Digital Twin-gestütztes Prozessdesign für NK-Zelltherapien

Natürliche Killerzellen (NK), die Teil des menschlichen Immunsystems sind, werden hergestellt und als Arzneimittel für neuartige Therapien (ATMPs) zur Heilung von Krankheiten eingesetzt. Diese Zellen fungieren als Killerzellen, indem sie spezifisch den Tod der bösartigen Zellen induzieren, was Zytotoxizität genannt wird. Um NK-Zellen als Therapie zu verwenden, werden sie aus dem Blut getrennt, modifiziert außerhalb des Körpers kultiviert, um ihre Zahl zu vergrößern, und dann dem Patienten verabreicht, um die Krankheit zu bekämpfen. Um diese Zellen zu kultivieren, sollte ihre natürliche Umgebung, der menschliche Körper, nachgeahmt werden, um die therapeutische Sicherheit und Wirksamkeit zu gewährleisten. Die zellulären Eigenschaften variieren jedoch von Patient zu Patient, daher sollten die Parameter des Kultivierungsprozesses an das Optimum der NK-Zellen des Spenders angepasst werden. Um ein optimal einstellbares Kultursystem zu schaffen, müssen die relevanten Parameter, die einen Einfluss auf die Leistung der NK-Kultur haben, bestimmt und ihre gegenseitige Abhängigkeit untersucht werden. Ziel dieses Projektes ist es die relevanten Parameter für NK-Kulturen zu finden, die einen Einfluss auf die Produktion und Funktionalität, der Zellen haben. Zweitens ist die Verknüpfung von Prozessparametern mit dem Ergebnis des Kultivierungsprozesses noch wichtiger aufgrund der vielen Verknüpfungen und Wechselwirkungen zwischen diesen Parametern und der allgemeinen Komplexität dieser Zellkulturen. Daher zielen wir darauf ab, mathematische Modelle und andere statistische Methoden zu verwenden, die die Komplexität des Prozesses beschreiben können. Dieses Modell sollte der digitale Zwilling des Kultivierungsprozesses sein und wir wollen es als methodische und Wissensmanagementplattform für die ATMP-Herstellung bereitstellen. Um die Projektziele zu erreichen, werden Zellen bei unseren Projektpartnern TU Hamburg und UKE kultiviert und analysiert. Es werden Modellierungswerkzeuge auf der Grundlage vorläufiger Ergebnisse verwendet werden, um den experimentellen Aufwand zu reduzieren. Die zytotoxische Potenz und andere qualitätsbezogene Aspekte der Zellen werden durch eine Reihe biologischer Tests verifiziert. Wir planen, auch während des Kulturprozesses, fortschrittliche Analysetechniken einzusetzen, ebenso werden wir die Analytik mithilfe unseres Modells mit der Zellfunktionalität in Beziehung setzen. Ziel dieses Projekt wird die statistische Auswertung der Ergebnisse und die Generierung des digitalen Zwillings zur Verknüpfung des Kultivierungsprozesses mit der Zellfunktionalität sein. Der Digitale Zwilling wird iterativ entwickelt, bis er bereit ist, auf eine andere NK-Zelllinie angewendet zu werden, um seine Vorhersagefähigkeit zu demonstrieren. Unser Ziel ist es, dass unser Beitrag auf dem Gebiet der ATMPs zu einem neuen methodischen Ansatz wird, der effizienter als die herkömmlichen Methoden zu Prozessverständnis führen kann.