Bildung und Morphologie proteinbeladener Partikel, ermittelt mit einem Single Droplet Drying-Levitator
Bioverfahrenstechnik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In der Verlängerungsphase des Projektes musste zunächst sehr viel Zeit bei der Suche nach einem geeigneten thermolabilen Protein aufgewendet werden. Trotz zahlreicher Fehlschläge ist es uns aber nun gelungen, ein geeignetes Protein zu finden, das eine große Thermolabilität bei Beibehaltung guter Wasserlöslichkeit aufweist. Im Rahmen dieser Experimente ist eine unerwartete Nebenfrage aufgetaucht, nämlich, warum bei manchen Proteinen die Trocknung als Einzeltröpfchen in der Levitatorkammer zu einer Lipophilisierung der Partikeloberfläche führt? Die Beziehung zwischen dieser Lipophilisierung bzw. Wasserunlöslichkeit und einer Inaktivierung des Proteins ist noch ungeklärt. In unseren ersten Experimenten mit Glutamic Dehydrogenase ist es uns nun gelungen, die Kinetik der Beschädigung des Proteins während beider Phasen der Trocknung - sowohl vor, als auch nach dem kritischen Punkt der Trocknung - zu bestimmen. Die experimentelle Durchführung ist aufwändig und zeitraubend, da sehr viele Wiederholungsversuche mit Tröpfchen/Partikel-Entnahme nach verschiedenen Zeitpunkten nötig sind. Die Ergebnisse sind allerdings unserer Meinung nach recht wertvoll, da erstmalig die Beziehung zwischen Proteinbeschädigung und der Kinetik der Partikelbildung sowie dem Ablauf der Oberflächentemperatur ermittelt werden kann. Bei den drei untersuchten Lufttemperaturen erfolgt kaum eine Proteinbeschädigung vor dem kritischen Punkt der Trocknung. Erst nachdem die Oberflächentemperatur am bzw. nach dem kritischen Punkt der Trocknung ansteigt, kommt es zu einer Proteinbeschädigung. Allerdings hängt dieses Verhältnis offensichtlich auch von der relativen Luftfeuchte der Trocknungsluft ab. Bei zunehmender Luftfeuchte bis zu 30 % rH wird der zeitliche Beginn der Proteinbeschädigung immer weiter nach hinten verschoben. Unter den Bedingungen Tair = 60 °C bzw. 30 % rH kommt es nach 1.600 s immer noch zu keiner Inaktivierung des Proteins. Mit unserer experimentellen Anordnung bzw. mit dem nun identifizierten Glutamic Dehydrogenase konnte die Zielstellung des Projekts trotz anfänglicher Rückschläge erreicht werden. Aktuell wird dieses Projekt weitergeführt und zwar mit dem Ziel, nicht nur die Aktivität, sondern auch den Aggregationszustand des Proteins und seiner Kinetik mittels HPLC bzw. SEC zu bestimmen.
