Mehrfachanalysen von Bioreaktorprozessen nun in Echtzeit möglich
Fortschritte in der Gentechnik und auf dem Gebiet der synthetischen Biologie erfordern außerdem die Entwicklung von Kultivationen und Systemen für Bioreaktoren. Die schnelle durchsatzstarke Analyse und Überwachung mehrerer Reaktionsprozesse oder -produkte war bislang nur eingeschränkt möglich. Wissenschaftler riefen deshalb das EU-finanzierte Projekt "Nano- and microtechnology-based analytical devices for online measurements of bioprocesses" (NANOBE) ins Leben, um diese kritische Lücke aufzufüllen. Die NANOBE-Forscher wollten eine Plattform entwickeln, die aus mehreren Chip-Labor-Modulen zusammengesetzt ist, um die gleichzeitige Analyse zahlreicher Typen von Analyten durch In-situ-Erfassen und Probenahme von Bioreaktorinhalt zu ermöglichen. Analyten, an denen Interesse besteht, sind einzelne Zellen sowie intra- und extrazelluläre Komponenten wie Metaboliten, Proteine und Enzyme. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wählten als Testfall die Milchsäureherstellung durch die Hefe Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) aus. NANOBE realisierte auf dem Weg zum integrierten Plattform zahlreiche technische Lösungen, von denen jede auf ihre eigene Art bedeutend ist. Die Wissenschaftler lieferten einen Mikro-Massenspektrometer, die bereits vermarktet wird. Auch eine automatisierte Plattform für bedienerloses Testen auf das Vorhandensein ausgewählter Proteine (enzymgekoppelter Immunadsorptionstest, ELISA) wurde erstellt. Zur Entnahme und Handhabung kleiner Fluidmengen, zum Zählen und Sortieren von Zellen sowie zum Aufspalten von Zellen zum Zugreifen auf intrazelluläre Inhalte wurden neuartige Methoden entwickelt. Überdies entwickelte das Team zwei neuartige optische Sensoren, einen für pH-Werte und einen für gelöstes Kohlendioxid (CO2). Das breite Spektrum von Überwachungsinstrumenten und Technologien, die im Rahmen des NANOBE-Projekts entwickelt wurden, resultierte in einer Patentanmeldung, 19 Publikationen in von Experten begutachteten Zeitschriften und 15 Präsentationen auf Konferenzen. Auf Seiten der Endanwender wurde reges Interesse bekundet. NANOBE kombinierte die entwickelten Technologien und stellte einen in Echtzeit funktionierenden, integrierten, automatisierten Analyseplattform-Prototypen bereit, der aus einzelnen Chiplabor-Modulen zur Überwachung verschiedener Bioprozesse besteht. Weitere Tests und Untersuchungen zur Optimierung sind erforderlich, um die Robustheit zu steigern. Dennoch steckt schon in diesen Prototypen das Potenzial auf verkürzte Entwicklungszeit und gesenkte Kosten bei gleichzeitig erhöhter Produktqualität. Zahlreiche Sektoren, in denen Bioreaktoren zum Einsatz kommen, werden davon profitieren. Dazu zählen die Pharma-, Energie- und Chemieindustrie.
