Bibliographic Metadata

Title
Mikropartikelextraktion - Prozesscharakterisierung und Optimierung
Additional Titles
Microparticle-induced cell extraction - Process characterization and optimization
AuthorLeonhardt, Stefan Karl
CensorMaurer, Michael
Published2017
Date of SubmissionOctober 2017
LanguageGerman
Document typeMaster Thesis
Keywords (DE)Mikropartikel / Extraktion / E. coli / Downstream / Capture / Zellaufschluss / Homogenisation / Rekombinante Proteine
Keywords (EN)Microparticles / Extraction / E. coli / Product capture / Cell rupture / Downstream processing / Homogenization / recombinant proteins
Restriction-Information
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Classification
Abstract (German)

Seit 2015 werden geladene Mikropartikel erfolgreich zur Extraktion rekombinanter Proteine aus E. coli eingesetzt und stellen eine vielversprechende Alternative zur Hochdruckhomogenisation dar.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Prozesscharakterisierung weiterzuführen und damit die Implementierung der Technologie zu unterstützen. Das Hauptaugenmerk lag auf der Identifikation von maßgebenden Partikeleigenschaften wie Ligandentyp oder Ladungsdichte. Zu diesem Zweck wurde eine Auswahl an kommerziell erhältlichen Ionenaustauschharzen zu Mikropartikeln verarbeitet und getestet. Die Extrakte wurden hinsichtlich Ausbeute, Extraktionskinetik und Reinheit untersucht. Letzteres impliziert in diesem Fall auch die Abwesenheit von Partikeln. Daher war die Etablierung einer Nachweismethode für Partikel in wässrigen Lösungen von größter Bedeutung für diese Arbeit. Mit dieser sollten letztlich Produktlösungen als partikelfrei verifiziert werden.

Die Resultate haben gezeigt, dass stärker basische Liganden bessere Extraktionsergebnisse hervorbringen.

Sowohl UV-Photometrie als auch Dynamische Lichtstreuungsmessung wurden erfolgreich zur Detektion von Partikeln eingesetzt. Allerdings erreichte keine der beiden Methoden die Sensitivität welche für den Nachweis von partikelfreien Lösungen benötigt wird. Künftig sollte der Einsatz von sensitiveren Methoden wie QTrap Massenspektrometrie erwogen werden.

Mit der Mikropartikelextraktion konnten Ausbeuten und Reinheiten erreicht werden, die mit denen konventioneller Prozesse vergleichbar sind. Gleichzeitig kann der Prozess mit einfacher Ausrüstung und preiswerten Verbrauchsmaterialien umgesetzt werden, womit er eine kostengünstige und zeiteffiziente Alternative zum Zellaufschluss mit anschließender Chromatographie darstellen könnte.

Abstract (English)

Since 2015 microparticles have been applied successfully as an alternative to high pressure homogenization for the extraction of soluble recombinant proteins from E. coli.

The current work aimed to advance process characterization and to consequently support the implementation of the technology. The focus lay on the identification of influential particle attributes such as ligand type and charge density. Therefore a range of commercially available ion exchange resins has been tested. Extracts were analyzed regarding recovery, extraction kinetics and purity. Product purity also implies the absence of microparticles. Accordingly, it was attempted to establish an analytical method for particle detection in aqueous suspensions. The technique was intended to verify particle-free product solutions.

It was found that particles with stronger basic ligands yield superior extraction results.

UV photometry and dynamic light scattering were used successfully for particle detection. However, both methods lacked the sensitivity required to verify particle-free product solutions. More sensitive analytics like QTrap mass spectrometry should be considered going forward.

Compared to conventional downstream processing with high pressure homogenization and capture chromatography, protein extraction with microparticles yielded similar results regarding recovery and purity. The process is employable with common equipment and cheap material. Eventually, it could be a cost and time efficient alternative to cell rupture and capture chromatography.