Titelaufnahme

Verglichen mit dem rasanten Fortschreiten in den molekularbiologischen Wissenschaften während der letzten Jahrzehnte, konnten die Entwicklungen, der in der industriellen Praxis verwendeten Fermentations- und Downstream-Techniken, bei weitem nicht mithalten. Daraus ergibt sich ein Ungleichgewicht zwischen neuen biologischen Systemen und den industriellen Produktionstechnologien, was zu einer fortwährenden Abnahme der jährlichen Neuanmeldungen von Produktionsprozessen für Biologics führt. In ihrer PAT-Initiative (PAT = Process Analytical Technology) benennt die für die Zulassung von Pharmaprodukten zuständige US-amerikanische Aufsichtsbehörde FDA die Problempunkte, welche verbessert werden müssen, und fordert die Hersteller gleichzeitig auf in wissenschaftlich basierte Ansätze zur Problemlösung zu investieren. Diese Doktorarbeit zeigt am Beispiel der rekombinanten Proteinproduktion mit Escherichia coli - Bakterien verschiedene bioverfahrenstechnische Ansätze, wie diesen Forderungen nachgekommen werden kann. Konkret werden robuste Prozessführungsstrategien vorgestellt, die, mit entsprechenden Überwachungs- und Regelungsalgorithmen ausgestattet, reproduzierbare Prozessverläufe garantieren und damit die Gesamtqualität des Produktionsverfahrens signifikant steigern.

Compared to the immense achievements in fundamental molecular biological sciences, the improvements in the fermentation and downstream processing technologies used in industry have been less spectacular over the last decade. Hence, there is a misbalance between new cellular systems and production technologies, resulting in a decreasing annual rate of approvals for protein manufacturing processes. In its process analytical technology (PAT) initiative, the U.S. Food and Drug Administration identified the issues that must be improved to compensate for this development and forces manufactures towards a more scientific approach of solving the problems. In this doctoral dissertation, methods of bioprocess engineering science have been used to meet the demands. Recombinant protein production processes, where Escherichia coli were used as host cells, are taken as a concrete example. Concretely, a design strategy for improved robust process operational procedures was developed that can be tightly supervised and automatically controlled.