Charakterisierung eines pDNA-Bioherstellungs-Fermentationsprozesses mithilfe definitiver Screening-Designs und der JMP® 10-Software
Dogan Ornek, PhD, leitender Wissenschaftler, Lonza Biologics
Philip Ramsey, PhD, Professor, University of New Hampshire
Neuartige antivirale und krebsbekämpfende Impfstoffe auf Basis nackter Plasmid-DNA (pDNA) stehen kurz vor der Zulassung durch die FDA. Die langfristige Lebensfähigkeit dieser Impfstoffe hängt teilweise von der Entwicklung effizienter und robuster pDNA-Bioproduktionsprozesse ab. Traditionell wurde diese Art der Charakterisierung in einem zweistufigen Verfahren unter Verwendung einer Kombination aus Screening-Designs der Auflösung III oder IV und Response-Surface-Designs (oft Box-Behnken) erreicht. Dieser zweistufige Prozess ist zeit- und kostenintensiv. Jones und Nachtscheim (2011) führten definitive Screening-Designs ein, eine neue Klasse effizienter experimenteller Designs, die sowohl Faktorenscreening als auch die Schätzung quadratischer Effekte und wechselseitiger Interaktionen innerhalb eines einzigen Experiments ermöglichen. Die Designs sind in JMP 10 implementiert. In diesem Vortrag zeigen wir, wie die Verwendung eines einzigen definitiven Screening-Designs mit fünf Faktoren und 15 Durchläufen zur erfolgreichen Charakterisierung und Modellierung eines Fermentationsschritts eines pDNA-Bioproduktionsprozesses führte. Darüber hinaus wurde das 15-stufige definitive Screening-Design mit einem 31-stufigen, 2^(5-1)-fraktionell faktoriellen Design verglichen, das um axiale Punkte erweitert wurde, um quadratische Effekte zu berücksichtigen. Beide Designs wurden für denselben Prozess mit denselben Faktoren verwendet. Die Prozesscharakterisierung des 15-stufigen definitiven Screening-Designs entsprach der des deutlich größeren erweiterten fraktionell faktoriellen Designs, einschließlich der Identifizierung zweier wichtiger quadratischer Effekte. Der erfolgreiche Vergleich bestätigt die Verwendung definitiver Screening-Designs für die Prozesscharakterisierung in der Bioproduktion mit erheblichen Kosten- und Zeiteinsparungen. Der Vortrag behandelt Details des Designvergleichs, der Modellauswahl und der Prozesscharakterisierung. Darüber hinaus wird ein kurzes Tutorial zur pDNA-Herstellung und zu Impfstoffen angeboten.
