Dieses Promotionsvorhaben konzentriert sich auf zwei Themen im Zusammenhang mit der Optimierung von Zellkulturmedien. Das erste Thema zielt darauf ab, ein besseres Verständnis für die Chargenvariabilität von Sojaproteinhydrolysaten zu entwickeln, die in Zellkulturmedien verwendet werden, um die Robustheit des Produktionsprozesses von monoklonalen Antikörpern (mAb) zu gewährleisten. Das zweite Thema befasst sich mit der Minderung des Risikos einer viralen Kontamination von Zellkulturmedien durch Kurzzeiterhitzung, um die Sicherheit der mAb-Produktionsprozesse zu gewährleisten. Ein problematischer Aspekt bei der Verwendung von Proteinhydrolysaten in Herstellungsverfahren für rekombinante therapeutische Proteine ist ihr Einfluß auf die Proteinproduktion, da die Variabilität von Charge zu Charge nicht bekannt ist. Die Variabilität von Sojahydrolysaten und ihre Auswirkungen auf die Fed-Batch-Produktion eines rekombinanten monoklonalen Antikörpers, der in Sp2/0-Zellen exprimiert wird, wurden anhand von 37 Chargen desselben Herstellers untersucht. Die Variabilität der Sojahydrolysate von Charge zu Charge hatte Auswirkungen auf das Zellwachstum, den Titer und die Produktqualität. Die physikalisch-chemische Charakterisierung der Chargen bestätigte, dass Sojahydrolysate hauptsächlich eine Quelle für Aminosäuren und Peptide sind, wobei geringere Mengen an anderen Komponenten wie Kohlenhydrate und chemische Elemente in Zellkulturmedien enthalten sind. Die Zusammensetzung der Sojahydrolysate der verschiedenen Chargen war mit Ausnahme der Spurenelemente einheitlich. Statistische Analysen ergaben, dass Eisen ein potenzieller Marker für eine schlechte Prozessleistung ist. Um diesen Zusammenhang zu überprüfen, wurden einer Charge von Sojahydrolysaten, die mit einem niedrigen Eisengehalt während der Zellkultur in Verbindung gebracht wurde, zwei Formen von Eisen, Eisen(III)-ammoniumcitrat und Eisen(II)-sulfat, zugesetzt. Beide Eisenformen verringerten signifikant das Zellwachstum, den mAb-Titer und erhöhten den Gehalt der sauren Ladungsvarianten des mAb. Der Eisengehalt von Sojahydrolysaten kann zu erheblichen negativen Auswirkungen auf die Prozessleistung und Produktqualität führen. Dieser letale Prozess, der in der Literatur als Ferroptose bezeichnet wird, beruht auf der Fe(II)-abhängigen Akkumulation reaktiver Sauerstoffspezies in den Lipiden und die Peroxidation mehrfach ungesättigter Fettsäuren, die zu deren Verarmung und zur Akkumulation toxischer reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) in den Lipiden führt. Um die negativen Auswirkungen des Eisenüberschusses auszugleichen, wurde in unseren Versuchen ein Eisenchelatbildner und ein spezifischer Ferroptose-Inhibitor verwendet. Die Erhöhung des Eisenchelatbildners in den Zellkulturmedien führte zu einer signifikanten Steigerung der finalen volumetrischen Produktivität bei Sojahydrolysaten mit hohem Eisengehalt. Die Zugabe von Ferrostatin-1, einem bekannten Inhibitor der Ferroptose, bot den Zellen in unserem Versuch keinen Schutz vor dem Eisenüberschuss während der Zellkultur. In enger Zusammenarbeit mit dem Anbieter von Sojaproteinhydrolysaten wurden zwei mögliche Hauptursachen für den erhöhten Eisengehalt untersucht: das Soja-Ausgangsmaterial und die Herstellungsschritte. Es wurden Spurenelemente im Soja-Ausgangsmaterial und während des gesamten Herstellungsprozesses gemessen, um die Quelle des erhöhten Eisengehalts in den Sojahydrolysaten zu ermitteln. Der Eisengehalt im Sojaausgangsmaterial blieb konstant, während der Eisengehalt während des Herstellungsprozesses tendenziell anstieg. Der Herstellungsschritt, der für den Anstieg des Eisengehalts in Sojahydrolysaten verantwortlich ist, wurde identifiziert. Folglich konnten wir aufzeigen, wie sich der Herstellungsprozess auf die endgültige Spurenelement¬zusammen¬setzung von Sojahydrolysaten und schließlich auf die mAb-Produktion auswirken kann. Diese Beobachtungen ermöglichten es, zusätzliche kritische Qualitätsmerkmale von Sojahydrolysaten zu definieren, um ein besseres Management der Variabilität von Sojahydrolysaten von Charge zu Charge für die Produktion monoklonaler Antikörper zu erreichen. Es ist wichtig zu beachten, dass eine solche Kontamination durch Spurenelemente während des Herstellungsprozesses nicht nur bei Sojahydrolysaten, sondern bei allen Rohstoffen, die im Zellkulturmedium verwendet werden, einschließlich chemisch definierter Zellkulturrohstoffe, auftreten kann. Die vorliegende Arbeit hat gezeigt, dass es daher wichtig ist, die Kontamination von Rohstoffen, die in Zellkulturmedien verwendet werden, mit Spurenelementen zu kontrollieren, um die Prozessleistung sicherzustellen. Darüber hinaus war es mit der Fingerprinting-Analyse von Sojahydrolysaten in Kombination mit der Chemometrie nicht möglich, ein Modell zu erstellen, das die Performance einer bestimmten Charge von Sojahydrolysaten anhand unseres Datensatzes vorhersagt. Durch LC-MS-Analyse konnten einige potenzielle Marker für eine gute Prozessleistung identifiziert werden. Neben der Schwankung der Chargenvariabilität, die mit Zellkulturmedium-Rohstoffen verbunden ist, sind Zellkulturmedium-Rohstoffe auch als Hauptquelle für virale Kontaminationen in der Biotechnologieindustrie bekannt. Filtration von Zellkulturmedien oder deren Hitzeinaktivierung sind bekannte Maßnahmen zur Vorbeugung viraler bzw. mikrobieller Kontaminationen. Die üblicherweise verwendeten Filter mit einer Porosität von 0,1 μm schützen Bioreaktoren vor Bakterien- und Mykoplasmenkontaminationen, bieten aber keinen ausreichenden Schutz vor viralen Kontaminationen. Die Kurzzeiterhitzung (HTST) von Zellkulturmedien ist bekanntlich eine wirksame Barriere, um diese zu verhindern. Ein Hauptproblem bei der HTST-Anwendung ist die Kompatibilität mit der Zusammensetzung des Mediums. Medien können hitzelabile Komponenten enthalten, die beim Erhitzen ausfallen oder geschädigt werden können. In dieser Arbeit wurde die Kompatibilität der HTST-Behandlung mit Medien und Feed-Lösungen von zwei Fed-Batch-Prozessen für die Produktion monoklonaler Antikörper untersucht. Die Medien wurden mit dem FT74-20-MkIII-UHT/HTST-System mindestens 5 oder 10 Sekunden lang auf 95 °C erhitzt. Die HTST-Behandlung wirkte sich nicht auf die gemessenen physikalisch-chemischen Eigenschaften der Medien und der Feed-Lösungen aus, mit Ausnahme eines komplexen Mediums, bei dem die Erhitzung zu einer Erhöhung der Trübung des Mediums führte. Außerdem wurde brobachtet, dass sich auf der Oberfläche der HTST-Wärmetauscherplatten ein Niederschlag sammelte, der als eine Mischung aus Hydroxylapatit und Eisenoxiden identifiziert wurde. Zur Sammlung, Analyse und Fehlersuche bei der Bildung von Präzipitaten aufgrund der hohen Temperatur dieses Zellkulturmediums wurde ein Wirbelsandansatz verwendet. Die Präzipitatbildung von Kalziumphosphat wurde mit der Zunahme der Trübung des komplexen Mediums in Verbindung gebracht. Das Vorhandensein von Eisenchelatoren im Medium, das mit Edelstahl in Berührung kommt, wurde für die Bildung von Eisenoxiden verantwortlich gemacht. Bei beiden Fed-Batch-Prozessen wirkte sich der Einsatz des HTST-Systems jedoch weder auf die Zellkulturleistung noch auf die Produktqualität negativ aus. Daher ist die HTST-Behandlung mit Medien kompatibel, außer mit solchen, die einen hohen Anteil an Kalzium und Phosphat oder, wie in diesem Beispiel, Eisenchelatbildner enthalten.