Morgendagens sensorteknologi til fleksibel produktion af celler og i terapifremstilling

Senest opdateret d. 22/8-2016
Bioneer
DELTA
Resultatkontrakt 2016-2018 under temaerne Produktionsteknologi og Sundhed & fødevarer
Birger Schneider
Vice President, Roadsensors and Lights

Et teknologiskifte inden for celledyrkning i den farmaceutiske industri er under kraftig udvikling i disse år. Muligheden for individuel behandling betyder udstrakt brug af engangscellecontainere og kræver anvendelse af nye sensortyper. DELTA og Bioneer opbygger i samarbejde med øvrige partnere viden og løsninger omkring essentiel sensorteknologi til biofarma, dvs. en platform for nye sensorløsninger og materialer til brug hos bl.a. SMV’er og hospitaler.

1. Markeds- og samfundsbehov

Adgang til avancerede, velegnede sensorer er en væsentlig forudsætning i moderne biofarmaceutisk produktion af rekombinant protein og celler til sygdomsbehandling. Med disse kan produktionsprocesser overvåges og kvalitetssikres, således at de bliver repeterbare. Der er derfor en stor interesse fra bioproduktionsindustrien for styringssystemer og redskaber, som er robuste, følsomme og dynamiske. Sensorer er blandt de måleredskaber, som er uomgængelige i styringen af en række parametre, fx ilt, pH og CO2.

I de sidste 10 år har den stigende anvendelse af ’single use’ bioreaktorteknologi og processer øget behovet for avancerede, velegnede og billige ’single use’ sensorer. ’Single-use’ processer vinder indpas, hvor fleksibel (individuel) produktion er i fokus; et væsentligt element er fx at undgå tidskrævende rengøringsprocesser. I ’single-use’ anvendes i stedet plastbaserede engangstanke. Med ’single use’ sensorer´ kan opnås større fleksibilitet i processerne og højere pålidelighed. Non-invasive sensorer vil fx kunne reducere forureningsrisikoen væsentligt i en produktionsproces. Dansk biofarmaindustri er førende på flere områder, og procesudvikling er en løbende udfordring. Nye og forbedrede sensorer, herunder non-invasive er vigtige i både cellekultiverings- og proteinoprensningsprocesser.

Non-invasive sensorer minimerer risikoen for kontaminering af ´single-use´ bioreaktorer. Kritiske parametre for monitering af bioprocesser er ilt og pH. pH sensormaterialet er stadig underudviklet med hensyn til stabilitet og måleområde til brug i praksis. Derudover er der i industrien et stort behov for at få udviklet sensormaterialer, metoder og metrikker til måling af andre nøgleparametre, fx. CO2, morfologi, turbiditet og absorbans. Viden om nye sensormaterialer, og udvikling heraf, er kostbart og stort set umuligt for SMV’er at forestå selv. Derfor vil projektet have stor fokus på netop SMV virksomheders udfordringer på området.

I dansk erhvervsliv er der en stærk international konkurrencedygtig værdikæde indenfor såvel farma- som levnedsmiddelproduktion. Disse virksomheder vil, enten som producenter af lægemidler, bioteknologiske produkter eller udstyr til disse sektorer, få dækket behov for adgang til viden om og anvendelse af sensorer, sensormaterialer og non-invasive optiske målinger samt validering af nye sensorbaserede måleprocesser.

2. Ny teknologisk serviceydelse, kompetence og teknologi

DELTA og Bioneer opbygger i samarbejde med partnere kompetence, viden og løsninger omkring sensorteknologi til biofarma og bioteknologiområdet. Det udgør en platform for nye sensorløsninger- og materialer til bl.a. SMV’er og hospitaler. Serviceydelserne omfatter bl.a.:

  • Rådgivning om valg/anvendelse af sensormaterialer og optiske sensormetoder.
  • Rådgivning og udviklingsassistance omkring sensorer i kultiveringsprocesser:
  1. Primære parametre i cellekulturer (ilt og pH), fx i forbindelse med assay-systemer (forbedrede sensormaterialer er vigtige her).
  2. Morfologi i forbindelse med stamceller, blodceller og visse former for industrielle produktionsorganismer.
  3. Sensorer og løsninger i forbindelse med oprensningsprocesser: absorbans, turbiditet, cellestrukturer og proteinindhold.
  • Sensormaterialer til nye måleparametre, herunder rådgivning om coatning af sensormaterialer på polymeroverflader.
  • Udvikling af viden og løsninger i anvendelse af kompakte LED baserede sensorsystemer optimeret til nye sensormaterialer og forbedrede måleteknologier til non-invasiv monitorering af cellekulturer.
  • Design og udvikling af prototypesensorer og OEM sensormoduler.
  • Gennemførelse af demonstrations- og valideringsprojekter med de udviklede sensormaterialer.
  • Implementering og validering af sensorløsninger i laboratorieskalaproduktion.

3. Centrale aktiviteter

Projektet tager udgangspunkt i den store faglige ekspertise, som findes på området hos de to primære deltagere, Bioneer og DELTA. Begge har gennem årene demonstreret betydelige resultater på området - DELTA som udvikler af nye sensorteknikker/løsninger, og Bioneer som professionel bruger og udvikler af tilhørende analytiske processer samt validering af nye metoder og metrikker. Sammen vurderer vi, at aktiviteterne kan bringe væsentlige resultater til dansk biofarma- og levnedsmiddelindustri, ligesom de to GTS institutter vil kunne udnytte resultaterne i teknologisk service overfor industrien og hospitalerne.

Bioneer og DELTA vil etablere en universitets-GTS samarbejdsplatform med centrale universitetspartnere, bl.a. KU Kemi og DTU Nanotech samt Rigshospitalet inden for fremtidens sensormaterialer, omfattende:

  • Videnhjemtagning: Eksisterende og fremtidige behov fra primære anvendelser i biofarma og andre brancher, fx sundhed, miljø og transport; sensormaterialers egenskaber via internationale forskningsaktiviteter; målemetoder, sensorsystemer og nye nøglekomponenter (LEDs etc.).
  • Opbygning af kompetencer: Forbedrede nye sensormaterialer og billedbehandlingsmetrikker i samarbejde med ledende universiteter (KU, DTU og Dublin City University); design af sensorsystemer optimeret til nye sensormaterialer, metrikker og applikationer; anvendelse af sensorsystemer i samarbejde med ledende internationale aktører og danske virksomheder. Validering af de valgte løsninger i relevante biologiske systemer.
  • Videnspredning: Workshops og temadage i samarbejde med virksomheder/universiteter om udnyttelse af teknologien i nye produkter; samarbejde med virksomheder om applikationer; udnyttelse af sensormaterialer, sensormoduler og billedbehandlingsteknik; udgivelse af publikationer og test kits.

4. Mulige samarbejdspartnere

Der planlægges et snævert samarbejde med centrale universitetspartnere på området, bl.a. KU Kemi (farvestoffer, epokegørende nye sensormaterialer), DTU Nanotech, Dublin City University samt udbygning af internationale relationer indenfor nye sensormaterialer. Rigshospitalet er en væsentlig mulig samarbejdspartner, idet der her er etableret produktion af blod og stamceller til terapeutisk brug. Det er afgørende for videnoverførslen, at virksomhederne aktivt deltager i formgivningen, hvorfor virksomheder med centrale aktiviteter i området tænkes inddraget, fx CMC Biologics, Novozymes, Symphogen, LEO, Novo Nordisk, Expression, Pharmacosmos, Sartorius Stedim, SMVer, m.fl.

Nøgleord

8 kommentarer

Herunder er indlæg og kommentarer fra interessenter på aktiviteter og aktivitetsforslag.

ole sjøholm (senior research scientist, chr hansen A/S)
Mandag d. 20/4-15 kl. 08:37

Dette lyder som et meget spændende projekt der også vil kunne gavne virksomheder der fremstiller bakterier fx. Chr. Hansen A/S og Novozymes, da bedre viden og mulighed for måling på fermenteringsprocesser giver bedre forståelse og mulighed for højere udbytter. Det vil måske også kunne gøre opskalering mere forudsigelig og nedbringe antallet af overraskelser i den proces.

Birger Schneider (Vice President, Road Sensors & Lights , DELTA)
Mandag d. 20/4-15 kl. 15:51

Kære Ole Sjøholm,
Tak for din gode kommetarer. Det glæder mig, at I kan bekræfte behovet i industrien, og vi er ganske enige. Vi ser det som et vigtigt element i at styrke de virksomheder i landet, som fremstiller bakterier. Jeg håber også, at I har ønske om at tage del i processen fremover.

Mange hilsner
Birger Schneider

Jens Gram
Onsdag d. 22/4-15 kl. 17:01

Det er et interessant projekt der bestemt ikke kun vil gavne SMV'er og virksomheder indenfor biopharmaceutisk F&U samt produktion. Single-Use teknologien er virkelig en disruptive teknologi. Men dens fulde potentiale inden for dyrknings processer, hvadenten disse er baseret på bakterier, svampe, insekt- eller andre dyre-celler, kan først realiseres når de nødvendige sensorer er tilgængelige som non-invasive single use versioner, der meget gerne må være mere præcise, selektive og dække flere målte parametre end de nuværende sensorteknologier magter! Andre proces typer, hvor der fordres sterilitet eller meget høj renhed, kan givet vis også på sigt have gavn af dette projekt.

Birger Schneider (Vice President, Road Sensors & Lights , DELTA)
Onsdag d. 22/4-15 kl. 18:46

Kære Jens Gram,

Mange tak for dine indsigtsfulde kommentarer. Du har som få en dyb indsigt i de nævnte områder, og det er dejligt bekræftende at høre dine tanker om området. De matcher godt med de tanker og planer, vi selv har. Jeg håber, at vi undervejs kan udvikle et godt og stærkt samarbejde til glæde og gavn for de virksomheder, som vi hver har vores daglige virke i. Vi hører gerne videre om detailønsker og visioner på området. Det er en ambition for os i projektet netop at forfølge inklusion af flere parametre, da vi skønner at kunne opnå gode resultater med disse.

Mange hilsner

Birger Schneider

Mikkel Johansen (R&D ingeniør, FOSS)
Fredag d. 24/4-15 kl. 11:55

Dette er et meget interessant projekt - også i forhold til fødevareindustrien. Non-invasive sensorer af forskellig art anvendes i dag til in-line monitorering og optimering af fødevareprocesser. At udvide kompetencerne og skubbe grænserne indenfor især turbiditets-, pH- og absorptionssensorer vil åbne døre for en styrket proceskontrol og dermed et højere udbytte af fødevareindustriens råmaterialer.
Jeg ser at det vil være relevant i forhold til vores produktudvikling at have adgang til et kompetencecenter indenfor dette område.

Birger Schneider (Vice President, Road Sensors & Lights , DELTA)
Fredag d. 24/4-15 kl. 15:38

Kære Mikkel Johansen,
Mange tak for din kommentar. Det er glædeligt, at I hos Foss ser et behov for et kompetencecenter indenfor området som foreslået i vores oplæg til RK projekt. Vi deler jeres vurdering af, at det netop kan være medvirkende til at løfte industriens position på området. Danmark har stærke positioner i både fødevareindustrien og i biofarmaindustrien. Men konkurrencen er hård på disse vigtige eksportmarkeder, og skal man bevare positionen – og helst udbygge den yderligere – er der behov for, at mange gode kræfter trækker i samme retning. Den foreslåede RK aktivitet er netop et sådant element, som kan bidrage godt i den sammenhæng. Vi ser frem til at få et godt samarbejde med jer på området – I er om nogen en virksomhed, som vil kunne drage nytte af et kompetencecenter på området og være foregangsvirksomhed for, hvordan man optimalt udnytter et kompetencecenter af den nævnte kaliber.

Mange hilsner

Birger Schneider

Claus B. Pedersen (R&D Engineer, IVFtech ApS)
Mandag d. 4/5-15 kl. 11:40

Jeres projektoplæg ser spændende ud og har mange elementer af stor betydning for dansk biofarma og ikke mindst en virksomhed som vores, der arbejder indenfor 'in vitro fertilization'. Vi ser fx et stort potentiale omkring non-invasive sensorer, og en videreudvikling af denne teknologi har et betydeligt potentiale. IVFtech har i forvejen en stærk eksportorienteret forretning, og adgang til stærke state-of-the art løsninger er afgørende, når man skal holde sig på toppen, i et voksende internationalt marked.
Vi vil derfor gerne støtte jeres projektoplæg og forventer løsninger fra projektet på højt internationalt niveau. Vi ser også frem til et godt samarbejde med jer på disse områder i de kommende år, da vi skønner, at det kan bidrage væsentligt til fremdrift i vores egne forretningsområder.

Birger Schneider (Vice President, Road Sensors & Lights , DELTA)
Mandag d. 4/5-15 kl. 12:35

Kære Claus B. Pedersen,
Det er et meget opmuntrende input, du giver, mange tak for det. Hos IVFtech har I et godt overblik over markedet for IVF gennem jeres store eksponering overfor eksportmarkederne, og vi lytter, når vi hører jeres vurderinger. Jeg ser - som I - store muligheder i at samarbejde indenfor området. Vi kan og vil noget med udviklingen af sensorteknologien og den dertil knyttede teknologiske service, og I tilhører om nogen gruppen af fremsynede virksomheder, som kan bruge den slags teknologiforbedringer til at skabe yderlige afsæt i de vigtige eksportmarkeder. Så sammen med jeres øvrige kompetencer og løsninger, kan avanceret sensorteknologi være med til at fremme industriudviklingen.
Derfor ser vi også på dette område meget frem til et snævert samarbejde med jer i de kommende år.

Med venlig hilsen

Birger Schneider