Das wissenschaftliche Ziel eines erfolgreich abgeschlossenen Projektes war die Entwicklung eines innovativen und nachhaltigen biotechnologischen Verfahrens zur Synthese des therapeutischen Wirkstoffs Taxol® und weiterer, an der Seitenkette modifizierter Taxane. Das technische Ziel dieses Projektes war die Entwicklung eines Membran-Kontaktors, welcher zur Synthese und in-situ Extrakti-on der Reaktionsprodukte genutzt wurde.

Paclitaxel, bekannter unter dem Warenzeichen Taxol®, ist ein wirksames Zytostatikum. Die therapeu-tischen Anwendungen sind erheblich und haben steigende Tendenz. Die Vollsynthese ist wegen der komplizierten Struktur nicht rationell durchführbar. Zunehmendes Interesse besteht an Taxan-Derivaten, die sich durch deutlich geringere Nebenwirkungen auszeichnen.

Es wurden Strategien der Hochzelldichtefermentation für die Wirtsorganismen E. coli und Pichia pas-toris auf der Basis adaptierter Fermentationsmedien entwickelt. Damit konnte die Zelldichte von 33 g/L auf 328 g/L um den Faktor 10 erhöht werden. Dementsprechend stand auch nach dem Zellaufschluss die zehnfache Enzymmenge für die weiteren Umsetzungen zur Verfügung.

Prinzip des Enzym-Membran-KontaktorsPrinzip des Enzym-Membran-Kontaktors

Das wichtigste Ergebnis war der Enzym-Membran-Kontaktor, der an die Anforde-rungen der Taxol®-Biosynthese angepasst war. Die Enzymlösung mit den Substraten wurde durch das Innere eines Hohlfasermoduls gepumpt. Auf der Außenseite wurde ein organisches Lösungsmittel geführt, welches selektiv das Produkt aus der Enzymlösung extrahierte. Auf diese Weise wurde die Produktaufreinigung wesentlich vereinfacht.

Durch eine instationäre Strömungsführung (Pulsation) wurde eine Verbesserung des Stoffüberganges durch die Hohlfasermembran in Extraktionsversuche erreicht. Somit konnte der Kontaktor soweit qua-lifiziert werden, dass Extraktionsversuche mit Baccatin III und Benzaldehyd als Modell für die Seiten-kette erfolgreich durchgeführt und mittels der at-line-HPLC optimiert werden konnten. Weiterhin konn-ten aktivierte NAC-und CoA-Derivate von α-Phenylalanin und β-Phenylalanin im Bereich von 10 - 50 mg hergestellt werden. Es wurde zusätzlich eine adaptierte at-line HPLC-Prozessanalytik entwickelt und integriert.
Der Enzym-Membran-Kontaktor kann auch für andere membrangestützten Prozesse eingesetzt wer-den, z.B. zur Wirkstoffextraktion oder in der Abwasserbehandlung.

Kontakt:
Dr. Dieter Frense
Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V.
Rosenhof
37308 Heilbad Heiligenstadt
Tel.: +49 3606 671320
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