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Contained Molecular Farming – Controllable Contained Systems for High Yield and Consistency

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Pflanzliche Proteinproduktion

Die pharmazeutische Proteinproduktion kämpft mit Problemen wie den hohen Kosten, einer inkonsistenten Produktqualität und dem geringen Ertrag. Erstmals hat sich ein EU-finanziertes Projekt auf die automatisierte pflanzliche Proteinproduktion als praktikable Option konzentriert.

Gesundheit

Im Rahmen von COMOFARM ("Contained molecular farming - Controllable contained systems for high yield and consistency") wurden verschiedene Pflanzenarten und vier pflanzenbasierte Systeme verglichen: Hydrokulturpflanzen, Wurzelkulturen, kultiviertes Moos sowie Zellsuspension bei Pflanzen. Im Mittelpunkt des Interesses standen die menschlichen Antikörper M12 sowie Varianten des Influenzavirus Hämagglutinin - sekretierte und membranintegrierte Formen. Eine vergleichende Analyse von Matrix-Plattformen und die Charakterisierung von Pflanzenarten zeigten, dass sich Tabakblätter und BY-2-Zellen als Plattformen für die Produktion rekombinanter Proteine eignen. Mit umfangreichen Tests konnten Ernährungs- und Bewegungsparameter sowie molekulare Faktoren optimiert werden, um Ertrag und Qualität konsequent zu steigern. COMOFARM entwickelte eine neuartige Technik zur Herstellung monoklonaler BY-2-Suspensionszelllinien unter Verwendung von fluoreszenzaktivierter Zellsortierung zur Auswahl von Klonen. Die Stapelparameter wurden für die Produktion von M12-Antikörpern in BY-2-Zellen optimiert. Interessanterweise waren Medien mit hoher Osmolarität wesentlich wichtiger für die Erhöhung der Rhizosekretion von M12-Antikörpern als der Nährstoffgehalt. Weitere wichtige Faktoren waren die Homogenität der Zell- und Gewebekulturen sowie die Auswahl der Spitzenproduzenten während der Pflanzenzüchtung. Mehrere automatisierte Überwachungs- und Wartungssysteme wie die DsRed-Fluoreszenz-Bildgebung, das Überwachungssystem der Atmungsaktivität (RAMOS) und das GROWSCREEN-Fluoro-System wurden beurteilt. Die RAMOS-Vorrichtung wurde erfolgreich für die Überwachung von BY-2-Zellsuspensionen und Mooskulturen optimiert und in Prototyp-Bioreaktoren integriert. Nachdem Qualität und Ertrag optimiert wurden, wurden die Verfahren für die Einhaltung guter Herstellungspraktiken und eine eventuelle Kommerzialisierung standardisiert. Die Upstream-M12-Produktion durch BY-2-Zellkulturen im 200-L OrbShaker im Pilotmaßstab zeigte eine gute Ausbeute mit einer 666-fachen Vergrößerung. Die Wissenschaftler erarbeiteten Strategien für Downstream-M12-Extraktion und -Reinigung aus Tabakpflanzen und BY-2-Zellen unter Verwendung eines Vier-Schritt- bzw. Drei-Schritt-Verfahrens. Die im 200-kg-Maßstab-Verfahren hergestellten M12-Antikörper zeigten gute Integrität, Reinheit und Sterilität. Die Projektaktivitäten wurden über die Projekt-Website, Veröffentlichungen, Vorträge, Präsentationen und Konferenzen verbreitet. Eine erfolgreiche Vermarktung dieser funktionsfähigen Prototypen könnte den Weg für eine kostengünstige automatisierte pflanzliche Produktion von Proteinen ebnen. Dies hat wichtige Auswirkungen für die Sektoren Gesundheit und Industrie sowie für die EU-Wirtschaft allgemein.

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