Intensification of cell clarification in monoclonal antibody manufacturing

Monoklonale Antikörper (mAb) ermöglichen die Behandlung einer Vielzahl schwerer, chronischer Erkrankungen, wie bestimmte Formen von Krebs und Rheuma, weshalb stetig neuartige Therapieansätze entwickelt werden und der weltweite Bedarf rasant ansteigt. Um die Produktivität bei der mAb-Herstellung zu steigern, werden vermehrt Hochzelldichte (HCD) Kultivierungen von Säugetier Suspensionszelllinien verwendet, die das Produkt in das Umgebungsmedium segregieren. Jedoch stellt am Ende dieser ohnehin kostenintensiven Herstellungsprozesse die Abtrennung des mAb´s von den partikulären Verunreinigungen, primär von den Wirtszellen sowie Zellbruchstücken, eine Herausforderung dar. Herkömmliche Klärungsverfahren auf Basis von Edelstahl Teller-Separatoren und Einweg Tiefenfiltern haben die Nachteile geringer Partikelbeladungskapazitäten und hoher Produktverluste, wodurch sie ungeeignet für die Klärung von HCD-Prozessen sind. Im ersten Teil der Arbeit wurde daher ein alternativer Klärungsansatz mittels einer neuartigen Gegenstromzentrifuge gefolgt von einem Filtrationsschritt entwickelt und für die HCD-Klärung optimiert. Im zweiten Teil wurde die Eignung dieses Ansatzes für verschiedene Zellsuspensionen untersucht sowie der Klärungsprozess in Abhängigkeit der Zellkonzentration modelliert. Es konnte gezeigt werden, dass der komplett auf Einwegmaterialen basierende Ansatz eine robuste Klärung sowohl von moderaten Zellkonzentrationen als auch von HCD-Kultivierungen mit mehr als 100 Millionen Zellen/mL ermöglicht. Dabei konnte der entsprechende Prozessdurchsatz vorher bestimmt und zuverlässig hohe Produktausbeuten von etwa 95 % erreicht werden. Im dritten Teil dieser Arbeit lag der Fokus auf der Intensivierung der Klärung mittels verschiedener Vorbehandlungsmethoden der Zellsuspension. Es wurden dabei zwei Methoden mit unterschiedlicher Wirkungsweise, Flockung und Präzipitation, identifiziert, die einen geringen Einfluss auf die Gegenstrom-Zentrifugation haben, jedoch den nachfolgenden Filtrationsschritt durch eine bis zu vierfach höhere Filterkapazität verbesserten. Zusätzlich konnten mit beiden Ansätzen mehr als 90 % der gelösten DNA-Verunreinigungen bei gleichbleibender mAb-Qualität entfernt werden. Im vierten Teil dieser Arbeit wurde der entwickelte Ansatz zur Zellklärung rationalisiert, indem die Filtration in den Zentrifugationsschritt integriert wurde. Durch eine direkte, sterile Verbindung beider Prozessschritte konnte der gesamte Prozess verschlankt sowie die Prozesszeit verkürzt werden. Der neuartige Aufbau sowie die entwickelte Methode diesen zu betreiben, wurden als Patent angemeldet und in einer Konzeptstudie untersucht. Dabei konnte erfolgreich die Intensivierung der Klärung von HCD-Prozessen demonstriert werden

Hard real-time guarantee of automotive applications during mode changes

This paper presents a resource allocation approach that benefits from modal nature of hard-real time systems under consideration. The modal nature determines the operational modes of the systems. Thanks to the modal nature of these systems, it is possible to decrease the number of active cores consuming high power in certain modes, leading to considerable energy savings while still not violating any of timing constraints. The proposed approach consists of both off-line and on-line steps. More computational intensive steps are performed off-line, whereas only detection of the current mode and mode switching are performed online. In the presented automotive use case, the number of required cores has been decreased up to 75% in a particular mode and relatively low amount of data is to be migrated during the mode change

Towards a Distributed Java VM in Sensor Networks using Scalable Source Routing

One of the major drawbacks of small embedded systems such as sensor nodes is the need to program in a low level programming language like C or assembler. The resulting code is often unportable, system specific and demands deep knowledge of the hardware details. This paper motivates the use of Java as an alternative programming language. We focus on the tiny AmbiComp Virtual Machine (ACVM) which we currently develop as the main part of a more general Java based development platform for interconnected sensor nodes. This VM is designed to run on different small embedded devices in a distributed network. It uses the novel scalable source routing (SSR) algorithm to distribute and share data and workload. SSR provides key based routing which enables distributed hash table (DHT) structures as a substrate for the VM to disseminate and access remote code and objects. This approach allows all VMs in the network to collaborate. The result looks like one large, distributed VM which supports a subset of the Java language. The ACVM substitutes functionality of an operating system which is missing on the target platform. As this development is work in progress, we outline the ideas behind this approach to provide first insights into the upcoming problems

Multifunctional fuel cell system in an aircraft environment: An investigation focusing on fuel tank inerting and water generation

Implementing a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) into an aircraft environment is a challenging task. In order for aircraft manufacturers and airlines to realize the ecological and economic benefits of this technology, it is necessary to make use of the multiple functions that a fuel cell system can provide. In addition to the main product of electrical energy, the fuel cell is capable of delivering further products, which are useful in an aircraft environment. The waste products – water vapor, heat and oxygen-depleted air (ODA) – at the cathode exhaust are valuable for use on board a commercial airplane. This paper describes the multifunctional approach, points out the advantages of the operation strategy as well as describes a prototype system for the multifunctional use of a PEM fuel cell on board a commercial airplane. The stable operation of the aforementioned system was successfully demonstrated in various tests. The emphasis of the work in question is on water and ODA generation/conditioning

Global accessible objects (gaos) in the ambicomp distributed java virtual machine

As networked embedded sensors and actuators become more and more widespread, software developers encounter the difficulty to create applications that run distributed on these nodes: Typically, these nodes are heterogeneous, resource-limited, and there is no centralized control. The Ambicomp project tackles this problem. Its goal is to provide a distributed Java Virtual Machine (VM) that runs on the bare sensor node hardware. This VM creates a single system illusion across several nodes. Objects and threads can migrate freely between these nodes. In this paper, we address the problem of globally accessible objects. We describe how scalable source routing, a DHT-inspired routing protocol, can be used to allow access to objects regardless of their respective physical location and without any centralized component

Secure Group Communication in Ad-Hoc Networks using Tree Parity Machines

Abstract. A fundamental building block of secure group communication is the establishment of a common group key. This can be divided into key agreement and key distribution. Common group key agreement protocols are based on the Diffie-Hellman (DH) key exchange and extend it to groups. Group key distribution protocols are centralized approaches which make use of one or more special key servers. In contrast to these approaches, we present a protocol which makes use of the Tree Parity Machine key exchange between multiple parties. It does not need a centralized server and therefore is especially suitable for ad-hoc networks of any kind.