Themengebiete für Studien- & Abschlussarbeiten

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1 Doktoranden des MAB Section IV: Biomelecular Separation Engineering KIT University of the State of Baden-Wuerttemberg and National Research Center of the Helmholtz Association

2 Allgemeines Die folgende Übersicht dient dazu, Interessenten von Studien- bzw. Abschlussarbeiten (BA, MA) einen Überblick über die Arbeitsgebiete am Institut für Molekulare Aufarbeitung von Bioprodukten zu geben. Interessenten mit konkreten Themenwünschen können sich direkt bei den jeweiligen Doktoranden melden oder allgemein bei Marie-Therese Schermeyer 2

3 c (protein) Juliane Schütz Untersuchung des Phasenverhaltens Biopharmazeutischer Proteine Das Phasenverhalten (Präzipitation, Kristallisation, usw.) von Proteinen ist ein wichtiger Aspekt in der Proteinaufarbeitung und formulierung. Daher beschäftige ich mich im Rahmen meiner Arbeit mit Proteinwechselwirkungen. Dafür werden Proteinphasenverhalten und -stabilitäten sowie Aggregationsneigungen systematisch untersucht. Schwerpunkt liegt hierbei auf pharmazeutisch relevanten Proteinen. Proteinphasenverhalten als Funktion von Präzipitantkonzentration Proteinstruktur (nativ oder nicht-natives Aggregat) Proteinstabilität (Aggregations- und Schmelztemperatur) Techniken: Screenings mittels robotergestützter Pipettierstation und visueller Auswertung des Phasenverhaltens (Formulatrix), Fourier Transform Infrared Spectroscopy, Aggregations- und Schmelztemperatur (OPTIM), Dynamische Lichtstreuung (DLS), Screening: Analysis: oversaturated α-helix β-sheet metastable/ labile Formulatrix undersaturated Tecan c (precipitant) 3

4 Josefine Morgenstern Phasenverhalten und Stabilitäten von Enzymen für industrielle Anwendungen Substrat Enzym Aktives Zentrum Wie aktiv ist das Enzym bei verschiedenen Bedingungen? Produkt Phasenverhalten Stabilisierung Analytik Screenings mittels robotergestützter Pipettierstation für verschiedene Enzyme und Fällungsmittel Einsatz von Additiven wie Alkoholen, Zuckeralkoholen, Aminosäuren oder Polymeren PEGylierung von Enzymen Formulatrix: visuelle Auswertung des Phasenverhaltens Enzymassays: Bestimmung der Enzymaktivität Größenausschlusschromatographie: Nachweis von Abbauprodukten und PEGylierungs-Reaktionen FT-IR: Untersuchung von nativen oder nichtnativen Proteinstrukturen Optim: Bestimmung von Schmelz- und Aggregationstemperaturen Caliper: Konzentrationsbestimmung auf Basis von Kapillargelelektrophorese PEG Formulatrix 4

5 Marie-Therese Schermeyer Vorhersage von Protein-Phasenverhalten und Charakterisierung von Proteinlösungen mittels Rheologie Studien zur Übertragbarkeit rheologischer Kenndaten auf das Phasenverhalten und der Aggregationseigenschaften von Proteinen Einführung der Mikrorheologie zur Charakterisierung von Proteinlösungen im Mikrolitermaßstab Aktuelle Projekte: Erstellung von Phasendiagrammen hochkonzentrierter Proteinlösungen Entwicklung und Etablierung von PAV Messreihen für hochkonzentrierte Proteinlösungen und Protein Nanobodies Vergleich mechanische Rheologie und Mikrorheologie Techniken Piezoelastic Axial Rheometer (PAV) Messung rheologischer Kenngrößen Zetasizer Bestimmung Mikrorheologischer Kenngrößen Optim Untersuchung des Proteinphasenverhaltens Screenings mittels robotergestützter Pipettierstation 5

6 Matthias Rüdt Echtzeitprozessüberwachung mittels spektroskopischer Methoden Experimente mit typischen Methoden aus dem DSP Präperative Chromatographie (Äkta u. a.) Analytik (UHPLC: Dionex Ultimate 3000) UF/DF, etc. Überwachung mittels spektroskopischer Methoden Auswertung durch mathematische Methoden (Multivariate Datenanalyse) Arbeitsweise: Labor: ca. 50% Datenanalyse: ca. 50% 6

7 Sarah Gretzinger PROZESSENTWICKLUNG UND OPTIMIERUG FÜR ZELL-THERAPIE ANWENDUNGEN AKTUELLE PROJEKTE Prozessentwicklung für chip-basierte Zelltrennung mittels wässriger Zweiphasensysteme (ATPS) Entwicklung einer HTS-Methode zur Charakterisierung und Trennung von Zellen entsprechend ihrer Zelldichte Prozessentwicklung für die Formulierung von Zellen TECHNIKEN Zellkultur: Kultivierung eukaryotischer Zelllinien, Kryokonservierung von Zellen, Durchflusszytometrie, Viabilitätsassays, Mikroskopie Zelltrennung mittels ATPS: Tecan Freedom Evo Liquid-Handling Station (batch-optimierung), Übertragung von batch-optimierten Trennsysteme auf einen kontinuierlichen Mikrofluidik-Prozess Mikrofluidik Design, Konstruktion und Herstellung verschiedener Chip-Systeme, 3D-Druck, etc. 7

8 Carsten Radtke Integration von Mikrofluidik und Robotik Weiterentwicklung des mikrofluidischen Chipsystems µf-on-lhs Design und Konstruktion verschiedener Kanalsysteme zur Durchführung von High-Throughput Experimenten auf Liquid Handling Stationen Techniken: Herstellung und Funktionalisierung der Mikrofluidikchips Betrieb des Chipsystems auf Liquid Handling Station 8

9 Gang Wang Modellbasierte Entwicklung und Optimierung von kontinuierlichen Chromatographieprozessen Bei der Aufreinigung von biopharmazeutischen Produkten ist Chromatographie die Methode der Wahl. Um die kontinuierliche Produktion von einem industriellen Antikörper zu realisieren, muss ein kontinuierlicher Multisäulen- Chromatographieprozess entwickelt werden. Dabei werden Daten mittels Hochdurchsatzexperimente am Roboter und Chromatographieversuche an der Konti-Anlage generiert, worauf basierend fluiddynamische und thermodynamische Modelle eingesetzt werden können, um das mechanistische Verständnis zu verbessern und einen industriell relevanten Prozess zu optimieren.. Experimente am Roboter Modellierung/Simulation PCCC/SMB Hochdurchsatzexperimente (Batchchromatographie, miniaturisierte Säulenchromatographie) Realisierung von kontinuierlichen Chromatographieprozessen auf Roboter Modellierung & Simulation von Chromatographieprozessen auf Roboter Modellierung & Simulation kontinuierlicher Chromatographieprozesse in silico Prozessoptimierung Entwicklung von kontinuierlichen Chromatographieprozessen (IEC, HIC, MMC) als Intermediate-/Polishing-Schritt zur Aufreinigung vom industriellen monoklonalen Antikörper Tecan PALL 9

10 Marieke Klijn Protein solubility and stability: An experimental toolbox and generation of descriptions Partners BE-BASIC project Experimental Prediction Phase behavior Correlation Characterization of solution conditions Protein structure QSAR QSPR MD Current activities Automated phase recognition algorithm Building database for previously obtained characterization results Updated: , PhD project started in sept Industry Phase behavior studies DSP steps influence Model-based process development 10

11 Pall Tecan Dionex PerkinElmer Steffen Großhans Phasenverhalten biopharmazeutischer Proteine Präzipitation als Aufreinigungsschritt in der kontinuierlichen Prozessführung Phasenverhalten Analytik Kontinuierliche Prozessführung Screenings mittels robotergestützter Pipettierstation für verschiedene ph-werte, Präzipitanten und Additive Visuelle Auswertung des Phasenverhaltens: Formulatrix Produktkonzentration und Reinheit: UHPLC (ALC), SDS-Page, LapChip GXII (Kapillargelelektrophorese), spektroskopische Methoden Kontaminanten: ELISA, DNA Quantifizierung Produktqualität: FT-IR, UHPLC (SEC), LabChip GX II (Glykoprofiling), Optim2 (Temperaturstabilität) Übertragung der Batchexperimente auf eine kontinuierliche Prozessführung Integrierte Prozessführung Kontinuierliche Präzipitation + Kontinuierliche Chromatographie (Simulated Moving Bed) 11

12 Tecan Dionex Tecan Waters corporation Pall Sebastian Andris Characterization and Modeling of Multi-step Protein Conjugation Processes using High Throughput Approaches High-Throughput Experimentation Modeling Conjugation process development Analytics Antibody-Drug Conjugates (ADCs) Current projects: - Creation of HTPD platform for ADCs - Model-based description of conjugation processes PhD project started 01/2016 updated 03/2016 Methods: - Tecan LHS - RP-/HIC-/SEC-UHPLC - Spectroscopic methods - Multivariate data analysis 12 Thiemo C. Huuk, M.Sc. - 1st progress report

13 Anna Wöll Protein-Stabilitätsstudien Einfluss auf das Phasenverhalten bei niedrigen Temperaturen Die Stabilität von Proteinen kann bei niedrigen Temperaturen, vor allem während des Einfrierens und Auftauens, sehr stark beeinträchtigt werden. Daher liegt das Augenmerk meiner Arbeit auf den Effekten, welche dabei auftreten. Des Weiteren soll ein Verständnis über die Minimierung der meist negativen Effekte auf die Proteinstabilität geschaffen werden. Techniken: Screening mittels robotergestützter Pipettierstation, visuelle Auswertung des Phasenverhaltens (Formulatrix), Dynamische Lichtstreuung (DLS), Fourier-transformierte Infrarotspektroskopie (FT-IR), Aggregations- und Schmelztemperatur (OPTIM) Screening Freezing/Thawing Analytics Tecan Phase diagram Formulatrix 13