Am Freitag, den 9. Mai 2025 legte Herr Kevin Viebrock erfolgreich seine Disputation am ibvt ab. Herr Viebrock promovierte über das Thema Entwicklung einer automatisierten Mikrobioreaktorplattform für die biopharmazeutische Forschung.
Für die moderne Bioprozessentwicklung besteht ein erheblicher Bedarf an leistungsfähigen Werkzeugen, die den automatisierten, hochparallelisierten Betrieb bei unabhängiger Variation einzelner Prozessparameter und unterschiedlichsten Prozessführungen sowie einer guten Skalierbarkeit zulassen sowie zuverlässig reproduzierbare und belastbare Daten in Echtzeit liefern. Die Mikro-Bioreaktionstechnik hat sich in den letzten Jahren dieser großen Herausforderung gestellt und eine Reihe leistungsfähiger Mikrobioreaktor (MBR)-Systeme (Reaktionsvolumina < 1000 µL) mit einem hohen Maß an integrierter Sensorik und Kontrollmöglichkeiten entwickelt. Unterstützt werden die Entwicklungen dadurch, dass in der Mikrotechnik Fertigungsverfahren entwickelt wurden, die die Herstellung feinster Strukturen für Reaktionsräume in der Größenordnung bis in den Pikoliter-Bereich zulassen. Weiterhin hat die Sensorentwicklung einen Grad erreicht, dass einzelne Analyten in derartig kleinen Volumina opto-sensorisch, nicht-invasiv und langzeitstabil mit hoher Präzision nachgewiesen werden können. So eignen sich derartige MBR-Systeme optimal für biopharmazeutische Screening-Anwendungen. Um den Durchsatz bei diesen Applikationen zu erhöhen, den manuellen Laboraufwand zu verringern und die Reproduzierbarkeit der Experimente zu verbessern, gewinnt die Automatisierung von Bioprozessen, insbesondere für den MBR-Bereich, immer mehr an Bedeutung.
Die Zielsetzung der Dissertation von Herrn Viebrock, der seine Dissertationsschrift im DFG-Projekt Entwicklung von Mikroreaktoren für biopharmazeutische Applikationen (Projektnummer 310619924) gemeinsam mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dietzel, Institut für Mikrotechnik (IMT), TU Braunschweig, anfertigte, bestand darin, einen parallelisierten Tropfen-basierten Kapillarwellen (capillary wave)- MBR (cwMBR, Reaktionsvolumen 7 µL) mit einer hohen Sensorimplementierung für Zell-basierte Assays und biopharmazeutische Anwendungen zu entwickeln.
Herr Viebrock entwickelte einen cwMBR-Array mit einer aus neun cwMBRen bestehenden Plattform mit automatisiertem Flüssigkeitsdosiersystem und einer umfangreichen online-Sensorik (u. a. Flüssigkeitskontrolle, Resonanzüberwachung, pH-Wert, gelöste Sauerstoff- und Glukosekonzentration, optische Dichte und Impedanz). Als Anwendungsbeispiele wurden Phagogramm-Lysekinetiken und Lebend/Tot-Analysen von Säugetierzellkulturen in der cwMBR-Plattform durchgeführt. Bei Phagogrammen handelt es sich um Sensitivitätstests von Bakterien gegenüber Bakteriophagen, die für die Durchführung von Phagentherapien zur Bekämpfung multiresistenter Bakterien unerlässlich sind. Um den Durchsatz zu erhöhen, den Laboraufwand zu reduzieren und die Reproduzierbarkeit zu erhöhen, wurde die Automatisierung der entwickelten cwMBR-Plattform für Phagogramme in der Phagentherapie vorangetrieben. Die Anwendbarkeit der Plattform wurde am Beispiel zur Aufnahme von Lysekinetiken in Phagogrammen mit E. coli und automatisierter Phagenzugabe aufgezeigt. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Lyse der Bakterien durch die Phagen und bestätigen die Anwendbarkeit der automatisierten Phagogramm-Erstellung in der parallelisierbaren cwMBR-Plattform. Es steht nunmehr ein automatisiertes, parallelisiertes Screening-Tool auf Basis einer vollständig mit Sensoren ausgestatteten cwMBR-Plattform zur Verfügung.
Die Ergebnisse seiner Arbeit mündeten in 3 Veröffentlichungen: Viebrock et al., Eng Life Sci (25, 2025, Parallelisierung und Automatisierung, mit AG Dietzel, IMT), New Biotechnol (14, 2024, mit AG Dietzel, IMT, und AG Ziehr, ITEM-Fraunhofer, Braunschweig, PhagenScreening) und Biosensors (12, 2022, Implementierung von Sensoren im cwMBR, mit AG Dietzel, IMT, und AG Mayr, TU Graz). Weiterhin war Herr Viebrock als Koautor an Biosensors (14, 2024, Entwicklung von Hydrogel-beschichteten Elektroden zur Bestimmung von Biomasse in MBRs, mit der AG Dietzel, IMT) beteiligt.
Die Dissertation wird in Kürze in der ibvt-Schriftenreihe, Bd. 88, Cuvillier Verlag, Göttingen, erscheinen.
Das ibvt gratuliert Kevin Viebrock ganz herzlich zu seiner Promotion und wünscht ihm für seinen weiteren beruflichen und persönlichen Lebensweg alles Gute, viel Glück und weiterhin viel Erfolg.