Entwicklung und experimentelle Validierung einer molekulardynamischen Simulationsmethode zur Vorausberechnung von Adsorptionsisothermen von Proteinen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr.-Ing. Sven Jakobtorweihen; Professorin Dr.-Ing. Irina Smirnova; Dr.-Ing. Thomas Waluga
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461481804

Die Produktion von Proteinen als Biopharmazeutika ist ein wichtiger und wachsender Zweig der pharmazeutischen Industrie. Gemäß dem Stand der Technik erfolgt dabei die Aufreinigung der Produkte mittels verschiedener chromatographischer Methoden. Deren Entwicklung basiert für die jeweiligen Produkte auf umfangreichen und aufwendigen experimentellen Arbeiten.In diesem Projekt sollen experimentelle Methoden und molekulardynamische (MD) Simulationen in enger Verknüpfung eingesetzt werden um die Ionenaustauschadsorption von Proteinen zu beschreiben. Experimentell erfolgen eine umfangreiche Charakterisierung vorhandener Adsorbentien und die Beschreibung der vorliegenden Adsorptionseigenschaften. Parallel dazu werden MD-Simulationen der Adsorption durchgeführt und die beschreibenden Parameter der Proteinadsorption am Beispiel des SMA-Modells bestimmt. Dies bietet die Grundlage um anschließend eine optimierte Adsorbensstruktur zu beschreiben.Im Rahmen dieses Forschungsprojekts werden MD Methoden erfolgreich angewendet um die Ionenaustauschadsorption von Proteinen zu beschreiben. Dafür wird ein validiertes Modell zur vollständigen Beschreibung einer Adsorptionsisotherme bei verschiedenen Prozessparametern entwickelt. Dies ermöglicht erstmalig in silico die vollständige Vorhersage der Adsorptionsisothermen von Proteinen. Weiterhin sind die einzelnen Wechselwirkungszentren an den Modellproteinen charakterisiert, so dass auf dieser Basis neue Adsorbentien beschrieben sind, welche verbesserte Adsorptionseigenschaften aufweisen.Nach erfolgreichem Abschluss dieses Projekts ergibt sich die Möglichkeit die erarbeitete Methode auf beliebige Systeme zu übertragen um zukünftig mit geringerem Aufwand die chromatographischen Methoden zur Aufreinigung von pharmazeutisch relevanten Proteinen zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen