Die Trennung von Zellen in Zellsuspensionen ist z.B. in der Stammzelltherapie und der Diagnose bzw. Therapie von Blutkrebs von Bedeutung. Bisher etablierte Techniken wie Zentrifugation und fluoreszenzbasierte Durchflusszytometrie sind limitiert in ihrem Durchsatz und teilweise mechanisch belastend für die Zellen. Darüber hinaus sind sie nicht über spezifische Liganden in ihrer Selektivität beeinflussbar. Zellchromatographie ist eine vielversprechende Alternative, die es erlaubt, verschiedene Zelltypen in einer Suspension durch einen vergleichsweise schonenden Prozess voneinander zu trennen. Im Rahmen einer Therapie basierend auf Zellchromatographie könnte dem Patienten Blut entnommen und unmittelbar nach der chromatographischen Filterung wieder zugeführt werden. 

Ein wesentlicher Schritt bei der Entwicklung auf Chromatographie basierender Therapien ist die Auswahl geeigneter Filtermedien. Eine experimentelle Untersuchung einer Vielzahl verschiedener poröser Medien im Hinblick auf ihre chromatographische Effizienz ist mit hohem technologischem Aufwand verbunden. Ein virtuelles Design der Filter zur Erzielung einer hohen chromatographischen Effizienz könnte die Entwicklung chromatographischer Filter wesentlich beschleunigen. Ziel dieses Projekts ist daher, durch Kombination von stochastischer Mikrostrukturmodellierung mit Methoden zur Strömungssimulation ein Verständnis für Zusammenhänge zwischen der geometrischen Mikrostruktur eines Filtermediums und seiner chromatographischen Effizienz zu erlangen. 

Weiterhin werden im Projekt chromatographische Prozesse zur Aufreinigung von Antigenen analysiert und modelliert. Die Analyse dieser Prozesse basiert auf konfokaler Laserscanningmikroskopie (CLSM), wobei zur Messung von Konzentrationsprofilen in sphärischen Beads die für CLSM typischen Bildartefakte (Fluoreszenzverschattung, Streifigkeit) zu korrigieren sind.

Teilprojekte

• 05M16UKA | Teilprojekt 1 | Technische Universität Kaiserslautern
• 05M16RCA | Teilprojekt 2 | Hochschule Darmstadt
• 05M16AMC | Teilprojekt 3 | Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM)

Publikationen

• Ohser, J., Dobrovolskij, D., Blankenburg, C., & Rack, A. (2020). Time-resolved phase-contrast microtomographic imaging of two-phase solid–liquid flow through porous media. International Journal of Materials Research, 111(1), 86-95. DOI 10.3139/146.111850. URL https://www.hanser-elibrary.com/doi/10.3139/146.111850
   
• Osterroth, S., Menstell, P., Schwämmle, A., Ohser, J., & Steiner, K. (2020). Adjoint optimization for the general rate model of liquid chromatography. Computers & Chemical Engineering, 133, 106657. DOI 10.1016/j.compchemeng.2019.106657. URL https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0098135419303965
   
• Ohser, J., Lacayo‐Pineda, J., Putman, M., Rack, A., & Dobrovolskij, D. (2019). Estimation of filler macro‐dispersion in rubber matrix by radiometric stereo microscopy. Journal of Microscopy, 274(1), 32-44. DOI 10.1111/jmi.12782. URL https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jmi.12782