CellPAT - Neuartige Prozessanalytik-Technologie für Cell Stack-Kultivierungsumgebungen

Im Forschungsvorhaben CellPAT zielt die cetto Kunststoffverarbeitung GmbH im Verbund mit der essentim GmbH und der TU Dresden, Professur für Bioverfahrenstechnik, darauf ab, durch innovative technische Neuentwicklungen eine Integration von preiswerter reproduzierbarer potentiometrischer Sensorik in sterile, gestapelte Einweg-Zellkultivierungsgefäße mit wiederverwendbarer Ausleseeinheit zu ermöglichen.
Durch die neue Option, in jedem Kompartiment der gestapelten Kultivierungsgefäße online Messungen des Mediums durchzuführen, wird dem zukünftigen Anwender eine erheblich bessere Reproduzierbarkeit und Kultivierungsüberwachung zur Verfügung stehen. Dafür werden vorrangig sterile transparente Gefäße bestehend aus Polystyrol benötigt, welche funktionalisierte Elektroden für potentiometrische Messungen von wässrigen Analyten eingebettet haben. Um diese integrierten Elektroden auslesen und zusammen mit physikalischen Größen wie Temperatur korrigieren zu können, muss eine Auswerteeinheit andockbar sein. Diese muss zuverlässig und reproduzierbar die sich ausbildenden Potentiale der Elektroden zueinander messen und übertragen/bereitstellen, damit eine Analyse und eine Visualisierung der Daten dem Endnutzer zur Verfügung gestellt werden kann. Außerdem soll die Auswerteeinheit wiederverwertbar sein, um ein möglichst wettbewerbsfähiges Produkt anbieten zu können.
Für den Aufbau einer Vielzahl gleicher Sensorik in den verschiedenen Zellkulturen, wird ein einheitlicher Ansatz verfolgt. Mittels einer einzelnen Ausleseeinheit aller Sensoren ist gewährleistet, dass das angestrebte Produkt möglichst preiswert ist.

CellPAT concept — Abb. 1: Grobkonzept für die neuartigen sensorintegrierten Zellkultivierungsgefäße mit wiederverwendbarer Auswerteeinheit.

Um dieses Ziel zu erreichen, entwickelt die cetto Kunststoffverarbeitung GmbH in Zusammenarbeit mit der essentim GmbH und der TU Dresden, Professur für Bioverfahrenstechnik ein neuartiges sensorintegriertes Zellkultivierungsgefäß mit wiederverwendbarer Auswerteeinheit,
CellPAT – Process Analytics Technology for Cell Stacks/Production/Factory
für die wichtigsten wässrigen, durch Potentiometrie detektierbaren Analyten.
Dabei muss sichergestellt werden, dass sich die Sensorintegration nicht invasiv gegenüber Gefäßen ohne Sensorik verhält. Mit dieser neuartigen Sensorintegration wird es erst möglich, Parameter in gestapelten Zellkultivierungsgefäßen online zu erfassen und damit eventuelle Inhomogenität zwischen den Kompartimenten, sowie Temperaturgradienten entlang der Gefäßdimensionen zu detektieren. Dies sorgt für höhere Reproduzierbarkeit, detaillierte Analysemöglichkeiten, Einsparungspotential für Einweg-Gefäße in Testreihen und eine erhebliche Personalentlastung im Labor.
Durch eine modulare Integration dieser neuen potentiometrischen Sensorik in die bereits etablierte essentim-Technologie zur Umgebungsparameterüberwachung von Proben, wird mit dem späteren Produkt eine wesentliche Verbesserung der bislang verwendeten Kultivierungsgefäße erwartet.