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Nährmedien für die Zellkultur

Das richtige Rezept macht’s – Spezielle Transfektionsmedien für die transiente Expression

| Autor/ Redakteur: Dr. Frederik Walter* / Dr. Ilka Ottleben

Chemisch definierte Hochleistungsnährmedien nehmen eine entscheidende Rolle bei der effizienten Produktion von Biopharmazeutika und diagnostischen Proteinen mithilfe von Zellkulturen ein. Die besten Ergebnisse werden mit Medien erzielt, die nicht nur speziell auf den jeweiligen Zelltyp, sondern auch auf den jeweiligen Prozess zugeschnitten sind. Das gilt auch für Transfektionsmedien für die transiente Expression.

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Abb. 1: Tierische und humane Zelllinien kommen vielfach in der biopharmazeutischen Forschung und Entwicklung zum Ensatz.
Abb. 1: Tierische und humane Zelllinien kommen vielfach in der biopharmazeutischen Forschung und Entwicklung zum Ensatz.
( Bild: Xell )

Bei der Herstellung pharmazeutischer und diagnostischer Proteine werden überwiegend tierische und humane Zelllinien verwendet. Nur diese gewährleisten eine korrekte Faltung und posttranslationale Modifikation der komplexen Moleküle. Diese wiederum sind für die Aktivität und pharmakologischen Eigenschaften von entscheidender Bedeutung. Im industriellen Umfeld werden verschiedene Zelltypen verwendet, unter denen die CHO (Chinese hamster ovary) und HEK (human embryonic kidney) Systeme zu den wichtigsten zählen.

Da die einzelnen Zelltypen aus verschiedenen Organismen und Geweben isoliert wurden, unterscheiden sie sich teils erheblich in ihren Eigenschaften. Ebenso stellen sie individuelle Anforderungen an die Kultivierungsbedingungen, insbesondere an die Zusammensetzung der Nährmedien. Um ein schnelles, robustes Wachstum und hohe Produktausbeuten zu erreichen, müssen die Zellen effizient mit den richtigen Nährstoffen versorgt werden. Tierische Zellen stellen dabei deutlich umfassendere Ansprüche an ein Nährmedium als industriell relevante Mikroorganismen und Pilze. Neben Zuckern und Salzen, essenziellen und semi-essenziellen Aminosäuren, sowie (Pro-)Vitaminen benötigen sie für ein optimales Wachstum unter anderem ggf. Wachstumsfaktoren, protektive Agenzien oder, im Falle adhärent wachsender Zellen, zusätzliche Faktoren zur Anheftung.

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Nährmedien für die Zellkultur – Wissen was drin ist

Dank intensiver Forschung und rationaler Ansätze bei der Entwicklung sind moderne Medien für die biopharmazeutische Produktion heute chemisch definiert und frei von jeglichen Komponenten tierischen Ursprungs. Das macht Produktionsprozesse bedeutend sicherer und reproduzier­barer.

Die Medien enthalten nur das, was absolut notwendig ist und sind nicht nur individuell auf die Bedürfnisse des jeweiligen Zelltyps, sondern idealerweise auch optimal an den entsprechenden Produktionsprozess angepasst. Darüber hinaus sind sie als Flüssig- oder Pulverprodukt verfügbar.

Bielefelder Erfolgsrezept

Ein Beispiel für die erfolgreiche Entwicklung von modernen Nährmedien „made in Germany“ ist das Unternehmen Xell aus Bielefeld. Durch einen innovativen Ansatz, kombiniert mit dem Know-how und der langjährigen Erfahrung der Mitarbeiter in der Entwicklung und Formulierung von Medien für die Zellkultur, hat sich das Unternehmen seit seiner Gründung im Jahr 2009 als ein kompetenter und verlässlicher Partner für die biopharmazeutische Industrie etabliert. Grundlage für die wissensbasierte Entwicklung neuer, verbesserter Medien ist eine proprietäre Datenbank, die dank interner Forschungsprojekte kontinuierlich erweitert wird. In Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen sowie renommierten Chemieunternehmen sucht Xell stets nach neuen Einsatzstoffen und Methoden zur weiteren Verbesserung der Medienrezepturen. So wird unter anderem an der Erhöhung der Bioverfügbarkeit einzelner Nährstoffe und somit an ihrer verbesserten Aufnahme und Verwertung durch die Zellen gearbeitet. In diesem Zusammenhang wird in Kooperation mit der Universität Jena beispielsweise die Nanoverkapselung von Inhaltsstoffen untersucht.

Des Weiteren greift das Bielefelder Unternehmen intern auf eine breit aufgestellte Analytik zurück, um so flexibel und unabhängig die eigene Entwicklung zu unterstützen und zum Beispiel etwaige Limitierungen in Formulierungen zu identifizieren.

Einfach transient exprimieren

Für die verhältnismäßig schnelle Produktion kleinerer Proteinmengen, wie sie für Forschungszwecke oder klinische Studien benötigt werden, aber auch bei der Herstellung von viralen Impfstoffen oder viralen Vektoren für die Gentherapie, werden überwiegend transiente Expressionssysteme verwendet. Insbesondere werden dabei HEK-293- und in zunehmendem Maße auch CHO-Zellen zunächst expandiert, bevor sie transfiziert bzw. infiziert und schließlich zum Zweck der Produktbildung weiter kultiviert werden. Für eine hohe Produktivität wird dabei eine möglichst vollständige Transfektion aller Zellen angestrebt.

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