Herausforderungen herkömmlicher adhärenter Zellkultursysteme
Einwegbehälter aus Erdöl-basierten Kunststoffen, wie T-Flaschen oder Mehrfach-Tray-Behälter, sind die vorherrschenden Systeme für adhärente Zellkulturen. Der begrenzte Sauerstoff- und Nährstoffaustausch in diesen Systemen, die arbeitsintensiven Verfahren mit häufigem Medienaustausch und die hohen CO2-Emissionen bei der Herstellung von Kunststoffprodukten auf Basis fossiler Brennstoffe sind jedoch wesentliche Nachteile der derzeitigen Systeme. Je nach Zellkultur und Produktionsumfang werden viele schwere, sperrige Behälter verwendet. Diese bestehenden Systeme verringern die Effizienz in der Laborpraxis und nehmen viel wertvollen Platz im Labor ein, was die Entwicklung und Produktion innovativer Therapien unvermeidlich verlangsamt.
„Das neuartige Zellkulturgefäß kombiniert innovative Strukturen und pflanzlichen Kunststoff, um Zellkulturprozesse zu vereinfachen und die ökologische Nachhaltigkeit zu verbessern.“
Steigerung der Produktionseffizienz
Das Green Elephant CellScrew™-Zellkultursystem bewältigt gleichzeitig Herausforderungen hinsichtlich der Prozesseffizienz und der Umweltbelastung, die mit bestehenden adhärenten Zellkultursystemen verbunden sind, und legt dabei den Schwerpunkt auf die Zellkultivierungsbedingungen.
Die aus konzentrischen Zylindern bestehende Innengeometrie bietet eine außergewöhnlich große Wachstumsfläche für adhärente Zellen – der CellScrew™ 10K bietet eine Wachstumsfläche von 10.000 cm² und wiegt nur etwa 850 g, sodass ein CellScrew™ 10K 133 T-75-Flaschen oder 12 Rollflaschen ersetzen kann. Darüber hinaus ist der CellScrew™ ein kompaktes und einfach zu handhabendes System, das den manuellen Arbeitsaufwand reduziert und die Produktionseffizienz verbessert.
Ideale Kultivierungsbedingungen für adhärente Zellen
Die vorherrschenden Behälter für adhärente Zellkulturen sind statische Systeme, die einen konsistenten Gas- und Nährstoffaustausch einschränken. Alternative Methoden mit Schaukelvorrichtungen oder Schüttlern bergen das Risiko, dass die Zellen hohen Scherkräften ausgesetzt werden. Der CellScrew™ integriert Archimedes-Schrauben, um das Medium bei Drehung auf einer Flaschenrollvorrichtung durch die Flasche zu transportieren, was eine hervorragende Durchmischung des Mediums und einen gründlichen Gasaustausch bei gleichzeitig geringen Scherkräften ermöglicht. Als zusätzlicher Vorteil haben Experimente gezeigt, dass die Trypsin-Konzentration um etwa 66 Prozent reduziert werden kann, ohne die Ernteeffizienz zu beeinträchtigen.
Abbildung 1. Green Elephant CellScrew™ Zellkultursystem
Ein ökologischer Vorteil
CellScrew™ wird mittels additiver Fertigung hergestellt, wodurch die komplexe innere Struktur möglich wird. Dadurch wird weniger Material benötigt, um eine große Wachstumsoberfläche zu erzielen, als bei herkömmlichen Zellkulturgefäßen. Es besteht aus umweltfreundlicher Polymilchsäure (PLA), einem Biokunststoff, der aus der Fermentation von Pflanzenstärke gewonnen wird. CellScrew™ setzt nur die Menge an CO2 frei, die zuvor in der Mais- oder Zuckerrohrpflanze, dem Rohstoff für PLA, gebunden war. Insgesamt bedeuten diese Vorteile, dass das Produkt die CO2-Emissionen im Vergleich zu herkömmlichen Zellkulturgefäßen auf Erdölbasis mit derselben Wachstumsfläche um bis zu 90 Prozent reduzieren kann. Abgesehen von den geringen CO2-Emissionen weist das Biopolymer weitere Vorteile auf, wie z. B. seine Ungiftigkeit und Biokompatibilität. Es ist gut getestet und wird in der Medizintechnik, einschließlich Implantaten und Gerüsten für die regenerative Medizin, weit verbreitet eingesetzt. Diese Eigenschaften sowie die Möglichkeit einer einfachen Oberflächenbehandlung für Zellwachstum und -adhäsion machen das Material für die Zellkultur geeignet. Experimente auf der PLA-Oberfläche haben im Vergleich zu Polystyrol-Oberflächen ein verbessertes Wachstum und eine verbesserte Anhaftung für verschiedene adhärente Zelllinien gezeigt.
Vereinfachung der Skalierung
Eine weitere Herausforderung in der biopharmazeutischen Herstellung ist häufig die Skalierung: Wie lassen sich Prozesse, die sich im Labor bewährt haben, effizient auf die Produktionsskala übertragen? Alle diese Prozesse müssen sorgfältig kontrolliert, dokumentiert und eingehalten werden. Hier bietet CellScrew™ einen entscheidenden Vorteil: Es ist in allen Entwicklungsstadien einsetzbar, und beim Übergang vom Labor zur Produktionsskala erfordern die CellScrew™-Prozesse nur geringfügige Anpassungen, während die Wachstumsbedingungen für die Zellen weitgehend ähnlich bleiben.
Zusammenfassung
Der Übergang zu nachhaltigeren und effizienteren Laborpraktiken wird sowohl die Entwicklung als auch die Herstellung verändern und den Zugang zu wissenschaftlichen Innovationen sowie deren Erschwinglichkeit verbessern, während gleichzeitig der CO2-Fußabdruck der Life-Science-Branche reduziert wird.
