ist der Zentrifugationsschritt selbst aufgrund entstehender Scherkräfte vitalitätsschädigend für die Zellen.

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