Mikrobioreaktoren als Hochdurchsatzplattform

Hochdurchsatz‑Mikrobioreaktoren für Phagogramme und Screening

Die stetig zunehmende Antibiotikaresistenz erfordert alternative Therapie‑ und Screeningstrategien. Bakteriophagen sind Viren, die Bakterien hochspezifisch lysieren und dadurch gezielt gegen multiresistente Erreger eingesetzt werden können. Für eine erfolgreiche Phagentherapie müssen zu einem isolierten Erreger passende Phagen aus großen Bibliotheken identifiziert werden – sogenannte Phagogramme. Herkömmliche Spot‑Tests oder Plaque‑Assays sind jedoch arbeitsintensiv und können Tage dauern. Neue Plattformen müssen daher hochdurchsatzfähig sein und die Kultivierungsbedingungen präzise steuern ¹.

Miniaturisierte Bioreaktorsysteme wie der BioLector oder Mikrofluidik‑Reaktoren verbinden kleine Volumina mit Online‑Monitoring. In Mikrotiterplatten gestatten integrierte optische Sensoren die nicht‑invasive Messung von Biomasse, pH‑Wert und gelöstem Sauerstoff (DO). Durch enzymatische Glukosefreisetzung lassen sich sogar fed‑batch‑ähnliche Bedingungen realisieren und Zellmassen von 10 g L⁻¹ bei stabilen pH‑ und DO‑Werten erreichen. Vollautomatisierte Systeme koppeln diese Mikrobioreaktoren mit Liquid‑Handling‑Robotern, die bis zu 48 Reaktoren parallel betreiben und mit Online‑Analytik wie pH‑ und DO‑Messung verbinden ². Solche Plattformen erleichtern Design‑of‑Experiments-Studien, Klon‑Screenings und Transfektionsversuche.

Allerdings erfordern viele Sensoren direkten Kontakt zum Medium. Optische Sensorpatches und Flusszellen erfassen die Parameter ohne Kontamination und können leicht ausgetauscht werden. Diese Technologie ergänzt invasive Punktmessungen (z. B. Spots) und eröffnet die Möglichkeit, Analytics räumlich von der Kultivierung zu trennen.

Die Entwicklung einer automatisierten Mikrobioreaktor‑Plattform, die Kultivierung und Analytik voneinander trennt, adressiert wesentliche Herausforderungen der modernen Bioprozessentwicklung. Moderne Automatisierungsmethoden treffen auf klassische Probleme der Verfahrenstechnik. Das vorliegende Konzept sieht eine vollständige Automatisierung einer kleinvolumigen Plattform vor, die über die Kapazitäten einer Mikrotiterplatte (96 Well MTP) hinaus geht. Dazu zählen auch die Integration aktueller Softwareschnittstellen und Datenmanagement Tools im Bereich des Smart Sampling. Dieses Konzept erweitert die Möglichkeiten der Phagentherapie und des Bioprozess‑Screenings und stellt einen wichtigen Schritt in Richtung personalisierter antimikrobieller Strategien dar.