KMU-innovativ StrepTag-vermittelte Chromatographie an 3D-gedruckten Matrices (StrepTag3D)

Problemstellung
In der Medizintechnik und Pharmazie werden für bestimmte Behandlungen, beispielsweise für die Antikörpertherapien zur Behandlung von Krebs sowie für therapeutische Medikamente und biologische Produkte, wie Impfstoffe, bestimmte Zellen und Proteine benötigt. Diese sind bislang in einem aufwändigen Verfahren, der so genannten Affinitätschromatographie, aus einer Lösung verschiedener Stoffe, beispielsweise Blut, zu isolieren und aufzureinigen. Aktuell werden bei der Affinitätschromatographie Trennmedien, sogenannte Beads, in Säulen geschichtet. Diese Beads sind mit dem künstlichen Protein Strep-Tag so funktionalisiert, dass nur die gewünschten Stoffe eine Verbindung eingehen. Die Nutzung der Beads hat jedoch mehrere Nachteile: Sie sind sehr kostenintensiv und können den Durchfluss stoppen, da sie nicht druckstabil sind und sich bei großen Durchflussraten verdichten. Das Optimierungspotenzial besteht darin, die Säulen bestmöglich neu aufzubauen, „zu packen“, dass sich die angebundenen Stoffe leicht ablösen lassen und auswaschbar sind. Hier erscheint der 3D-Druck von Kunststoffsäulen eine geeignete Lösung.

Zielsetzung
Daher ist das Ziel des KMU-innovativ Projekts StrepTag3D die Entwicklung einer neuartigen Chromatographiesäule auf der Basis von biokompatiblen Polymeren, die mittels additivem 3-D-Druck in hohen Stückzahlen mit gleichzeitig verbesserten Eigenschaften, einem höheren Durchsatz und geringeren Kosten gefertigt werden.

Vorgehensweise
Zunächst gilt es, geeignete biokompatible Polymere zu identifizieren, die in den zu entwickelnden Prozessen und damit zur Herstellung der Säulen eingesetzt werden können. Anforderungen an die Kunststoffe sind, dass diese mittels 3D-Druck prozessstabil zu verarbeiten sind und die gedruckte Oberfläche anschließend durch eine Plasmabehandlung modifizierbar ist. Diese Behandlung erzeugt die Bindungsstellen, welche im weiteren Verlauf mit einem biochemischen Stoff, dem Strep-Tactin XT, funktionalisiert werden. Dies sorgt dafür, dass an den Säulen nur Stoffe gebunden werden, welche gewünscht sind. Zur Erhöhung der Effizienz der neuartigen Säulen werden verschiedene Geometrien der Matrix durch zielgerichtetes Design und Simulation mit Hilfe von KI evaluiert. Abschließend sind die Säulen zur Aufreinigung von Zellmaterial zu validieren.

Ergebnisse und Anwendungspotentzial
Die neuartige Technologie unterstützt und verbessert die Branche nachhaltig in der Diagnostik und Therapie der Onkologie, der Infektionsmedizin, der Transplantation und der Regenerativen Medizin. Die möglichen Anwendungen im Bereich der Behandlung von Autoimmunerkrankungen oder lebensbedrohlichen Virusinfektionen erweitern die Marktchancen erheblich. In diesem Zusammenhang steigt der Bedarf an neuen marktfähigen Produkten zur schonenden und effizienten Zellaufreinigung und damit zur Verbesserung des Gesundheitssektors.

• BellaSeno GmbH
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• IBA Lifesciences GmbH